谢宝丰,刘焕虎

(黄河水利水电开发集团有限公司，河南 济源 454681)

1 概 述

1.1 工程概述

西霞院工程位于黄河中下游区域[1]，是小浪底水利枢纽配套水利工程，设计库容1.6亿m3，总装机容量14万MW，为大(2)型水利工程。西霞院水库大坝分三个典型坝段，即左岸土石坝段、河槽混凝土坝段和右岸土石坝段。土石坝上游坝坡复合土工膜规格为两布一膜[2]，复合土工膜规格为400 g/0.8 mm/400 g，下设级配砂砾石垫层、上铺保护层，保护层上铺设预制混凝土联锁板块护坡[3]，联锁板间缝隙较多，联锁板挂钩连接处缝隙较大，板与板之间的施工拼接缝也会有一定的缝隙，对联锁板及联锁板缝隙采用填塞方法处理[4]。西霞院工程已运行多年，土石坝段难免会遇到局部渗漏问题，需要对渗漏部位进行了渗漏修复处理[5]。图1为西霞院右岸土石坝典型剖面。

1.2 土石坝段渗水情况

巡检发现西霞院右岸土石坝段下游侧排水沟处有约268 m长的积水，积水面平均高程123.9 m。经勘查现场、分析原因，确定以下情况：

(1)监测维修分公司联合水工部，采用示踪剂法结合水下蛙人检查，在大坝上游坝坡采用示踪法确认在D2+614附近130.0 m高程的一个连锁板缝隙有墨汁渗入现象，并在现场进行标记。

(2)下游坡脚渗水，下游侧排水沟积水区域为土石坝段D2+354～D2+622处约268 m，水流方向自右向左。

(3)坡脚淤积及坝坡变形，从现场查勘看，在D2+622附近下游坝坡有一条带宽约4 m左右，护坡干砌石的颜色相对较暗，有两条可目测到的缝隙。坡脚排水沟上游侧的干砌石内有泥沙淤积。

(4)从监测设施渗压计及现场查勘，可以看出在桩号D2+614附近130.0 m高程的土工膜可能存在渗漏通道，表现出自此位置下游坡脚排水沟内有积水现象。

1.3 主要问题

(1)需要尽快拆除右岸土石坝段D2+614附近、上下范围为 EL.129.5～EL.133 m 左右区域联锁板、开挖出砂砾层，检查土工膜是否存在损坏。

(2)检查石坝段D2+614联锁板下的砂砾石保护层和垫层是否存在渗漏通道。

(3)从分公司接到维修任务到6月15日大流量下泄，工期只有10 d左右，工期短、施工难度大，临水作业安全风险大。

图1 西霞院右岸土石坝典型剖面(单位：m)

(4)原铺设土工膜为两布一膜，以及设计方案建议的一布一膜，参数要求为厂家定制的，当前不具备定制生产的条件，需要寻求替代提供的方案。

(5)因工期短，施工完成立即抬升水位，联锁板间的浇筑混凝土和砂浆填缝无养护期，需寻求速凝、早强、快干微膨胀的新型材料。

2 实施方案

2.1 方案设计

根据以上原因分析和土石坝渗水实际情况，确定以下处理方案：首先需查找土工膜的渗漏部位；采用两层两布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)对渗漏点进行修补；砂砾石垫层及联锁板恢复；为缩短工期，混凝土浇筑和砂浆灌缝材料使用新型硫铝酸盐水泥材料施工。

2.2 土工膜替代方案

因原设计方案中采用0.6 mm光面膜加一布一膜(0.3 mm/350 g)，因采购周期长，经与设计单位和项目管理部门沟通，采用现有两层两布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的替代方案，并在施工前进行粘接渗水试验。

(1)土工膜粘接试验，选两组土工膜分别用聚硫密封胶粘接一组，用KS热熔胶粘接一组，然后做抗拉实验，经现场对比，KS热熔胶的黏结效果明显优于聚硫密封胶。

(2)两布一膜替代试验，监测维修分公司根据目前条件提出采用覆盖两层两布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)的方案,并采用KS热熔胶粘结做渗水试验，粘贴70 cm×70 cm的封闭水袋静置48 h未见渗水，证明黏结力良好，密封性良好。现场试验结果证明，方案采用KS热熔胶和现有的两布一膜(200 g/0.5 mm/200 g)，在损坏部位覆盖粘贴两层两布一膜土工膜的修复方案能够替代原设计方案。

2.3 渗水部位查找确认

(1)首次查找范围：暂按D2+614桩号两侧各2.0 m，高程范围129.5 m到133.0 m。

(2)将淤积面高程面以上的护坡联锁板拆除，将复合土工膜上的0.20 m保护层清除干净。

拆除联锁板前，先清理连锁板缝里的混凝土，清理连锁板锁扣里的混凝土，然后用Z型撬杠翘掉连锁C板，依次拆除C板内联锁块，拆除后的联锁块使用小推车运输，人工整齐码放至北侧5 m存放范围内，供本工程重复使用。

