漿砌石重力壩的安全評(píng)價(jià)分析

張雄華

（湖南科宏建設(shè)開發(fā)有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 我國(guó)漿砌石壩的發(fā)展

砌石壩是由一定規(guī)格要求的石料經(jīng)漿砌或干砌而成的一種擋水建筑物，漿砌石重力壩主要是依靠自身重量保持壩體穩(wěn)定和滿足設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度。建國(guó)以來，漿砌石重力壩廣泛應(yīng)用于水利工程中，中小型水利樞紐多集中在平原、丘陵地區(qū)，其施工主要依據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況。隨著水利工程規(guī)模的發(fā)展，水利設(shè)施必然向著山區(qū)、平原、丘陵地區(qū)延伸，這些地區(qū)難以找到適合的溢洪道位置，洪水陡起陡落、施工導(dǎo)流困難、勞動(dòng)力短缺、工期周期長(zhǎng)、交通不便等一些因素促成了漿砌石大壩有較大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)壩高在15m 以上的漿砌石重力壩多達(dá)2 000 多座，其中河南群英壩是世界最高漿砌石重力壩，壩高100.5m。

2 漿砌石重力壩的構(gòu)造

用水泥、白灰等膠結(jié)材料砌筑塊石而形成的壩膠漿砌石壩，承受的外力主要是按三角形分布的上游水壓力。為保證壩體有足夠的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度等要求，自上游水面向下，隨著水壓力強(qiáng)度加大，壩的橫斷面也逐漸加寬成為三角形。另外，考慮到施工和運(yùn)行等方面的要求，壩的橫斷面形狀還需適當(dāng)加以修改。

2.1 防滲措施

漿砌石重力壩在運(yùn)行過程中，由于上下游水頭差的作用，水流將通過壩體和壩基產(chǎn)生向下游的滲漏。

（1）壩體防滲措施。為了阻止水流滲入壩體，應(yīng)注意施工質(zhì)量，使砌體密實(shí)，防止因干縮、震動(dòng)使砌體形成裂縫并擴(kuò)張。在小型工程中常采用漿砌條石防滲層，即在壩體的上游面，用水泥砂漿砌筑既堅(jiān)固又不易風(fēng)化的條石和料石，砌縫寬度控制在（1～2）cm 之間。在迎水面可將條石間的縫鑿成寬（4～5）cm，深3 cm 的梯形槽，并用75#和100#水泥砂漿仔細(xì)勾縫，這種防滲措施簡(jiǎn)單易行，但由于砂漿干縮以及本身具有透水性等原因，仍會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

（2）壩基防滲措施。為減少由于壩基滲漏產(chǎn)生的不利影響，除基巖較完整及壩高較小的情況外，一般均須采取一定的壩基防滲措施。小型漿砌石重力壩，在基巖上多采用防滲墻，即在沿上游壩址的基巖中開挖一條深槽，槽中回填混凝土，以形成一道不透水的齒墻，齒墻深度一般為（1～3）m，在非基巖上多設(shè)粘土鋪蓋防滲。

2.2 排水措施

為把進(jìn)入壩體及壩基的滲水迅速排走，需采用排水措施。對(duì)小型漿砌石壩，如壩的上下游水位差不大，也可不設(shè)排水設(shè)施。壩體排水是在距壩體上游面或壩體防滲墻后（2～5）m 處設(shè)一排豎向排水管，管頂與最高庫水位齊平，豎向排水管收集的滲水通過集水溝，再由橫向排水溝排出壩體。為減少滲透和排水壓力，可在壩基設(shè)置排水孔，以減少對(duì)壩體的揚(yáng)壓力。排水孔離上游防滲面板的距離應(yīng)不小于3 m，滲水引至壩體集水管內(nèi)排走。為了加快施工進(jìn)度，小型砌石壩可設(shè)置壩基面排水溝，即沿壩底與基巖接觸面設(shè)置縱、橫向排水溝以消除壩基滲水。

2.3 漿砌石重力壩的分縫處理

漿砌石重力壩是用水泥砂漿砌筑塊石而成的，由于砌體的水泥較少，受溫度變化和水泥凝固干縮的影響不大，一般情況下可不分縫。當(dāng)壩頂較長(zhǎng)或在地形地質(zhì)條件變化較大處，以及和相鄰建筑連接處，需設(shè)置貫穿壩體的橫縫，以適應(yīng)壩體伸縮和沉陷變形?？p的間距一般為（30～50）m 或更長(zhǎng)，縫寬為（1～2）cm。橫縫位置應(yīng)與迎水面防滲板的伸縮縫相適應(yīng)。

3 漿砌石重力壩破壞原因分析

漿砌石重力壩主要受溫度、強(qiáng)度、變形、滲透破壞、失穩(wěn)等問題的影響，可能會(huì)對(duì)壩體自身產(chǎn)生破壞，對(duì)此需要根據(jù)壩體自身結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)防。

（1）溫度控制。由于砌石壩每立方米砌體的水泥用量較常規(guī)混凝土壩少，因此無需采取散熱或骨料預(yù)冷等復(fù)雜的溫控措施，在施工過程中較易控制。由于砌體的砌筑上升速度較慢，散熱條件好，故一般可考慮不分層分塊砌筑。因而砌石壩與混凝土壩相比，可增大壩段間距，減小伸縮縫的數(shù)量，節(jié)省止水片和涂料填料，還可避免分縫灌漿。

