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1、中 水 一 局双 沟 水 电 站 混 凝 土 面 板 堆 石 坝坝 体 反 向 排 水 与 封 堵 设 计【摘要】 对吉林双沟水电站混凝土面板堆石坝的水文气象和工程地质、坝体初期渗水流量及渗水水位上升速度进行分析，并就此制定坝体反向排水措施与封堵设计，从排水系统封堵时间、依次、方法、面板压重等方面做了介绍，依据实施效果是可行的。【关键词】吉林；双沟水电站；混凝土面板堆石坝；封堵；反向排水1.工程概况双沟水电站位于吉林省抚松县境内的松江河上，枢纽分别由大坝、溢洪道、发电引水洞、厂房等组成。双沟水电站水库总库容3.95108 m3，调整库容1.45108 m3，电站装机容量280MW。双沟水电站大
2、坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高110m，坝顶长294m，坝顶宽10m，坝顶高程590.00m，上下游坝坡均为1:1.4，下游坝坡在564.00m、539.00m、514.00m高程各设一宽为4m的马道。混凝土面板共分29块，其中间部位12块，每块宽14m，左边9块,右边8块，每块宽均为7m。下游坝坡为干砌石护坡。双沟大坝垫层料上游坡面采纳了翻模施工新技术，故坝基反向排水标准相应提高。2. 水文气象和工程地质及基础处理2.1水文气象条件流域属寒温带气候，冬季受西伯利亚高气压影响，西北风带来寒冷的气流，春季干燥而多风，夏季燥热而多雨，秋季短，天气晴朗凉快，冬季漫长而寒冷。最大积雪深度52cm，
3、最大冻土深度1.26m，河流封冻期长达5个月之久。抚松气象站统计，多年平均气温为4.3C，极端最高气温为34.9C，极端最低气温为37.7C。流域内冬季多偏西风和东南风，34月份风速较大，抚松气象站统计最大风速为18m/s，相应风向为西南。本流域内降雨分布很不匀称，基本上是从上游向下游递减的趋势；多年平均降雨量为819.9mm，从时间分布来看，降雨多集中在6-9月，占全年的6070。多年平均蒸发量为1126.5mm，6月9月的半年蒸发量约占年蒸发量的80。2.2 工程地质双沟水电站坝趾区呈“V”形，两岸地形坡度约64，河流平均纵坡坡度为10.9， 工程地处长白山中低山区，松江河发源于长白山天池
4、和望天鹅峰下，两岸岸体及分水岭的地貌景观主要为玄武岩熔岩台地，地面高程600830m，比高100200m，为长白山区其次级夷平面。本地区出露的地层，主要为侏罗系河湖相碎屑岩、安山岩类和第三四系玄武岩。此外，零星分布有太古界、上元古结合古生界地层，地表覆盖由第四系松散积累层。坝区地下水，除第四系松散积累层孔隙水外，其余为岩石裂隙水。地下水化学类型为低矿化度重碳酸钠镁型水，江水为重碳酸钠钙型和重碳酸硫酸钙镁型水，部分对混凝土具有溶出型侵蚀。2.3基础处理趾板基础置于弱风化的岩石上，坝基挖除全部覆盖层及河床砂砾石层，断层破裂带及岩脉处理原则是对趾板地基有影响的F6、F7 、F40断层及破裂带采纳刻槽
5、后回填混凝土处理以减小变形差异，在断层的混凝土塞下游侧10米范围内，开挖后回填反滤料。开挖断面为梯形，边坡坡比为1：0.5，刻槽与断层走向垂直。F6断层宽度约1.2m,刻槽深度1.8m，回填混凝土长度48m，铺设反滤料长10m；F7断层宽度1.5m,刻槽深度1.5m，回填混凝土长度50m，铺设反滤料长10m；河床部位受F40断层及破裂带的影响，受影响的地基开挖加深1.55m，开挖长度约156m。F40断层宽度13m,刻槽深度1.55m，回填混凝土长度约56m，铺设反滤料长100m。由于岩脉地质状况较好，为防止渗透破坏，在趾板线下游长10米范围内的岩脉上，添加反滤料，厚度为0.5米。趾板上游方向
6、开挖成长95m、深0.5m、上口宽1m、下口宽0.5m、边坡比为1：1的齿墙。齿槽内回填混凝土以减小变形差异，在趾板后延的填筑区15m范围内采纳浇筑30cm厚钢筋混凝土连接板，达到延长渗径的目的。3坝体反向排水设计3.1坝体渗水坝址河床部位趾板高程480.00m，坝轴线上游115m处高程486.00m，为最高部位高程，坝后坡角处河床高程483.00m,上游围堰基础高程为488.00，下游围堰基础高程483.00m。在施工时坝区存在着多方面的来水：逢雨季坝区会有大量积水；围堰及基岩渗水；坝体施工用水等。这些水源中，一部分将流向下游，其余部分将渗流到河床的最底位置，既河床趾板建基面高程，下游围堰处
