高壩洲水電站大壩橫縫漏水的處理

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文標簽:水電站論文
論文作者: 張桂初 吳良洲
上傳時間:2006/2/16 14:39:00

摘要:高壩洲水電站大壩2000年4月底下閘蓄水,2001年初11壩段左右側橫縫出現漏水,采用騎縫孔灌註聚氨脂膨胀阻滲塞方法進行處理,取得較好效果。

關鍵词:漏水处理 大壩橫縫 高壩洲水电站

一、工程概述

高壩洲水電站位於湖北宜都市境內,是清江幹流開發三個梯級中最下遊的一個梯級電站,上距隔河巖水電站50 km,下距河口12 km。樞紐主要建築物有電站建筑物、擋泄水建築物、消能建築物及垂直升船機。大壩為砼重力壩最大壩高57m,壩頂▽83.00m,壩頂全長439.5m,共分23個壩段,其中911壩段為深孔泄流壩段。電站廠房安装三臺發電機組,單机容量84MW,總裝機252MW,年平均發電量8.98Kwh。高壩洲水電站正常蓄水位▽80.00m,死水位▽78.00m水庫總库容4.863m3,調節庫容0.537m3。壩址區出露的主要巖層為白雲巖、泥質白雲巖及灰巖。壩基巖体中斷層、層間剪切帶經過灌漿處理后,防滲及固結效果較好。

該工程於199610月開工,19996月通過初期蓄水驗收,水庫蓄水至▽61.0M左右;2000年三月,除在建的升船機工程以外,樞紐工程基本完成;20004月,通過蓄水前驗收;2000430日,水庫正式下閘蓄水。

2001年初,發現大壩10-11壩段與11-12壩段閘墩墩尾橫縫漏水。建設單位對此很重視,多次召集設計、单位人員察看現場,討論研究檢查處理方案、聘請國家電力公司華東勘測設計研究院材料研究所專家進行技術咨詢,並組織有關人員考察了遼寧参窩水庫大壩橫縫滲漏處理方案。

二、大坝滲漏處理方案的探讨與確定

1、滲漏檢查與原因分析

20013月,根據會議討论意見,設計布置了四個Φ75mm斜穿縫面的檢查孔,其中检1#、檢3#在壩頂▽83m,檢2#、檢4#在墩尾Ñ62m平臺。五月又做了大量的補充檢查及嵌縫工作,並在頂壩▽83m增布檢5#~檢8#4个檢查孔(見圖1)。嵌縫檢查、鉆孔資料如表1

高坝洲水电站大坝横缝漏水的处理1

高坝洲橫縫檢查資料統計表 1

孔數

孔徑

進尺

檢查鉆孔

7

Φ75

261.40

其中9-10橫縫檢查孔113M

水玻璃嵌縫

216m

總長

鑿槽貼橡皮環氧嵌縫

22.0m

斜穿縫面的檢1#~檢4#孔主要檢查縫面漏水量大小、湧水壓力、縫內水位、縫面連通情況等。檢5#~檢8#孔主要檢查砼質量情況;止水片埋設質量;建基面岩體與砼結合情況以及砼裂縫與橫縫連通情況。另外,還放下深孔檢修門,開启工作孤門,檢查了檢修門與孤門之間砼質量等情況。对兩條橫縫檢查孔註水試驗與孔內水位、出水量及連通情況的測试資料見表2              

   檢查孔測試資料統計表 2

孔號

孔深

高程

檢測

日期

壓力

(Mpa)

湧水壓力

(MPa)

漏水量

(/)

孔內水位高程(M

  

1

23.07

83

5.7

0.13

65~64.3

11~12壩段)

2

12.13

62

5.7

0.13

180

65~64.3

11~12壩段)

3

23.07

83

5.7

0.04

64~64.3

10~11壩段)

4

12.13

62

5.7

0.04

120

64~64.3

10~11壩段)

