水电站大坝横缝漏水的处理

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

一、工程概述
    高坝洲水电站位于湖北宜都市境内，是清江干流开发三个梯级中最下游的一个梯级电站，上距隔河岩水电站50 km，下距河口12 km.枢纽主要建筑物有电站建筑物、挡泄水建筑物、消能建筑物及垂直升船机。大坝为砼重力坝，最大坝高57m，坝顶▽83.00m，坝顶全长439.5m，共分23个坝段，其中9～11坝段为深孔泄流坝段。电站厂房安装三台发电机组，单机容量84MW，总装机252MW，年平均发电量8.98亿Kwh。高坝洲水电站正常蓄水位▽80.00m，死水位▽78.00m，水库总库容4.863亿m3，调节库容0.537亿m3.坝址区出露的主要岩层为白云岩、泥质白云岩及灰岩。坝基岩体中断层、层间剪切带经过灌浆处理后，防渗及固结效果较好。
    该工程于1996年10月开工，1999年6月通过初期蓄水验收，水库蓄水至▽61.0M左右；2000年三月，除在建的升船机工程以外，枢纽工程基本完成；2000年4月，通过蓄水前验收；2000年4月30日，水库正式下闸蓄水。
    2001年初，发现大坝10-11坝段与11-12坝段闸墩墩尾横缝漏水。建设单位对此很重视，多次召集设计监理和施工单位人员察看现场，讨论研究检查处理方案、聘请国家电力公司华东勘测设计研究院材料研究所专家进行技术咨询，并组织有关人员考察了辽宁参窝水库大坝横缝渗漏处理方案。
    二、大坝渗漏处理方案的探讨与确定
    1、渗漏检查与原因分析2001年3月，根据会议讨论意见，设计布置了四个Φ75mm斜穿缝面的检查孔，其中检1#、检3#在坝顶▽83m，检2#、检4#在墩尾？62m平台。五月又做了大量的补充检查及嵌缝工作，并在顶坝▽83m增布检5#～检8#4个检查孔。嵌缝检查。
    通过大量的检查工作，初步分析判断：
    ①闸室砼无明显砼裂缝；
    ②坝体廊道内检查，固结、帷幕防渗效果较好，排水孔出水量较小，小于设计标准，坝体砼与基岩胶接是好的。通过基岩层面和裂隙向横缝渗漏的可能性不大。
    ③根据检测资料分析，横缝漏水的原因，极有可能是坝体横缝两道止水片局部破损，导致止水失效或两道止水片附近砼浇筑不密实而发生绕渗。
    2、处理方案的提出与选择通过两个多月的检查摸索和原因分析，提出了以下五种处理方案：
    ①斜穿缝面钻孔化灌方案：该方案是对有外漏的部位进行凿槽贴橡皮，用环氧嵌缝阻浆；利用已有的斜穿缝面的检查孔作为灌浆孔，并在坝顶▽83M和墩尾▽62M平台增布斜穿缝面且高程不同的灌浆孔灌DH-814聚氨酯快速堵漏胶。该方案的优点是采用化学灌浆工艺，操作简便；缺点是全缝面灌注，坝体横缝可能失去伸缩作用；堵漏效果不一定可靠；还可能由于灌浆压力，导致闸墩结构的破坏。
    ②骑缝化学阻渗塞方案：首先在坝顶止水片下游近处钻垂直骑缝孔，利用已有的嵌缝措施阻水，降低缝面渗流速度，用速凝化灌材料注入骑缝钻孔中，形成阻渗塞止水。该方案优点是只灌钻孔，施工工艺简单；减少通过缝面流失的浆量，处理造价低；缺点是钻孔精度要求较高，一旦发生偏离，则难以保证阻水效果。
    ③上游横缝水下灌浆：利用水下施工技术，在上游面横缝凿槽嵌缝，粘贴一层防渗材料，并埋设灌浆管，对止水片到上游面的横缝区域灌化学材料，形成一道新的止水带，联合阻止库水进入横缝。该方案直接有效，有较强的针对性，缺点是：上游面凿槽粘贴，必须清挖直至基岩，水下施工工作量大；工艺复杂；水下作业质量难以保证；处理成本较高；且本工程上游面至止水片距离较长，灌浆工作量大。
