法国诺萨克坝混凝土面板老化及渗漏的检测与修复.pdf

2 0 1 5年 1 月 水 利 水 电 快 报 E WR H I 第 3 6卷第 1 期 文章编号 ： 1 0 0 6 4 ) 0 8 1 ( 2 0 1 5 ) 0 1 - 0 0 2 6 - 0 3 法国诺萨克坝混凝土面板老化及 渗漏的检测与修复 法国 V 埃里克 摘 要 ： 针对法 国诺 萨克坝上游 面板 变形 引起 的渗 漏 问题展 开 了研 究。简要介 绍 了诺 萨克坝及 其排 水 系统的布置、 在较长 时间段 内的渗漏状况 ， 以及修 复上 游面接缝 所开展的一 些主要 工作 。还 对最近一 次发 生的渗漏问题进 行 了介 绍 ， 阐述 了其产 生的原 因和修复经过 。 关 键词 ： 混凝土 面板堆石坝 ； 排 水 系统； 渗漏 ； 成 因分析 ； 修复施工 ； 诺 萨克坝 ； 法 国 中图法分 类号 ： T V 6 4 1 4 3 文献标志码 ： A 1 项 目简介 诺萨克 ( N a u s s a c ) 坝坐落在浩特 一阿列尔( H a u t A l l i e r ) 河上 ， 靠近法 国洛泽尔省的朗戈涅镇。工程 的主要 目的是在每年 的 1 1月到次年 5月期间蓄水 ， 以保证维持 6月到 1 0月阿列尔河 以及下游卢瓦尔 ( L o i r e ) 河 的流量。诺 萨克坝是一座混凝土 面板堆 石坝， 坝高 5 0 m， 上游铺设混凝土防渗面板 ， 正常蓄 水位为9 4 5 O 0 m ( 法国采用 的高程标准， F O D) ， 水 库库容1 9 亿 m 。工程于 1 9 8 3年夏开始投入运行 。 大坝主要技术参数如下 。 建基 面 以 上 最 大 坝 高 ( 高 程 8 9 7 9 4 7 m ( F O D) ) ： 5 0 m 坝顶宽 ： 7 m 坝顶长 ： 2 4 0 i n 坝体体积 ： 4 0 0 0 0 0 m 上游面板总面积 ：1 2 5 0 0 m 上游面板厚度 ： 0 4 0 m 上游面平均坡度 ：1 4 1 下游面平均坡度 ： 1 4 5 1 正常蓄水位 9 4 5 0 0 m ( F O D)， 相应 库容 1 9 亿 m。 非常蓄水位 9 4 6 O 0 m ( F O D) ， 相应库容 2亿 m 3 坝体 堆 石料 为花 岗岩， 石料 最 大粒 径 为 8 0 0 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 2 1 26 m m， 粒径小于 5 mm的石料 占堆石体总量 的 1 5 。 上游面板底部设置了过渡带 ， 过 渡料粒径相对略小 ( 最大粒径为 4 0 0 m m) 。 大坝上游面铺设钢筋混凝土防渗面板 ， 面板面 积为 1 2 5 0 0 m ， 面板厚 4 0 c i n ， 趾板与面板间的周边 缝内设止水 ， 形成坝基以上的防渗体。 排水系统主要包括 4条表面排水管和 3条通 向 坝基深部集水管的排水管。 在地基处理之后便开始布设坝基排水系统 ， 系 统含 1 8个钻孔 ， 3条主要排水管 ， 即 D1 、 D 2和 D 3 ， 分别收集来 自河谷底部 、 左岸和右岸的来水 。 表层排水用于收集 回填料与基础接触面之间的 循环水 。排水管 D 4 ( 直径 2 0 0 m m) 收集位于右岸 上游部分大坝基础部 位的渗 流， 排水 管 D 6( 直径 4 0 0 mm) 收集从左岸和谷底流经大坝底部的各种可 能来源的渗水。 