西霞院工程右岸土石壩滲水處理措施研究實踐

謝寶豐,劉煥虎

(黃河水利水電開發集團有限公司，河南 濟源 454681)

1 概 述

1.1 工程概述

西霞院工程位于黃河中下游區域[1]，是小浪底水利樞紐配套水利工程，設計庫容1.6億m3，總裝機容量14萬MW，為大(2)型水利工程。西霞院水庫大壩分三個典型壩段，即左岸土石壩段、河槽混凝土壩段和右岸土石壩段。土石壩上游壩坡復合土工膜規格為兩布一膜[2]，復合土工膜規格為400 g/0.8 mm/400 g，下設級配砂礫石墊層、上鋪保護層，保護層上鋪設預制混凝土聯鎖板塊護坡[3]，聯鎖板間縫隙較多，聯鎖板掛鉤連接處縫隙較大，板與板之間的施工拼接縫也會有一定的縫隙，對聯鎖板及聯鎖板縫隙采用填塞方法處理[4]。西霞院工程已運行多年，土石壩段難免會遇到局部滲漏問題，需要對滲漏部位進行了滲漏修復處理[5]。圖1為西霞院右岸土石壩典型剖面。

1.2 土石壩段滲水情況

巡檢發現西霞院右岸土石壩段下游側排水溝處有約268 m長的積水，積水面平均高程123.9 m。經勘查現場、分析原因，確定以下情況：

(1)監測維修分公司聯合水工部，采用示蹤劑法結合水下蛙人檢查，在大壩上游壩坡采用示蹤法確認在D2+614附近130.0 m高程的一個連鎖板縫隙有墨汁滲入現象，并在現場進行標記。

(2)下游坡腳滲水，下游側排水溝積水區域為土石壩段D2+354～D2+622處約268 m，水流方向自右向左。

(3)坡腳淤積及壩坡變形，從現場查勘看，在D2+622附近下游壩坡有一條帶寬約4 m左右，護坡干砌石的顏色相對較暗，有兩條可目測到的縫隙。坡腳排水溝上游側的干砌石內有泥沙淤積。

(4)從監測設施滲壓計及現場查勘，可以看出在樁號D2+614附近130.0 m高程的土工膜可能存在滲漏通道，表現出自此位置下游坡腳排水溝內有積水現象。

1.3 主要問題

(1)需要盡快拆除右岸土石壩段D2+614附近、上下范圍為 EL.129.5～EL.133 m 左右區域聯鎖板、開挖出砂礫層，檢查土工膜是否存在損壞。

(2)檢查石壩段D2+614聯鎖板下的砂礫石保護層和墊層是否存在滲漏通道。

(3)從分公司接到維修任務到6月15日大流量下泄，工期只有10 d左右，工期短、施工難度大，臨水作業安全風險大。

圖1 西霞院右岸土石壩典型剖面(單位：m)

(4)原鋪設土工膜為兩布一膜，以及設計方案建議的一布一膜，參數要求為廠家定制的，當前不具備定制生產的條件，需要尋求替代提供的方案。

(5)因工期短，施工完成立即抬升水位，聯鎖板間的澆筑混凝土和砂漿填縫無養護期，需尋求速凝、早強、快干微膨脹的新型材料。

2 實施方案

2.1 方案設計

根據以上原因分析和土石壩滲水實際情況，確定以下處理方案：首先需查找土工膜的滲漏部位；采用兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)對滲漏點進行修補；砂礫石墊層及聯鎖板恢復；為縮短工期，混凝土澆筑和砂漿灌縫材料使用新型硫鋁酸鹽水泥材料施工。

2.2 土工膜替代方案

因原設計方案中采用0.6 mm光面膜加一布一膜(0.3 mm/350 g)，因采購周期長，經與設計單位和項目管理部門溝通，采用現有兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的替代方案，并在施工前進行粘接滲水試驗。

(1)土工膜粘接試驗，選兩組土工膜分別用聚硫密封膠粘接一組，用KS熱熔膠粘接一組，然后做抗拉實驗，經現場對比，KS熱熔膠的黏結效果明顯優于聚硫密封膠。

(2)兩布一膜替代試驗，監測維修分公司根據目前條件提出采用覆蓋兩層兩布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的方案,并采用KS熱熔膠粘結做滲水試驗，粘貼70 cm×70 cm的封閉水袋靜置48 h未見滲水，證明黏結力良好，密封性良好。現場試驗結果證明，方案采用KS熱熔膠和現有的兩布一膜(200 g/0.5 mm/200 g)，在損壞部位覆蓋粘貼兩層兩布一膜土工膜的修復方案能夠替代原設計方案。

2.3 滲水部位查找確認

(1)首次查找范圍：暫按D2+614樁號兩側各2.0 m，高程范圍129.5 m到133.0 m。

(2)將淤積面高程面以上的護坡聯鎖板拆除，將復合土工膜上的0.20 m保護層清除干凈。

拆除聯鎖板前，先清理連鎖板縫里的混凝土，清理連鎖板鎖扣里的混凝土，然后用Z型撬杠翹掉連鎖C板，依次拆除C板內聯鎖塊，拆除后的聯鎖塊使用小推車運輸，人工整齊碼放至北側5 m存放范圍內，供本工程重復使用。

