砌石壩自身防滲技術(shù)

繆見武

（福建省寧德市水利局，福建 寧德，352100）

0 前言

砌石壩為當(dāng)?shù)夭牧蠅危涫┕ぜ夹g(shù)簡(jiǎn)便，半機(jī)械化程度較高，省工省料，易于度汛，安全可靠，且可以充分發(fā)揮當(dāng)?shù)夭牧咸匦?，因適應(yīng)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而得到廣泛應(yīng)用。寧德市地處福建省東北部，俗稱閩東地區(qū)，大地構(gòu)造位于華南褶皺帶，由燕山運(yùn)動(dòng)后奠定基本骨架，境內(nèi)山巒起伏，丘陵延綿，溪流密布，河床陡峻，水資源豐富，多年平均徑流總量達(dá)149.16億m3，占全省水資源的12.8%，水能資源可開發(fā)量有287.65萬kW，被譽(yù)為福建省水電富礦。目前，全市已開發(fā)建成水電站694座，總裝機(jī)容量211.63萬kW。由于區(qū)內(nèi)地形、地質(zhì)及地理?xiàng)l件較適合于興建砌石壩，加之具有豐富的條、塊石資源，使得砌石壩在閩東地區(qū)得以迅速發(fā)展，已建大壩中66%為砌石壩。截至2011年底，據(jù)大壩登記注冊(cè)統(tǒng)計(jì)，閩東地區(qū)已建成砌石壩303座，其中壩高15 m以下有89座，15～30 m的有148座，30 m以上的有66座，這些壩除早期施工的少部分壩體加設(shè)防滲結(jié)構(gòu)外，絕大部分采用壩體自防滲體系，解決了大壩滲漏問題。成熟的自防滲體系技術(shù)措施，保障了大壩安全，推動(dòng)了砌石壩技術(shù)的發(fā)展。1996年建成的桑園水庫砌石雙曲拱壩，最大壩高84.2 m，獲得了水利部?jī)?yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，其良好的自防滲效果標(biāo)志著自防滲體系的技術(shù)措施在閩東地區(qū)砌石壩應(yīng)用中日臻成熟。

1 砌石壩防滲體系的形式及結(jié)構(gòu)

閩東地區(qū)砌石壩壩身防滲體系的結(jié)構(gòu)形式大體可分為兩類：

一是壩身加設(shè)專門防滲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式主要有：①壩體內(nèi)部專門設(shè)防滲心墻，如屏南縣梅溪水庫漿砌石拱壩（最大壩高32 m），下路林水庫砌石拱壩（最大壩高40 m），均采用壩內(nèi)一定高程以下加設(shè)混凝土心墻防滲，心墻厚度在0.4～0.6 m；②在砌石壩上游面加設(shè)防滲面板，如閩東電站水庫雙曲砌石拱壩（最大壩高52.5 m），上游面采用C15鋼筋混凝土面板防滲；③在壩體上游部分采用加強(qiáng)防滲，如曾獲國家優(yōu)質(zhì)工程銀質(zhì)獎(jiǎng)的福鼎市南溪水庫漿砌石雙曲拱壩（最大壩高67.3 m），其防滲體采用在133.25 m高程以下壩體上游面設(shè)4 m厚C10混凝土砌條石加強(qiáng)防滲。也有個(gè)別工程采用上游縫面噴涂瀝青柏油加水泥加強(qiáng)防滲。

二是壩體不設(shè)防滲結(jié)構(gòu)，依靠自身防滲，如福鼎市桑園水庫大壩（最大壩高84.2 m）和寧德市橋頭水庫大壩（最大壩高53 m）均以漿砌條石0.6～1.0 m壩殼加水泥砂漿深勾縫，壩體采用C10、C15細(xì)石混凝土砌毛塊石填筑，依靠壩身砌體密實(shí)度形成自身防滲體系。

2 自身防滲體系

砌石壩是以砂漿或細(xì)石混凝土為膠凝材料砌筑條、塊石建造，其造成壩體滲漏的主要原因有：①壩體砌筑質(zhì)量差，砌體不密實(shí)形成滲漏通道；②砌體施工縫處理不當(dāng)，砌體層間及拱圈分段新舊膠結(jié)縫面形成滲漏通道；③裂縫形成滲漏通道。為此，砌石壩主要從設(shè)計(jì)、施工、材料應(yīng)用等方面采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以達(dá)到自身防滲。

2.1 提高砌體密實(shí)性

2.1.1 推廣“毛塊石梯縫立砌”工藝提高壩身砌體密實(shí)性

“毛塊石梯縫立砌”是采用豎向擺放填筑壩體毛塊石，分層下料，分層振搗細(xì)石混凝土砌筑技術(shù)。其施工程序是：先鋪8～10 cm厚砂漿，豎向擺放毛塊石70～80 cm高，塊石間縫寬控制在6 cm左右，分層填筑細(xì)石混凝土于縫間，邊振搗密實(shí)邊填塞片石?！懊珘K石梯縫立砌”工藝使傳統(tǒng)的砌石分層厚從0.4～0.5 m增加到1.0 m左右，使壩體可填筑較大塊石，較傳統(tǒng)平放毛塊石砌筑方法增大了砌體塊石含量，提高了密實(shí)度，也減少了水平分層數(shù)。

2.1.2 采用“雙摻技術(shù)”改善混凝土質(zhì)量，提高砌體密實(shí)性

在閩東地區(qū)，砌石壩施工普遍應(yīng)用“雙摻技術(shù)”改善混凝土性能，對(duì)提高混凝土密實(shí)度起到了很大作用。一般粉煤灰摻量達(dá)水泥用量的20%～30%，減水劑摻量為水泥用量的0.1%～0.2%。粉煤灰和減水劑的摻用減少了混凝土的水化熱和干縮率，改善了混凝土的和易性，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，節(jié)省水泥用量4%～6%，使細(xì)石混凝土便于施工振搗密實(shí)，提高了壩體抗?jié)B性能。