2 渗漏 2 1 简 况 1 9 8 31 9 9 3年 间 ， 大 坝渗 流量 为 4 5 0 L m i n ， 1 9 9 4年 以后 ， 渗流量逐渐增加到 1 6 9 0 L m i n 。 随着渗流量的增大 ， 1 9 9 7年派潜水员在水下检 查上游面板和排水系统 的情况 ， 1 9 9 8年 6月和 1 9 9 9 年 3月分别采用测压管 、 渗压计 和微型摄像头进行 一 理 法国 V 埃里克法国诺萨克坝混凝土面板老化及渗漏的检测与修复 了观测 。2 0 0 3年 1 1月适 当降低 了库水位 ， 对上游 面板进行 了检查并开始进一步的研究工作。 通过 对防渗墙 、 周边缝采用荧光粉扩散检测法 进行水下检测 ， 可以发现明显的渗漏通道。 根据检测结果 ， 2 0 0 5年将水 库全部放空 ， 对 主 要的接缝部位进行了全面的修复 ， 有效地 降低 了渗 漏量 。修复工作 于 2 0 0 5年年底 结束 ， 水库 重新蓄 水 ， 2 0 0 8年 5月达到正常蓄水位。 2 2 渗漏原 因与部位 针对该坝的渗漏 问题 ， 1 9 9 8年 以来 ， 进 行 了大 量的研究和调查工作 。 研究 内容包括对渗漏的发展进行分析 ， 以及寻 找可能的渗漏源。派潜水员进行水 下检查 ， 寻找面 板上的缺陷， 测量靠近面板的水流流速 ， 并用荧光粉 注入法进行测试 。检测结果表明， 渗漏原因主要在 面板的止水上 ， 即止水本身的问题或面板出现张裂 ， 于是很快找到了位于周边缝之上的一个渗漏区域。 最后一次检查是在 2 0 0 3 2 0 0 4年 ， 检查期间降 低 了库水位 ， 同时雇用了潜水员。检查发现 ， 在防渗 墙之上和周边缝存在着 3 4 e m的不均匀形变 ， 主 要分布在防渗墙接缝 的两侧 ： 其 中接缝一侧的周边 面板置于人工填筑的堆石体上 ， 接缝另一侧的趾板 则直接连于岩基上。这种布置可能是导致止水设施 局部受剪的原因。 发现有 2处渗漏位置 ( 见图 1 ) ： ( 1 )主要渗漏发生在左岸防渗墙伸缩缝部位 ； ( 2 )次要渗漏位于面板高程 9 2 7 m ( F O D) 处 。 与主渗漏区域不同的是 ， 该渗漏不是发生在防渗墙 伸缩缝部位 ， 而是发生在周边缝区域。根据潜水观 察 ， 这一区域的渗流量远小于防渗墙伸缩缝部位的 渗流量 。 良 旧 舛 2o o 4- - - _ T 图 1 接 缝 位 置 和 2 0 0 5年 处 理 的 接 缝 位 置 咨询公司给出的结论如下： 所检查的面板总体 情况 良好 ； 在趾板 、 周边缝和防渗墙伸缩缝部位发现 缺陷 ， 2 0 0 4年水下检测发现沿 防渗墙伸缩缝有几处 渗漏点 ， 少量渗漏发生在周边缝 区域 。 业 主于是决定对伸缩缝进行处理 ， 根据观测结 果并从经济上考虑 ， 决定对侧缝和水平缝进行处理。 由于施工需要放空水库 ， 在此之前采用 了临时 的减 少渗漏 的措施 。 观测发现 ， 当水位 高程接近 9 3 4 m ( F O D) 时 ， I 3 4+D 6集水管给出的渗流量在 5 d内从 7 5 0 I Mm i n 降低到了 1 5 0 L m i n以下。 2 3 上游面板的修复 上游 面板 的修 复工作于 2 0 0 5年开始 ， 对 高程 9 3 6 5 4 m ( F O D) 以下的水平缝、 防渗墙伸缩缝和周 边缝 进行 了处 理 。 