    ④泥青灌注桩止水：泥青灌注止水法，简单地说就是先将沥青改性加热至200o～230oC使之成为流动状态，用一双层保温管将热沥青送至孔内，形成止水沥青柱。该方法直观、堵漏效果好。缺点：操作工艺复杂，尤其是在水温较低的动水条件下，难以保证孔内温度不低于170℃；其次是施工安全问题突出；三是随着热沥青液面上升，保温管不断上提，拆卸困难；会产生段与段之间不连续现象；四是处理造价高。
    ⑤放空水库，凿槽嵌缝止水法：该方法是放空水库，在横缝处清淤，对全缝凿槽、嵌缝、表面粘贴防渗材料。优点是堵漏止水可靠，缺点是减少发电经济损失大，处理造价高。
    开始处理时，按第一方案，在10-11坝段横缝实施，并已钻了部分灌浆孔，同时研究第二方案。随着检查工作的深入，建设公司分析研究了国内外相关工程实例和资料，从技术、经济的角度反复比较论证，最后停止第一方案施工，改用第二方案，即骑缝化学阻渗塞方案。
    采用化学阻渗塞方案，首先应确定骑缝位置及孔径。高坝洲水电站大坝每道横缝均设有两道止水片，两道止水片之间的距离为0.4m或0.6m.钻孔位置选择有两种，一是选在两道止水片之间，考虑到止水片安装出现偏差或钻孔偏斜，则会对止水片造成进一步破损，且由于止水片在垂直面呈折线布置，钻孔无法深入基岩，故被放弃；二是选在止水片下游近处，不会伤及止水片。其次是确定孔径，孔径过小，由于砼施工中横缝出现左右偏移，不能保证钻孔骑缝效果和阻渗塞的有效厚度；孔径过大，会增大造价。经分析，确定在止水片下游0.5m和2.0m处的横缝上布置φ219mm垂直骑缝钻孔。为保证钻孔高精度的孔斜率，选定湖南中南岩土工程有限公司。该队伍正是在三峡工程中负责倒垂孔施工的，具有倒垂孔施工经验。
    三、堵漏材料选择与实验处理方案确定后，堵漏材料的选用就是该方案的关键技术问题。化学阻渗塞应具备四个主要性能：一是具有膨胀性，保证阻渗塞塞紧塞牢；二是能适应伸缩缝反复开合变形，具有一定的弹性和柔韧性；三是能在水中快速凝固，不被渗流水冲蚀带走；四是固结体的抗渗性能满足设计防渗要求。根据这些要求，显然只有水溶性弹性聚氨酯材料可供选择，其他如水泥、环氧等干缩性材料均不合适。设计单位推荐采用DH-814聚氨酯快速堵漏胶基本符合设计提出的上述四种主要性能要求，且在葛洲坝工程以及本工程砼裂缝处理与堵漏施工中均采用过。
    凝胶时间几十秒～数十分钟固结全抗分流 0.3Mpa24小时不渗水
    为了减少浆液流失降低造价，改进固结体质量，选取合适的凝胶时间，我们做了多次现场实验：一是确定凝胶时间，二是掺粘土粉试验，试验证明掺10～15%的粘土粉后所形成的复合材料，凝胶时间可缩短为15～20分钟，而且不沉淀，不离析，遇水后还可改善膨胀特性。通过上述试验准备，为堵漏灌浆顺利形成阻渗塞打下了良好基础。
    四、钻孔灌浆工艺与施工化学阻渗塞是用普通钻孔灌浆工艺来实现的。
