混凝土大壩水下加固措施概評(píng)

黃后銀

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，昆明650201)

在水工建筑物的使用中，與其他工程結(jié)構(gòu)物一樣，混凝土大壩也存在失事的可能性，如果不能及時(shí)排除各種安全隱患，將嚴(yán)重影響到水利工程設(shè)施的功能，甚至可能造成重大的安全事故。在混凝土大壩的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，水利設(shè)施管理部門(mén)必須定期對(duì)其安全性能進(jìn)行檢測(cè)，并且及時(shí)進(jìn)行除險(xiǎn)加固和防滲處理，切實(shí)做到防患于未然，保障混凝土大壩的安全運(yùn)行?；炷链髩蔚某U(xiǎn)加固中，很多作業(yè)項(xiàng)目需要在水下進(jìn)行，明顯增加了技術(shù)難度，所以，在積極總結(jié)和運(yùn)用各種施工工藝、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，必須加強(qiáng)對(duì)于水下加固措施的研究，從而全面提高混凝土大壩除險(xiǎn)加固施工的效率與質(zhì)量。

1 混凝土大壩病害產(chǎn)生原因

目前，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的水利工程中，土石壩約占90%以上，混凝土大壩相對(duì)較少。與土石壩相比，混凝土大壩在施工工藝、技術(shù)、材料等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是由于受到各種主客觀因素的影響，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的混凝土大壩在使用中也暴露出了一系列的質(zhì)量問(wèn)題，如果不能及時(shí)對(duì)其病害的產(chǎn)生原因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，必將嚴(yán)重影響到混凝土大壩的實(shí)際運(yùn)行效果。

1.1 結(jié)構(gòu)不安全

即混凝土大壩的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑穩(wěn)定性等不符合相關(guān)規(guī)范與要求，造成此類(lèi)病害的主要原因有3點(diǎn):①混凝土大壩的壩體斷面不足，壩坡較為陡峭;②護(hù)坡的施工質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)裂縫、滲漏等質(zhì)量問(wèn)題時(shí)未能及時(shí)進(jìn)行維修，導(dǎo)致局部護(hù)坡嚴(yán)重破損;③混凝土大壩施工過(guò)程中，由于壩基清基不徹底，導(dǎo)致發(fā)生滲漏或產(chǎn)生不均勻沉隱，使用壽命也有所下降。

1.2 滲流不安全

即混凝土大壩的壩體、壩基等處存在不同的滲漏問(wèn)題，并出現(xiàn)溶濾破壞的現(xiàn)象，造成此類(lèi)病害的主要原因?yàn)?①在混凝土大壩施工時(shí)，清基、壩基的防滲處理不徹底;②混凝土大壩的施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，滲透系數(shù)低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)局部裂縫的現(xiàn)象。

2 混凝土大壩的水下加固措施

隨著水利工程的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，混凝土大壩會(huì)出現(xiàn)老化、自然侵蝕或人為破壞等現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響到其安全運(yùn)行，所以，應(yīng)定期對(duì)混凝土大壩的安全運(yùn)行狀況進(jìn)行排查，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的安全隱患應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。在混凝土大壩的除險(xiǎn)加固中，水下加固施工所占的比例較大，必須采取相應(yīng)的工藝與技術(shù)措施，否則難以保證施工的效率與質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)在混凝土大壩水下加固方面已經(jīng)積累了較多的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，本文選取其中3種常見(jiàn)的施工技術(shù)措施進(jìn)行介紹。

2.1 灌漿治漏與加固技術(shù)

在混凝土大壩的水下加固中，對(duì)于裂縫的修補(bǔ)是主要的施工項(xiàng)目之一，在保證其安全、可靠的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于施工條件與技術(shù)措施可行性的研究，力求施工作業(yè)的簡(jiǎn)單、合理、經(jīng)濟(jì)。目前，國(guó)內(nèi)在混凝土大壩水下加固中，應(yīng)用的灌漿治漏與加固技術(shù)主要有以下3種:

1)表面處理法。主要適用于對(duì)于安全影響較小的表面裂縫或深層裂縫，以及對(duì)于結(jié)構(gòu)承載力影響不大的裂縫。由于混凝土大壩的局部處于水中，所以，在進(jìn)行裂縫的表面處理時(shí)，要在水泥砂漿、環(huán)氧膠泥、油漆、瀝青等防腐材料中添加防水劑，在施工作業(yè)中要保證材料的涂抹全面、細(xì)致，進(jìn)而達(dá)到封閉裂縫與防水的作用。同時(shí)，在進(jìn)行混凝土大壩裂縫的表面處理時(shí)，在裂縫表面還可以采取黏貼玻璃纖維布的方式，以防止其在各種因素的影響下繼續(xù)開(kāi)裂。

2)裂縫修復(fù)法。對(duì)于混凝土大壩已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，要根據(jù)水下結(jié)構(gòu)裂縫的分布情況、長(zhǎng)度、開(kāi)度與走向等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和觀測(cè)。在混凝土大壩裂縫部位設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在裂縫的開(kāi)口部位覆蓋塑料布，防止因水流侵蝕而造成裂縫現(xiàn)象的加劇。在混凝土裂縫的水下加固中，裂縫修復(fù)法只是一種臨時(shí)性的處理措施，后期仍需對(duì)于裂縫進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理，以保障大壩的安全。

3)灌漿法。主要適用于對(duì)于結(jié)構(gòu)整體安全造成影響較大的水下裂縫，經(jīng)過(guò)必要的修補(bǔ)處理后，大壩的結(jié)構(gòu)使用功能與安全性能將大幅提升。在混凝土大壩的水下加固中，灌漿法分為:水泥灌漿、化學(xué)灌漿兩類(lèi)，其中水泥灌漿適用于寬度在1 mm以上的裂縫，而化學(xué)灌漿則適用于較窄的裂縫。但是在國(guó)內(nèi)的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，兩種灌漿法適用于較為穩(wěn)定裂縫的水下加固處理，而對(duì)于水下活縫、伸縮縫的處理效果則不是十分理想。

2.2 大壩加高技術(shù)

在混凝土大壩的水下加固中，大壩加高技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，其常見(jiàn)的方法主要有2種方式:①在原壩的頂部澆筑混凝土，并且在擴(kuò)大大壩上游面、下游面的斷面;②使用豎向預(yù)應(yīng)力錨索將原壩體、壩基與上部新澆混凝土錨固成為整體。以下介紹上述2種方法在混凝土大壩水下加固工程中的應(yīng)用實(shí)例。

1)擴(kuò)大斷面加高混凝土大壩。丹江口水利樞紐大壩是南水北調(diào)中線的主要水源工程，由于大壩常年受到氣溫變化的影響，以及受到水流的侵蝕作用，壩體局部結(jié)構(gòu)的安全性受到嚴(yán)重的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果，工程技術(shù)人員決定采取擴(kuò)大斷面加高混凝土大壩的措施。即將加高鍵槽中的混凝土碳化層完全鑿除，鑿除深度為2～3 cm。對(duì)于未預(yù)留加高鍵槽的部位則采取人工切割補(bǔ)設(shè)鍵槽的方式，補(bǔ)設(shè)鍵槽的長(zhǎng)度為40～65 cm，寬度為30 cm。在新老混凝土的結(jié)合面布置錨桿，以增加其連接部位的黏接強(qiáng)度和與整體受力性能。

2)預(yù)應(yīng)力錨索加高混凝土大壩。在需要加高混凝土壩的上游布置豎向預(yù)應(yīng)力錨索，在提高大壩的抗滑、穩(wěn)定性能及抗彎能力的同時(shí)，可以在不降低水庫(kù)運(yùn)行水位的條件下開(kāi)展相關(guān)施工作業(yè)，從而提高水下加固措施的經(jīng)濟(jì)性和安全性。我國(guó)的豐滿水電站在混凝土大壩的水下加固中采用了預(yù)應(yīng)力錨索加固方法，不但解決了混凝土大壩壩基穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，而且加高壩頂1.2 m，提高了設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 高壓噴漿技術(shù)