对上述缝的处理包括铺设两道防水设施 ： 第 1阶段 ， 首先在损坏 的止水上面采用不透水 的弹性材料充填到混凝土构件间的缝隙中。 第 2阶段 ， 采用海 帕伦 ( H y p a l o n ) 型外部 止水 带 ， 粘贴到已经充填了不透水弹性材料 的混凝土面 板接缝处 。 修复工作包括在混凝土面板 的接缝处割宽缝 ， 最大割深 1 0 e m， 以便扩大面板和趾板之间的间隙， 方便灌人不透水弹性材料 ， 然后将海帕伦型止水带 固定在两面板的接缝上。详见图 2 。 不 一 _ 一一 舅 一 止 水 图 2 施工细部 2 4 2 0 0 5年施工质量评价 诺萨克坝于 2 0 0 5年年底再次蓄水 ， 2 0 0 8年达 到正常蓄水位。 自此渗漏量逐渐减小 ， 2 0 0 7 2 0 1 0 年间平均渗漏量为 2 6 0 L ra i n ， 表明修补工作有效 。 3 2 0 1 1年渗漏事件 2 0 0 8年 1 1月发 现渗漏 量增加 ， 主要发 生在排 水管 D 4 ， 其渗漏量从 2 5 l Mmi n增加到 2 5 0 L m i n 。 2 0 1 1年 1 月 1日晚 ， 渗漏量 突然剧增 ， 主要发生在 排水管 D 6 ， 在几个小时 内其渗漏量从 4 0 0 I Mm i n 增 加到 1 1 0 0 I Mmi n 。大坝总渗漏量达N1 5 8 0 I Mm i n 。 其中包括排 水管 D 4的 4 2 0 L mi n和排水 管 D 6的 1 1 8 0 I Mm i n 。2 0 1 1 年 1月发生 的渗漏量增加与修 复工程完成后的渗流量相 比差距较大， 然而该渗漏 量仍小于 2 0 0 3年的最大渗漏量 2 5 0 0 lMm i n( 排水 2 7 2 0 1 5年 1 月 水 利 水 电 快 报E WR H I 第 3 6卷第 1 期 管 D 4中 6 0 0 L mi n ， D 6中 1 8 4 0 L mi n ) 。另外 ， 该 渗漏量对应 的水位高程为9 4 3 5 m ( F O D) ， 接近正 常蓄水位( 9 4 5 m ( F O D) ) ， 基本上达到了水库 的最 大蓄水状态 。 发现渗漏量增加之后 ， 进行 了渗漏分析， 以便对 渗漏部位进行定点水下检查。水下检查工作 于 2 0 1 1 年 3月第 1 次检查时发现了第 1 处渗漏点 ， 在面板的 上部( 位于 R D的 PQ垂直缝 ， 高程范围在9 3 8 6 0 9 4 1 2 0 m ( F O D) 之间) ， 于 2 0 1 1 年 5月底第 2次检查 时发现了第 2处渗漏点， 位于面板的下部( 在 cD 垂直缝延伸段的斜缝上 ， 高程范围在 9 1 8 9 2 0 5 0 m ( F O D) 之间) 。每个渗漏点都采用 了临时堵塞办法， 从而检测其对渗漏量的影响。第 1处渗漏点堵塞之 后 ， 渗漏量明显减小( 达到 5 5 0 L m i n ) ， 但仍无法说 明 2 0 1 1年 1 月那次渗漏量急增的原因。之后的第 2 次检查 ， 找到了这一事件的可能原因。 第 1次水下检查和用荧光粉检测包括 以下接缝 处 ： 2 0 0 5 年 未 修 补 的 水 平 缝 (高 程 9 3 6 5 4 m ( F O D) ) 、 水平缝高程9 2 7 5 3 m( F O D )附近的周边 缝和防渗墙伸缩缝 、 高程 9 3 2 m ( F O D) 附近未处理 的垂直缝 。 