5

49.2

83

7.12

0.1

0.2~0.6

僅▽34~44m

6.8/

6

48.9

83

7.12

0.1

0.1~0.4

僅▽34.1~49.3m1.2/

7

83

未施工

8

83

未施工

9

13

62

穿過縫面失水

通過大量的檢查工作,初步分析判斷:

①閘室砼無明顯砼裂縫;

②壩體廊道内檢查,固結、帷幕防滲效果較好,排水孔出水量较小,小於設計標準,壩體砼與基巖膠接是好的。通過基巖層面和裂隙向橫縫渗漏的可能性不大。

③根據檢測資料分析,橫縫漏水的原因,極有可能是壩體橫縫兩道止水片局部破損,導致止水失效或兩道止水片附近砼澆築不密实而發生繞滲。

2、處理方案的提出與選择

通過兩個多月的检查摸索和原因分析,提出了以下五種處理方案:

①斜穿縫面鉆孔化灌方案:該方案是對有外漏的部位進行鑿槽貼橡皮,用環氧嵌縫阻漿;利用已有的斜穿縫面的檢查孔作為灌漿孔,並在壩頂▽83M和墩尾▽62M平臺增布斜穿縫面且高程不同的灌漿孔灌DH-814聚氨酯快速堵漏膠。該方案的優点是采用化學灌漿工藝,操作簡便;缺點是全縫面灌註,壩體橫縫可能失去伸縮作用;堵漏效果不一定可靠;還可能由於灌漿壓力,導致閘墩的破壞。

②騎縫化學阻滲塞方案:首先在壩頂止水片下遊近處钻垂直騎縫孔,利用已有的嵌縫措施阻水,降低縫面渗流速度,用速凝化灌材料註入騎縫鉆孔中,形成阻滲塞止水。該方案優點是只灌鉆孔,施工工藝簡單;減少通過縫面流失的漿量,处理造價低;缺點是鉆孔精度要求較高,一旦發生偏離,則難以保證阻水效果。

③上遊橫縫水下灌漿:利用水下施工技術,在上遊面橫縫鑿槽嵌縫,粘貼一層防滲材料,并埋設灌漿管,對止水片到上遊面的橫縫區域灌化學材料,形成一道新的止水帶,联合阻止庫水進入橫縫。該方案直接有效,有較強的針對性,缺點是:上遊面鑿槽粘貼,必須清挖直至基岩,水下施工工作量大;工藝復雜;水下作業質量難以保證;處理成本較高;且本工程上遊面至止水片距離較長,灌漿工作量大。

④泥青灌註桩止水:泥青灌註止水法,簡單地說就是先將瀝青改性加熱至200o230oC使之成為流動狀態,用一雙層保溫管將熱瀝青送至孔內,形成止水瀝青柱。该方法直觀、堵漏效果好。缺点:操作工藝復雜,尤其是在水温較低的動水條件下,難以保證孔內溫度不低於170℃;其次是施工安全問題突出;三是隨著熱瀝青液面上升,保溫管不斷上提,拆卸困难;會產生段與段之間不連續现象;四是處理造價高。

⑤放空水庫,鑿槽嵌缝止水法:該方法是放空水庫,在橫縫處清淤,對全縫鑿槽、嵌缝、表面粘貼防滲材料。優點是堵漏止水可靠,缺點是減少發電經濟損失大,處理造價高。

開始處理時,按第一方案,在10-11壩段橫縫实施,並已鉆了部分灌漿孔,同時研究第二方案。隨著检查工作的深入,建設公司分析研究了國內外相關工程實例和資料,從技術、經濟的角度反复比較論證,最後停止第一方案施工,改用第二方案,即騎縫化學阻滲塞方案。