(3)土工膜表面清除干净后，查看土工膜下部是否脱空塌陷，若有脱空塌陷现象就需要重点关注，仔细查看脱空塌陷位置的土工膜是否有破损，而形成的渗漏通道。

(4)若土工膜下部无脱空塌陷现象，可仔细查看土工膜的颜色或表面附着泥沙的情况，若与大面积的土工膜有差异的，可重点再查土工膜是否有渗漏通道。

(5)若从外观不能发现渗漏点，可在土工膜表面洒水或水中加颜料，仔细查找渗漏通道。

(6)若在此范围没找到渗漏点，再向两侧各2 m 扩大范围，按上述方法重新查找。

(7)根据现场情况和工作安排，实际拆除联锁板进行渗水检查维修的面积为200.34 m2(18.9 m×10.6 m)，需要拆除联锁板约780块。

2.4 渗水部位土工膜修复处理

(1)找到渗漏通道后，若土工膜下部脱空，需将土工膜剪开，用粒径范围15 cm厚的0.1～40.0 mm的垫层料，回填并压实至与周围的坝坡面一致，垫层料适当洒水压实。

(2)土工膜的破损部位根据其损坏程度采取以下相应措施。

对其表面土工布已被冲刷掉的土工膜，将原土工膜上层清理干净露出光面膜，在其表面铺设两布一膜复合土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，新铺设土工膜周边宽0.2 m的下层土工布剪下露出光面膜，用KS热熔胶粘接两膜。

(3)对土工膜破损部位(如图2)，须粘接两层一布一膜土工膜(200 g/0.5 mm/200 g)，第一层(下层)先对破坏位置周边各扩大0.5 m范围其上先铺设一布一膜复合土工膜，将原土工膜上层清理干净露出光面膜，在其表面铺设两布一膜复合土工膜，新铺设土工膜周边宽0.2 m的下层土工布剪下露出光面膜，用KS热熔胶粘接两膜涂刷。两布一膜范围内均涂刷KS热熔胶，土工布与原土工膜接触范围按方格形涂胶，平行坝轴线条带间距小于1 m，垂直坝轴线条带间距小于2 m，周边涂刷宽度0.2 m。再对破坏位置周边各扩大2 m范围，第二层(上层)再铺设一层两布一膜，粘贴方法同上。

图2 渗水损坏位置土工膜修复示意图

(4)两布一膜土工膜的规格：200 g/0.5 mm/200 g。首层膜铺设范围大于损坏区0.5 m，上层铺设范围大于损坏区2 m。

(5)土工膜和土工布其表面须保持干净，应作粘接及胶接试验；并据试验结果确定其衔接方式及相应工艺。

(6)对已出露的土工膜应仔细检查是否有漏洞、磨损破坏等现象。

(7)施工期间，防止对土工膜造成损坏，安排好施工程序，并注意人员安全。

2.5 砂砾石垫层及联锁板恢复

(1)土工膜修补好后，在其表面铺设20 cm厚的砾石保护层，分上下两层各10 cm厚。下层料粒径范围0.1～40.0 mm，上层料粒径范围5～40 mm。保护层适当洒水压实。

(2)在保护层上仍铺设0.17 m厚的预制混凝土联锁板块护坡，尺寸0.5 m×0.5 m。混凝土联锁板采用人工配合机械铺设，铺设时从下向上进行施工。施工时，将混凝土联锁板的A、B、C和A的异形块四种形状通过挂钩和槽孔依图纸按照先后顺序拼装在一起，如图3。

2.6 采用新型硫铝酸盐水泥材料施工

因拆除面积扩大至一条混凝土带的位置，恢复时混凝土带采用C35商品混凝土浇筑，联锁板间隙采用水泥砂浆勾缝。

普通的硅酸盐水泥和混凝土，初凝时间、强度上升时间都较长，而且具有收缩性，不满足工期要求，见表1。硫铝酸盐水泥的特点是早强、高抗渗性、膨胀性能、低碱性，适用于抢修和抢建工程、补偿收缩混凝土的配制和抗渗工程等。

在水泥用量基本相同的条件下，硫铝酸盐水泥混凝土早期强度发展比普通水泥混凝土快得多，1 d可达设计强度的88%，3 d可达设计强度的113%。也就是说硫铝酸盐水泥混凝土浇筑一天后，即可进行下道工序施工，为加快工程进度提供了有力的保证，最终在主汛期前完成全部工作。

图3 混凝土联锁板布置图(单位：m)

表1 硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥性能

3 实施效果

(1)累计拆除联锁板、土工膜面积200 m2，约780块。高程范围为129.5～133.0 m。在拆除范围内多次检查，未发现明显土工膜损坏和渗涌通道。可以推测，土工膜损坏部位较小、或在接缝位置，也有可能渗漏点不在拆除区域范围内。

(2)采用现有材料替代原设计的两布一膜土工膜，对施工区域的土工膜覆盖修复，提高防渗效果。

(3)施工过程中，采用具有早强、高抗渗性、膨胀性能、硫铝酸盐水泥及混凝土新材料，克服工期短难题，提前完成工作，避免了对抬升水位、大流量下泄的影响。

4 结 语

本文中的处理措施相比采用普通材料和施工工艺，节省大量工期，西霞院上游水位低于EL129 m以下不能发电，所以在大流量下泄至少增加4台发电机组10 d的满负荷发电量，创造了一定的经济效益。通过查找坝坡较大区域的土工膜及垫层的损坏和渗涌情况，排除了这一区域存在渗漏点，对右岸土石坝渗水情况进行了探索，对今后如何处理这一问题提供了借鉴，在主汛期前完成渗水检查处理工作，对水工建筑物安全度汛提供保障，取得了较大社会效益。