7、的河床水位汛期基本维持在485.00高程，如不刚好排出在河床趾板处将会对固坡砂浆或面板形成较大水头的反渗水压力，使其呈受弯构件状态产生裂缝,甚至会发生抬动，破坏垫层料上游坡面砂浆防护层或周边缝止水系统，为此须进行排水，并适时封堵。3.2排水设计依据坝址区集雨面积、基础渗水、施工用水量等，估算与施工相应频率的水量，在河床趾板内设置3根159排水管，分别在20及17、16块趾板混凝土处，并排排列在高程480.00m处，间距在30m左右，并要求伸进主堆石1.5m和横向排水体相接。纵向排水管在趾板上游外露0.5m,并在端头处焊接坚井，排水管在趾板下游方向外露12m。在距趾板下游12m设置1根长80m的
8、159花管作为横向排水体，花管是加工成孔径小于10mm、间排距10mm的钢管，外包滤网（纵向排水处滤网总过水面积约44m2）,四周和底部从里向外依次包袱中石(24cm)、小石(0.52cm)各25cm厚，并与3根纵向排水管垂直相连通。排水设计详见下图。设置上述反向排水系统后，坝体渗水能自由排至趾板上游集水坑，用水泵排出上游围堰。为大坝顺当填筑和混凝土面板施工供应了有利条件。4反向排水封堵设计反向排水封堵是否胜利关系到混凝土面板防渗系统平安问题，本工程有3根排水管3个坚向集水井，在对封堵时间、封堵依次、面板上游回填粘土和石渣料的填筑进度、混凝土面板下游渗透水的上升速度、固坡砂浆及混凝土面板承受的
9、反向水压力等进行分析和探讨。4.1渗水流量的确定经长时间对河床趾板齿槽的来水量进行视察分析，试验测定渗水流量，结果为5m3/h。4.2面板下游渗透水的上升速度排水系统封堵完成后面板下游渗透水起先聚集，水位基本是从高程480.00上升。其后从趾板基础高程480.00m以1：3的坡比开挖并在轴线上游110m处（高程486.00m）与河床相连，假定岩石不透水，当水位上升至高程486.00m后再上升部分将沿河床排向下游，维持在高程486.00m水位。并且左右岸趾板走向及开挖近似对称，因此可以认为此处的集水形态为一三角体，河道方向为宽27.5m、高6m的三角形；三角体长95m。再依据前面确定的渗流速度5
10、m3/h及通过试验确定填筑的砂砾料孔隙率为0.187，可得到时间t与水位上上升度h的函数关系如下：t=0.79h2+0.06h3。4.2 封堵施工支配封堵时主要考虑有利于封孔历时短、速度快、避开反向渗水抬动面板，破坏止水系统。面板混凝土及其527.00 m高程以下表面止水施工完成、粘土及石渣回填料打算工作基本就绪后，选择晴天尽可能抽干基坑积水，停止坝区施工用水，方可封堵坝体反向排水管。首先封堵的左岸侧1#排水管，隐藏工程验收合格后方可先将左岸侧的粘土及石渣铺盖填筑施工一部分，随后封堵右岸侧2#、3#排水管。封堵完毕后立刻进行粘土及石渣料的全面填筑施工。对排水管全部封堵后的坝体内水位上升速度及现
11、场施工机械的施工状况进行了推算（按最不利施工进行推算），10h内（即渗水位上升至高程483.00m以前）面板上游粘土和石渣料回填至高程488.00m。在施工中，由于左岸1#排水管的封堵及左岸侧粘土及石渣回填料的早先起步为施工争取主动权，从而使得坝前粘土及石渣回填料的高度始终领先坝体垫层旁边的水位上升速度。4.3 混凝土面板上游面板压重设计 采纳了上述封堵措施后，只有右岸则面板会短暂受到最大2m的水头压力，现场的施工条件可以满意面板上游粘土和石渣料的回填，因此不在考虑封堵时在面板上部增加其他压重。4.4 封堵方法先用竹杆裹纱布清洗趾板头部反向排水管内壁，然后塞入30 cm厚白麻至反向排水管深处，
12、再塞入30 cm厚SR填料(填料内预埋6 mm塑料管，塑料管引至排水管出口处,以临时阻挡反渗水流)。立刻接上灌浆泵和灌浆管起先灌浆，回填灌浆采纳M25膨胀水泥砂浆(掺膨胀剂),灌浆压力为0.20.5MPa。当孔四周都出现浆液后，再次检查并扎紧灌浆嘴接着灌浆，直至孔四周都出浆并稳定(稳定时间3 min)后停止灌浆。清除孔外四周浮砂浆，割掉灌浆嘴。在孔口5 cm范围填入SR塑性填料。在排水管四周的趾板头部浇筑 1m1 m0.7 m(长宽厚)的C25混凝土爱护封口，混凝土结合面打毛处理。5结语 通过设置上述反向排水系统后，坝体渗水能自由排至趾板上游集水坑，用水泵排出上游围堰。可使坝体填筑和混凝土面板施工有序进行。但在高寒低温季节要做好集水井的排水工作，防止反向排水系统因冻涨而被破坏。1