采用化學阻滲塞方案,首先应確定騎縫位置及孔徑。高壩洲水電站大壩每道橫縫均設有兩道止水片,兩道止水片之間的距離為0.4m0.6m。鉆孔位置選擇有兩種,一是選在兩道止水片之間,考慮到止水片安裝出現偏差或鉆孔偏斜,則會對止水片造成進一步破损,且由於止水片在垂直面呈折線布置,鉆孔無法深入基巖,故被放棄;二是選在止水片下遊近處,不會傷及止水片。其次是確定孔徑,孔徑過小,由於砼施工中橫縫出現左右偏移,不能保證鉆孔騎縫效果和阻滲塞的有效厚度;孔徑过大,會增大造價。經分析,確定在止水片下遊0.5m2.0m处的橫縫上布置φ219mm垂直騎縫鉆孔,騎縫孔见布置圖2。為保證鉆孔高精度的孔斜率,選定湖南中南巖土工程有限公司。該隊伍正是在三峽工程中負責倒垂孔施工的,具有倒垂孔施工經驗。

高坝洲水电站大坝横缝漏水的处理
2

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三、堵漏材料選擇與實驗

處理方案确定後,堵漏材料的選用就是該方案的關鍵技術問题。化學阻滲塞應具備四个主要性能:一是具有膨脹性,保證阻滲塞塞緊塞牢;二是能適應伸縮縫反復開合變形,具有一定的彈性和柔韌性;三是能在水中快速凝固,不被渗流水沖蝕帶走;四是固結體的抗滲性能滿足設計防滲要求。根據這些要求,顯然只有水溶性彈性聚氨酯材料可供選擇,其他如水泥、環氧等干縮性材料均不合適。设計單位推薦采用DH-814聚氨酯快速堵漏膠基本符合設計提出的上述四種主要性能要求,且在葛洲壩工程以及本工程砼裂縫處理與堵漏施工中均采用過。該材料主要技術指标如表3

DH-814聚氨酯堵漏膠技術指標表 表3:

粘度

30-300

密度

1.02-1.10g/cm3

膨脹度

150-300%

粘撚強度

>2mpa(幹燥狀态與砼)

凝膠時间

幾十秒~數十分鐘

固結全抗分流

0.3Mpa24小時不滲水

為了減少漿液流失降低造價,改進固結體質量,選取合適的凝膠時間,我們做了多次現場實驗:一是確定凝膠時間,二是摻粘土粉試驗,試驗證明摻1015%的粘土粉後所形成的復合材料,凝膠時間可縮短為1520分鐘,而且不沈澱,不離析,遇水後還可改善膨脹特性。通过上述試驗準備,為堵漏灌漿順利形成阻滲塞打下了良好基礎。

四、鉆孔灌漿工藝与施工
  化學阻滲塞是用普通鉆孔灌漿工藝來實現的。其施工工序:開孔→埋孔口管→鉆孔→測斜→打撈孔底殘留物→鉆孔驗收→註水試驗→孔内電視→灌漿→檢查→封孔等。孔斜率按要求達到孔深的1‰。11-12壩段橫縫的灌1#與灌2#孔均鉆到廊道頂部以上0.5m終孔,孔深40.5m,相应高程為42.5m,距建基面10.5m10-11壩段橫縫的灌1#與灌2#孔深入基巖0.7m,孔深52.7m。實際鉆孔偏斜率<0.5‰,最大絕對偏差值僅2.5cm。鉆孔邊緣距橫縫最小距離>5cm,造孔質量完全滿足設計要求。鉆孔驗收後進行簡易註水試驗和孔內电視,了解漏水量大小和滲漏位置;根據滲漏量大小确定漿材的凝膠時間和備漿量。因灌漿孔是騎縫一次造孔,所以灌漿采用全孔自流式註入法,即把灌漿皮管插入孔底,以漿赶水,迂水固化;註漿时隨著漿面的上升,提升皮管,始終保持皮管出口在浆面以下24m左右,讓自由發泡區段與漿面同時上升,從而保證漿柱充填飽滿密實和整體連续。為此,施工中采取了以下幾條主要措施:

①灌漿前對機械設備進行檢查維修保養,並用水試灌,在確無機械故障和管道暢通時,方可開灌;