2.1.3 提高砌體含石率

閩東地區(qū)山谷狹窄、兩岸陡峻，便于布設(shè)簡(jiǎn)易纜索，大量的大塊石可直接從附近料場(chǎng)起吊進(jìn)倉（最大可重達(dá)1 t），配合“毛塊石梯縫立砌”工藝的施工技術(shù)，充分利用了塊石本身密實(shí)性較大的優(yōu)點(diǎn)，減少了混凝土用量，整體上減少了水平層間膠結(jié)縫，大大提高了砌體含石率，有利于壩體整體密實(shí)度提高，從而提高了砌體自身抗?jié)B性能。

采用以上技術(shù)措施后，砌石壩密實(shí)度得到了較大提高，從砌石壩挖坑試驗(yàn)分析，壩身砌體干密度可達(dá)2.38～2.4 t/m3，砌體含石率達(dá)51%左右，孔隙率為1.3%左右，同時(shí)經(jīng)過鉆孔壓水試驗(yàn)，透水率q＜3 Lu，表明砌體密實(shí)性良好。

2.2 注重施工層縫處理

砌石壩施工除采用“毛塊石梯縫立砌”工藝減少壩體滲漏較薄弱的水平層縫整體數(shù)量外，還注重施工層縫處理，提高壩體自身抗?jié)B性能。

（1）順?biāo)鞣较虻臋M縫是砌石壩滲漏的主要通道之一，采用上、下游壩塊分區(qū)分塊施工，各區(qū)塊交錯(cuò)，即上、下游分塊施工后，使橫縫錯(cuò)開（一般錯(cuò)開3.0 m）或形成齒縫，以增長(zhǎng)施工塊橫縫的長(zhǎng)度，避免上下游橫縫貫通，增長(zhǎng)了橫縫滲徑。

（2）縫面處理采用高壓沖洗、打毛、撬挖等技術(shù)措施，清除縫面混凝土浮渣、乳皮及施工垃圾。一般情況下打毛、撬挖后，混凝土面盡可能剝?nèi)ニ嗳槠ぢ冻龃止橇希故┕たp面保持凹凸，讓砌體塊石部分露出，形成與上層砌體呈犬牙交錯(cuò)狀，以增加新舊縫面相互膠結(jié)咬合作用，增進(jìn)新舊縫面良好膠結(jié)，提高橫縫、縱縫、水平縫膠結(jié)面的抗?jié)B性能。

（3）采用UEA膨脹混凝土回填封縫。

壩體高溫季節(jié)分縫施工后，寬縫回填混凝土封縫采用微膨脹混凝土回填，利用膨脹混凝土補(bǔ)償收縮特性，抵消混凝土及砌石體引起的部分或全部收縮，輔以接縫灌漿，提高寬縫回填混凝土以及混凝土與砌體縫面防裂抗?jié)B性能。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)與提升施工技術(shù)

2.3.1 優(yōu)化拱壩體形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

砌石壩體形優(yōu)化主要通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)壩體應(yīng)力控制進(jìn)行優(yōu)化體形設(shè)計(jì)，如多年來砌石拱壩應(yīng)用計(jì)算機(jī)優(yōu)化程序優(yōu)化體形，使拱壩向扁平化、薄拱化、變截面方向發(fā)展，采用對(duì)數(shù)螺旋線形、綜合二次曲線、三心變厚、拋物線等使壩體應(yīng)力得到合理分布，避免拉應(yīng)力過大出現(xiàn)裂縫滲水。在結(jié)構(gòu)上，采用條石漿砌壩殼厚50～100 cm，丁順漿砌，M10水泥砂漿深勾縫形成第一道抗?jié)B屏障，壩體填筑細(xì)石混凝土漿砌塊石形成壩身防滲體，即強(qiáng)調(diào)壩殼砌石的防滲屏障作用，更強(qiáng)調(diào)壩體自密實(shí)度的抗?jié)B作用。

2.3.2 優(yōu)化壩體材料使用

壩體采用不同等級(jí)的膠凝材料填筑，一方面滿足不同部位強(qiáng)度及抗?jié)B要求，適應(yīng)壩體不同部位的應(yīng)力狀況，另一方面可充分發(fā)揮膠凝材料的性能，減少水泥用量，降低水化熱，減少壩體裂縫，提高抗?jié)B能力。如福鼎桑園水庫砌石拱壩在240 m高程以下采用C15細(xì)石混凝土砌筑壩體，在240 m高程以上采用C10細(xì)石混凝土砌筑壩體，充分利用不同等級(jí)膠凝材料的抗拉應(yīng)力特性，有效減少砌筑水泥用量，降低水化熱，減少壩體裂縫出現(xiàn)。

2.3.3 提升施工技術(shù)

主要是采用基礎(chǔ)開挖平順，基礎(chǔ)軟弱層清除置換混凝土，高溫季節(jié)分縫施工，低溫回填微膨脹混凝土封縫，壩體砌筑平衡上升，低溫接縫灌漿等技術(shù)措施，以減少應(yīng)力和溫度變化引起壩體裂縫，防止裂縫引起壩體滲漏，提高壩體抗裂性能，達(dá)到較好的壩體自身防滲能力。

3 結(jié)語

閩東地區(qū)砌石壩自身防滲技術(shù)措施主要立足于“防”，從材料應(yīng)用、施工工藝、質(zhì)量控制和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面，提高壩體自身砌石密實(shí)度，減少層縫數(shù)量和壩體裂縫，達(dá)到了較好的自身防滲性能。