    其施工工序：开孔→埋孔口管→钻孔→测斜→打捞孔底残留物→钻孔验收→注水试验→孔内电视→灌浆→检查→封孔等。孔斜率按要求达到孔深的1‰。11-12坝段横缝的灌1#与灌2#孔均钻到廊道顶部以上0.5m终孔，孔深40.5m，相应高程为42.5m，距建基面10.5m；10-11坝段横缝的灌1#与灌2#孔深入基岩0.7m，孔深52.7m.实际钻孔偏斜率<0.5‰，最大绝对偏差值仅2.5cm.钻孔边缘距横缝最小距离>5cm，造孔质量完全满足设计要求。钻孔验收后进行简易注水试验和孔内电视，了解漏水量大小和渗漏位置；根据渗漏量大小确定浆材的凝胶时间和备浆量。因灌浆孔是骑缝一次造孔，所以灌浆采用全孔自流式注入法，即把灌浆皮管插入孔底，以浆赶水，迂水固化；注浆时随着浆面的上升，提升皮管，始终保持皮管出口在浆面以下2～4m左右，让自由发泡区段与浆面同时上升，从而保证浆柱充填饱满密实和整体连续。为此，施工中采取了以下几条主要措施：
    ①灌浆前对机械设备进行检查维修保养，并用水试灌，在确无机械故障和管道畅通时，方可开灌；
    ②灌前作好材料凝胶时间试验工作。测定水温（一般在16oC左右）、气温（一般在30℃～35℃左右）等；检测粘土粉细度及计算配比；量具、量杯、泵称、搅拌器具等，准备齐全。
    两条横缝共钻四个骑缝孔，造孔进尺186.4m。处理分两次进行，第一次是在2001年8-9月分别对两条横缝的下游侧的钻孔（2#）进行灌注。11～12坝段2#孔采用DH-814纯浆液灌注，10-11坝段2#孔采用DH-814掺10-15%粘土粉灌注。灌浆结束后15天，对11-12坝段2#打一斜穿灌2#孔的检查孔，孔径为Φ168mm，孔深20.50m，相应高程为62.50m，进行注水检查，注水率为116.5L/min，并对检查孔进行灌浆，浆材中掺入10%的粘土粉；灌浆结束3天后，又对检查孔扫孔，再次做简易注水试验，注水率为51L/min，接着进行复灌封孔。同时进行芯样观察：发泡区从上到下呈渐变状态，越下越密实，固化胶结越好，固化体刚性较大，浸水膨胀甚小。
    第一次处理两个灌2#孔 ，灌浆进尺93.2m，灌入浆材7122kg.11-12坝段检1#孔深20.50m，灌入浆材1008kg.灌浆结束50天后，对缝面漏水量进行测定。
    通过注水试验与灌后渗漏量变化观测，发现钻孔注水时，缝面张开，漏水量明显增大，灌浆时也是如此；待注水、灌浆结束若干天后，漏水量开始逐渐减少。原因可能是一方面坝体恢复弹性变形比较缓慢，缝面逐渐闭合有一时间过程，
    由于库水温度较低，灌浆材料在孔内凝胶固化速度、凝固体膨胀速度较缓慢。
    五、第二次处理2002年元月，由于温度下降，坝体、段缩，缝面断开，原缝面渗水最有所增加，11-12坝段漏量最大达到43 L/min.据分析，可能采用的DH814聚氨酯快速堵漏胶刚性较大，弹性不足，遇水膨胀性能较差，阻渗塞不能适应缝的伸缩变形的原因。因此，在2002年元月3日，对两个坝段1#孔改用华东勘测设计研究院生产的LW-Ⅱ型水溶性聚胺酯材料灌注，灌注工艺与原先的基本相同，灌后约10分钟，缝面基本停止漏水，取得了良好的堵漏效果。
    注：实际灌浆处理时可能需要添加固化剂等助剂，性能指标略有变化。
    六、结语
    高坝洲水电站10-12坝段两条横缝漏水处理工作于2002年3月全部结束，经第一次处理渗漏量由原来的180L/min，减少到1 L/min以下。第二次处理后，已经基本不漏，防渗效果明显，选用渗缝化段阻渗塞方案是成功的。
    采用骑缝孔处理大坝横缝漏水的方法，在其他工程已有先例，但由于高坝洲工程大坝漏水的横缝结构特殊，处理较为复杂，只有采用弹性较好的材料才能达到更好效果，采用LW-Ⅱ型水溶性聚氨酯材料处理大坝伸缩缝的渗漏比DH814聚氨酯快速堵漏胶更为合适。