在混凝土大壩的水下加固中，高壓噴漿技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的水下加固措施相比，應(yīng)用高壓噴漿技術(shù)具有造價(jià)低、施工方便、開(kāi)挖量小、占地少等特點(diǎn)，對(duì)于鄰近的水工建筑影響也相對(duì)較小。在高壓噴漿技術(shù)的應(yīng)用中，需要注意以下3項(xiàng):①鉆孔，由于是在水下作業(yè)，為了保證鉆孔的效果，一般是采用泥漿固壁回轉(zhuǎn)鉆孔的方式。鉆孔過(guò)程中應(yīng)注意做好充填堵漏的準(zhǔn)備，以保證孔內(nèi)的泥漿正常循環(huán)及返出孔外;②墻體位置的確定，根據(jù)混凝土大壩的水下結(jié)構(gòu)，合理確定防水墻的位置，防止施工作業(yè)中出現(xiàn)局部滲水的現(xiàn)象;③噴墻管理，在混凝土大壩的水下加固中，應(yīng)用高壓噴漿技術(shù)要嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度、灌漿壓力、提升速度與送氣量等，灌漿階段嚴(yán)防出現(xiàn)漿液離析、斷漿等現(xiàn)象，以保證水下施工作業(yè)的連貫性。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

本文選取云騰渡水電站攔河壩的水下加固為例，該壩原為支墩面板壩，壩高為6 m，壩長(zhǎng)為108 m，壩底寬度為6.55 m。據(jù)當(dāng)?shù)厮O(shè)施管理技術(shù)人員介紹，由于受到施工條件的限制，該壩在壩基處理中存在清基不徹底的問(wèn)題，部分壩基現(xiàn)已被淘空。壩基淘空總計(jì)長(zhǎng)度為91 m，高度為1.5～6 m，回填混凝土的工程量約為1 500 m3。在1993～2002年期間，已經(jīng)多次對(duì)于攔河壩進(jìn)行檢查與加固處理，但是由于受到施工工藝、技術(shù)問(wèn)題的限制，未能徹底消除混凝土大壩的安全隱患。2008年，決定對(duì)該壩進(jìn)行大規(guī)模的水下加固處理，本文對(duì)其水下加固技術(shù)方案的選擇進(jìn)行介紹。

3.2 水下加固技術(shù)方案的選擇

3.2.1 方案1:土石圍堰的施工技術(shù)方案

利用混凝土大壩的整體結(jié)構(gòu)作為上游圍堰，在大壩的下游填筑土石圍堰，而加固則采用常態(tài)的混凝土施工技術(shù)方案。本施工技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)為:盡量創(chuàng)造了干地施工的條件，清基與加固處理更為徹底;缺點(diǎn)為:圍堰施工技術(shù)方案的投資較大，工期長(zhǎng)，施工工藝與技術(shù)難度大，容易導(dǎo)致大壩出現(xiàn)傾覆的現(xiàn)象，存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 方案2:水下混凝土填充加固的施工技術(shù)方案

結(jié)合廣西麻石電廠、巖灘電廠等處的水下混凝土施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，獲取了相應(yīng)的技術(shù)資料和參考數(shù)據(jù)。工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水下混凝土填充加固施工技術(shù)方案主要具有投資少、工期短、受壩頂少量過(guò)水的影響較小，施工作業(yè)安全系數(shù)高，以及施工質(zhì)量較為理想的有點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)對(duì)2種施工技術(shù)方案的比較，工程技術(shù)部門(mén)決定采取水下混凝土填充加固的施工技術(shù)方案，結(jié)合該壩所處的實(shí)際環(huán)境，以及各種施工條件和技術(shù)因素的限制，技術(shù)人員建議在施工中采取以砂包固模、鐵籠裝石固模等替代原設(shè)計(jì)方案中拋石固模的方式，在混凝土澆筑作業(yè)完成后，對(duì)于大壩的基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，以保證水下加固處理的實(shí)際效果達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在混凝土大壩的水下加固處理中，必須將除險(xiǎn)加固與防滲處理有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在各種工藝、技術(shù)措施的應(yīng)用中也要堅(jiān)持綜合分析與全面考慮的原則，特別是在水下加固技術(shù)方案的設(shè)計(jì)中，一定要考慮到水下作業(yè)的特殊環(huán)境和各種不利因素，不斷完善施工技術(shù)方案，從而保障混凝土大壩水下加固處理符合相關(guān)要求。

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