双沟水电站混凝土面板堆石坝反向排水与封堵设计

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、顺序、方法、面板压重等方面做了介绍，根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3.95×108 m3，调节库容1.45×108 m3，电站装机容量280MW。 双沟水电站大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用了翻模施工新技术，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，夏季炎热而多雨，秋季短，天气晴朗凉爽，冬季漫长而严寒。最大积雪深度52cm，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4.3°C，极端最高气温为34.9°C，极端最低气温为－37.7°C。流域内冬季多偏西风和东南风，3－4月份风速较大，抚松气象站统计最大风速为18m/s，相应

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风向为西南。

本流域内降雨分布很不均匀，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60％～70％。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600～830m，比高100～200m，为长白山区第二级夷平面。 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堆积层。

坝区地下水，除第四系松散堆积层孔隙水外，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，断层破碎带及岩脉处理原则是对趾板地基有影响的F6、F7 、F40断层及破碎带采用刻槽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

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1.5m，回填混凝土长度50m，铺设反滤料长10m；河床部位受F40断层及破碎带的影响，受影响的地基开挖加深1.5～5m，开挖长度约156m。F40断层宽度1～3m,刻槽深度1.5～5m，回填混凝土长度约56m，铺设反滤料长100m。由于岩脉地质情况较好，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范围内采用浇筑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，下游围堰处的河床水位汛期基本维持在485.00高程，如不及时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

根据坝址区集雨面积、基础渗水、施工用水量等，估算与施工相应

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频率的水量，在河床趾板内设置3根Φ159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Φ159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）,周围和底部从里向外依次包裹中石(2～4cm)、小石(0.5～2cm)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。

坝基反向排水管平面布置示意图连接板混凝土趾板混凝土说明：图中尺寸均以计;

坝基反向排水方法剖面图砂浆防护层面板粘土铺盖盖重石渣527.00垫层区渡层区过堆石区 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。为大坝顺利填筑和混凝土面板施工提供了有利条件。

1:1排水钢管小区料1:3集水井趾板趾板连接板说明：图中尺寸高程以计外其它均以计;

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4 反向排水封堵设计

反向排水封堵是否成功关系到混凝土面板防渗系统安全问题，本工程有3根排水管3个坚向集水井，在对封堵时间、封堵顺序、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反向水压力等进行分析和研究。 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观察分析，实验测定渗水流量，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开始聚集，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状为一三角体，河道方向为宽27.5m、高6m的三角形；三角体长95m。再根据前面确定的渗流速度5m3/h及通过实验确定填筑的砂砾料孔隙率为0.187，可得到时间t与水位上升高度h的函数关系如下：t=0.79h2+0.06h3。 4.2 封堵施工安排

封堵时主要考虑有利于封孔历时短、速度快、避免反向渗水抬动面板，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、粘土及石渣回填料准备工作基本就绪后，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，隐蔽工程验收合格后方可先将左岸侧

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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。封堵完毕后马上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场施工机械的施工情况进行了推算（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附近的水位上升速度。

4.3 混凝土面板上游面板压重设计

采用了上述封堵措施后，只有右岸则面板会暂时受到最大2m的水头压力，现场的施工条件可以满足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，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,以临时阻止反渗水流)。马上接上灌浆泵和灌浆管开始灌浆，回填灌浆采用M25膨胀水泥砂浆(掺膨胀剂),灌浆压力为0.2～0.5MPa。当孔周围都出现浆液后，再次检查并扎紧灌浆嘴继续灌浆，直至孔周围都出浆并稳定(稳定时间3 min)后停止灌浆。清除孔外周围浮砂浆，割掉灌浆嘴。在孔口5 cm范围填入SR塑性填料。 在排水管周围的趾板头部浇筑 1m×1 m×0.7 m(长×宽×厚)的C25混凝土保护封口，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。