由此可 以发 现初 期渗漏发生在 高程9 3 8 6 0 9 4 1 2 0 m ( F O D )之间( 见图 3 ) 。 漏水 区( 2 0 1 1 年6 月) 9 3 8 6 0- 9 4 1 2 0 m J K L M N 0 P Q 8 4 5 7 0 漏 9 2 7 0 0m 91 8 00- 92 0 50m 漏水区( 2 o ) 一 9 0 8 0 0 9 1 0 0 0 m 伸缩缝周边缝 图 3 首次渗漏 区域 (2 0 1 1年 3月 ) 与第 2次渗漏区域 ( 2 0 1 1年 6月 ) 将土工膜临时铺设在渗漏部位 ， 用于观察该部位 渗漏导致的渗漏量的大小 ， 因为渗漏量的减少是这次 调查 的一 部分。这 次 调查 也 采 用 了遥 控 探 测 车 ( R O V) 。 2 0 1 1年 5月使用 R O V进行 了2 d的检测 ， 采用 了声纳定位系统的探测车 ， 置于大坝上游面沿着面 板接缝进行探测。由于面板上积有一层几厘米厚的 水库泥沙 ， 增加了探测难度 ， 更无法直接得到图像 。 但探测车底板中部的声纳定位系统使得该设备可 以 看到面板和接缝的大致形态 ， 以及探测车的位置。 遥控探测车上绑有一些布条 ， 可 以探测水流 的 运动 ， 带有一个探头可 以注入荧光粉。 2 8 5月 3 1日检测结果引起了人们 的重视 ， 有个 区 域 的图像与其他接缝明显不同。 检查周边缝时， 发现高程 9 1 8 9 2 0 5 m ( F O D) 之间的部位沿接缝有一处渗漏 。2 0 1 1 年 6月 ， 潜水员 潜入水中， 用临时土工膜铺设在这个区域 ， 观察渗流 量的变化 ， 从而判断该区域的渗漏情况。铺设工作采 用遥控探测车作为向导， 找到渗漏区域 的坐标 ， 然后 对渗漏量进行了观测 ， 结果见图 4 。 l 6 0 0 1 40 0 1 20 0 1 00 0 80 0 莲6 0 0 i i 处漏 _u 一一! ，- 一 r L l + 1 - = = 面板上部的渗漏主要发生在垂直缝 中， 该部位 由工人 于 2 0 1 1年 1 1月在其露 出水面时进 行 了修 补 ， 修补工作在水库水位极低时进行 。修补方法与 2 0 0 5年采用的修复方法完全相同。 相反， 底部 的接缝 ( 周边缝和 防渗墙 伸缩缝部 位 ) 是大坝底部渗漏 的主要通道 ， 为 了不影 响水库 的管理运行 ， 需要在水下修复。这次采用了一个金 属接缝盖板 ， 将盖板的两侧固定在面板上 ， 然后在盖 板底部和接缝中注入环氧树脂 ， 从而再次弥补接缝 止水的缺陷。 4结语 经过多年的观测和分析 ， 对于诺萨克坝上游面 板的渗漏问题有 了较为明确 的认识 ， 根据渗漏的程 度对部分渗漏区域进行了修复 ， 证明是有效的。 2 0 1 1年 1月， 针对未加处理 的混凝 土构件引起 渗漏量急增的事件 ， 业主考虑对 渗漏 区域进行彻底 处理。这次检测和修复工作 ， 就是进行诊断 ， 或进行 预防性处理 ， 再次对未处理的区域进行修复施工 。 在做决定之前需要有观测资料 ， 而对渗流量 的 持续观测则是一个有效 的监测手段 ， 这在该工程探 测面板缺陷的工作 中已经得 到证实。此外 ， 利用遥 控探测车和派潜水员进行水下探测 ， 找到渗漏部位 ， 以及采取临时性的处理措施等 ， 都是很有效的方法 。 ( 汪洋 周虹 付 湘宁编译 ) 一 自0 一 繁 咖 咖 啪 咖