(3)土工膜表面清除干凈后，查看土工膜下部是否脫空塌陷，若有脫空塌陷現象就需要重點關注，仔細查看脫空塌陷位置的土工膜是否有破損，而形成的滲漏通道。

(4)若土工膜下部無脫空塌陷現象，可仔細查看土工膜的顏色或表面附著泥沙的情況，若與大面積的土工膜有差異的，可重點再查土工膜是否有滲漏通道。

(5)若從外觀不能發現滲漏點，可在土工膜表面灑水或水中加顏料，仔細查找滲漏通道。

(6)若在此范圍沒找到滲漏點，再向兩側各2 m 擴大范圍，按上述方法重新查找。

(7)根據現場情況和工作安排，實際拆除聯鎖板進行滲水檢查維修的面積為200.34 m2(18.9 m×10.6 m)，需要拆除聯鎖板約780塊。

2.4 滲水部位土工膜修復處理

(1)找到滲漏通道后，若土工膜下部脫空，需將土工膜剪開，用粒徑范圍15 cm厚的0.1～40.0 mm的墊層料，回填并壓實至與周圍的壩坡面一致，墊層料適當灑水壓實。

(2)土工膜的破損部位根據其損壞程度采取以下相應措施。

對其表面土工布已被沖刷掉的土工膜，將原土工膜上層清理干凈露出光面膜，在其表面鋪設兩布一膜復合土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，新鋪設土工膜周邊寬0.2 m的下層土工布剪下露出光面膜，用KS熱熔膠粘接兩膜。

(3)對土工膜破損部位(如圖2)，須粘接兩層一布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，第一層(下層)先對破壞位置周邊各擴大0.5 m范圍其上先鋪設一布一膜復合土工膜，將原土工膜上層清理干凈露出光面膜，在其表面鋪設兩布一膜復合土工膜，新鋪設土工膜周邊寬0.2 m的下層土工布剪下露出光面膜，用KS熱熔膠粘接兩膜涂刷。兩布一膜范圍內均涂刷KS熱熔膠，土工布與原土工膜接觸范圍按方格形涂膠，平行壩軸線條帶間距小于1 m，垂直壩軸線條帶間距小于2 m，周邊涂刷寬度0.2 m。再對破壞位置周邊各擴大2 m范圍，第二層(上層)再鋪設一層兩布一膜，粘貼方法同上。

圖2 滲水損壞位置土工膜修復示意圖

(4)兩布一膜土工膜的規格：200 g/0.5 mm/200 g。首層膜鋪設范圍大于損壞區0.5 m，上層鋪設范圍大于損壞區2 m。

(5)土工膜和土工布其表面須保持干凈，應作粘接及膠接試驗；并據試驗結果確定其銜接方式及相應工藝。

(6)對已出露的土工膜應仔細檢查是否有漏洞、磨損破壞等現象。

(7)施工期間，防止對土工膜造成損壞，安排好施工程序，并注意人員安全。

2.5 砂礫石墊層及聯鎖板恢復

(1)土工膜修補好后，在其表面鋪設20 cm厚的礫石保護層，分上下兩層各10 cm厚。下層料粒徑范圍0.1～40.0 mm，上層料粒徑范圍5～40 mm。保護層適當灑水壓實。

(2)在保護層上仍鋪設0.17 m厚的預制混凝土聯鎖板塊護坡，尺寸0.5 m×0.5 m。混凝土聯鎖板采用人工配合機械鋪設，鋪設時從下向上進行施工。施工時，將混凝土聯鎖板的A、B、C和A的異形塊四種形狀通過掛鉤和槽孔依圖紙按照先后順序拼裝在一起，如圖3。

2.6 采用新型硫鋁酸鹽水泥材料施工

因拆除面積擴大至一條混凝土帶的位置，恢復時混凝土帶采用C35商品混凝土澆筑，聯鎖板間隙采用水泥砂漿勾縫。

普通的硅酸鹽水泥和混凝土，初凝時間、強度上升時間都較長，而且具有收縮性，不滿足工期要求，見表1。硫鋁酸鹽水泥的特點是早強、高抗滲性、膨脹性能、低堿性，適用于搶修和搶建工程、補償收縮混凝土的配制和抗滲工程等。

在水泥用量基本相同的條件下，硫鋁酸鹽水泥混凝土早期強度發展比普通水泥混凝土快得多，1 d可達設計強度的88%，3 d可達設計強度的113%。也就是說硫鋁酸鹽水泥混凝土澆筑一天后，即可進行下道工序施工，為加快工程進度提供了有力的保證，最終在主汛期前完成全部工作。

圖3 混凝土聯鎖板布置圖(單位：m)

表1 硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥性能

3 實施效果

(1)累計拆除聯鎖板、土工膜面積200 m2，約780塊。高程范圍為129.5～133.0 m。在拆除范圍內多次檢查，未發現明顯土工膜損壞和滲涌通道。可以推測，土工膜損壞部位較小、或在接縫位置，也有可能滲漏點不在拆除區域范圍內。

(2)采用現有材料替代原設計的兩布一膜土工膜，對施工區域的土工膜覆蓋修復，提高防滲效果。

(3)施工過程中，采用具有早強、高抗滲性、膨脹性能、硫鋁酸鹽水泥及混凝土新材料，克服工期短難題，提前完成工作，避免了對抬升水位、大流量下泄的影響。

4 結 語

本文中的處理措施相比采用普通材料和施工工藝，節省大量工期，西霞院上游水位低于EL129 m以下不能發電，所以在大流量下泄至少增加4臺發電機組10 d的滿負荷發電量，創造了一定的經濟效益。通過查找壩坡較大區域的土工膜及墊層的損壞和滲涌情況，排除了這一區域存在滲漏點，對右岸土石壩滲水情況進行了探索，對今后如何處理這一問題提供了借鑒，在主汛期前完成滲水檢查處理工作，對水工建筑物安全度汛提供保障，取得了較大社會效益。