②灌前作好材料凝膠時间試驗工作。測定水溫(一般在16oC左右)、氣溫(一般在30℃~35℃左右)等;檢測粘土粉細度及計算配比;量具、量杯、泵稱、攪拌器具等,準備齊全。

兩條橫縫共鉆四個騎縫孔,造孔進尺186.4m。處理分兩次進行,第一次是在20018-9月分別對兩條橫縫的下遊側的鉆孔(2#)進行灌註。1112坝段2#孔采用DH-814純漿液灌注,10-11壩段2#孔采用DH-81410-15%粘土粉灌註。灌漿結束後15天,對11-12壩段2#打一斜穿灌2#孔的檢查孔(如圖3),孔徑為Φ168mm,孔深20.50m,相應高程為62.50m,進行註水檢查註水率為116.5L/min,並对檢查孔進行灌漿,浆材中摻入10%的粘土粉;灌浆結束3天後,又對檢查孔掃孔,再次做簡易註水试驗,註水率為51L/min,接著進行復灌封孔。同時進行芯樣觀察:發泡区從上到下呈漸變狀态,越下越密實,固化膠結越好,固化體剛性較大,浸水膨脹甚小。

高坝洲水电站大坝横缝漏水的处理3

第一次處理兩个灌2#灌漿进尺93.2m,灌入漿材7122kg11-12壩段檢1#孔深20.50m,灌入漿材1008kg。灌漿結束50天後,对縫面漏水量進行測定。灌前灌後漏水量檢測對照如表4

     灌前灌後漏水量對照表 4

橫縫

時間

10-11

11-12

灌前

120

180

57日測試

灌後

7.9

<1

119日測試

通過註水試驗与灌後滲漏量變化觀測,發现鉆孔註水時,縫面張開,漏水量明顯增大,灌漿時也是如此;待註水、灌漿結束若幹天後,漏水量開始逐漸減少。原因可能是一方面壩體恢復彈性變形比較緩慢,縫面逐漸閉合有一時間過程,二是由於庫水溫度較低,灌浆材料在孔內凝膠固化速度、凝固体膨脹速度較緩慢。漏量變化曲線如图4

高坝洲水电站大坝横缝漏水的处理4

五、第二次處理

2002年元月,由于溫度下降,壩體、段縮,縫面斷開,原縫面滲水最有所增加,11-12壩段漏量最大達到43 L/min。據分析,可能采用的DH814聚氨酯快速堵漏膠剛性較大,彈性不足,遇水膨脹性能較差,阻滲塞不能適應缝的伸縮變形的原因。因此,在2002年元月3日,對兩個壩段1#孔改用華東勘测設計研究院生產的LW-Ⅱ型水溶性聚胺酯材料灌註,灌註工藝與原先的基本相同,灌後約10分鐘,縫面基本停止漏水,取得了良好的堵漏效果。LW-Ⅱ型材料的主要性能如下:

項目

指標

粘度(25mPas

200±30

比重(g/cm3

1.05~1.1

凝膠時間

幾分至幾十分可調

粘結强度(Mpa

0.7

抗拉強度(Mpa

2.1

伸長率(%

130

包水量(倍)

20

遇水膨胀倍數(%)

100

註:實際灌漿處理時可能需要添加固化劑等助劑,性能指標略有變化。

六、結語

高壩洲水電站10-12壩段兩条橫縫漏水處理工作於20023月全部結束,經第一次處理滲漏量由原来的180L/min,減少到1 L/min以下。第二次處理後,已經基本不漏,防渗效果明顯,選用滲縫化段阻滲塞方案是成功的。

采用騎縫孔處理大壩橫缝漏水的方法,在其他工程已有先例,但由於高壩洲工程大壩漏水的橫縫結構特殊,處理較為復雜,只有采用彈性較好的材料才能達到更好效果,采用LW-Ⅱ型水溶性聚氨酯材料處理大壩伸縮縫的滲漏比DH814聚氨酯快速堵漏膠更为合適。

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