（2）強(qiáng)度影響。漿砌石壩的強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)是安全評(píng)價(jià)中最為關(guān)鍵的問題，漿砌石體在砌體石塊之間的砂漿難以達(dá)到飽滿密實(shí)，砂漿和石塊表面存在空隙和孔洞。因此，其強(qiáng)度不單單取決于石塊和砂漿的實(shí)際密度、含水量、砂漿飽和度，還與石料表面粗糙度、砂的質(zhì)量和砌筑工藝等因素有關(guān)。漿砌石壩的強(qiáng)度包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。砌體主要承受壓力以抗壓強(qiáng)度作為膠結(jié)材料主要強(qiáng)度指標(biāo)。砌石壩的施工周期較長(zhǎng)，在建成初期往往不會(huì)受到全部荷載。因此，如能合理有效地利用膠結(jié)材料的強(qiáng)度作為參數(shù)，在施工過程中加以利用，將大大提高漿砌石壩的安全性。

（3）變形問題。砌石壩是由石料和膠結(jié)材料共同組成的，膠結(jié)材料凝固后的彈性模量是直接影響砌體變形的主要因素。漿砌石體的變形主要是由于膠結(jié)材料的泌水和收縮等原因產(chǎn)生，這些因素影響下可能會(huì)導(dǎo)致接觸面存在空氣泡和縫隙，同時(shí)，石料與膠結(jié)材料的彈性模量不同的，使得在砌體受力后，在接觸面上將產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，選擇膠結(jié)材料時(shí)，首先應(yīng)盡可能選取與石料相近的彈性模量。若不能滿足上述要求，而采用了與石料彈性模量相差較大的膠結(jié)材料時(shí)，則鋪砌面應(yīng)盡可能采用較為平整的條石或方正塊石，以免引起砌體的受力不均勻。

（4）滲漏破壞。漿砌石壩蓄水后，將壩的下游面、壩后基礎(chǔ)巖體及壩頭接合部位有濕潤(rùn)冒水現(xiàn)象稱為滲水。水工建筑物的主要功能是擋水，維持水庫的水位平衡，由于砌石本身的防滲性能較差，在塊石間縫隙難以用膠結(jié)材料全部填實(shí)，從而導(dǎo)致壩體漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。滲漏水嚴(yán)重將會(huì)對(duì)大壩擋水建筑物本身造成破壞，同時(shí)漏水還會(huì)對(duì)砌體產(chǎn)生溶濾和侵蝕作用，降低壩體強(qiáng)度，危及壩體安全。因此對(duì)滲漏處理是壩體工程較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是保證壩體工程的基礎(chǔ)。

（5）失穩(wěn)現(xiàn)象。漿砌石重力壩是大體積建筑物，與拱壩相比其剖面尺寸大，具有較大的自重。它是依靠自身的重量在地基上產(chǎn)生摩擦力以及壩與地基面間產(chǎn)生的粘結(jié)力來維持壩體在水壓力和其他荷載作用下的抗滑穩(wěn)定的?？够€(wěn)定的安全系數(shù)過小是漿砌石重力壩最危險(xiǎn)的病害。砌石壩對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)地形要求比較高，兩岸和谷底都必須是巖基，巖基要求具有一定的強(qiáng)度。對(duì)于有不同程度缺陷的天然地基需要進(jìn)行處理，以滿足壩基的強(qiáng)度、整體性、抗?jié)B性和耐久性的要求。因此，在漿砌石重力壩設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮墊層混凝土與基巖接觸面滑動(dòng)，漿砌石體與墊層混凝土接觸面滑動(dòng)以及漿砌石體之間的滑動(dòng)。

4 漿砌石重力壩安全評(píng)價(jià)

大壩安全評(píng)價(jià)主要依據(jù)水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等原理，充分考慮運(yùn)行及環(huán)境等因素，對(duì)大壩的施工情況、方案設(shè)計(jì)、工程狀況進(jìn)行詳細(xì)的分析，及時(shí)監(jiān)測(cè)并有效地進(jìn)行預(yù)防與干預(yù)，并在大壩的整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)分析。評(píng)價(jià)工作可通過結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，收集所有大壩記錄、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、當(dāng)?shù)丨h(huán)境記錄、詳細(xì)勘察，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，然后評(píng)價(jià)大壩性能并檢查原始設(shè)計(jì)和施工記錄，確保符合行業(yè)規(guī)范。評(píng)價(jià)工作應(yīng)與大壩的重要性、設(shè)計(jì)保守性、工程的復(fù)雜性相適應(yīng)。

漿砌石重力壩的安全評(píng)價(jià)可以從大壩安全檢查、大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析和計(jì)算分析法三方面進(jìn)行考慮。

（1）大壩安全檢查是指大壩運(yùn)行后，對(duì)其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行安全可靠性進(jìn)行檢查，通過直觀地檢查大壩的位移、滲漏、變形等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩的異?，F(xiàn)象，尋找可能存在的隱患和缺陷，及時(shí)提出補(bǔ)救措施和施工方案。

（2）大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析是通過對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整理分析，了解大壩的位移、變形、應(yīng)力等觀測(cè)值的變化規(guī)律、有無異常以及隨著作用的荷載、時(shí)間、空間等因素變化的規(guī)律，并建立監(jiān)測(cè)值或數(shù)學(xué)模型推算值與有關(guān)規(guī)范或設(shè)計(jì)、試驗(yàn)規(guī)定的允許值作比較，判斷大壩結(jié)構(gòu)安全狀況。

（3）現(xiàn)今計(jì)算分析法可分為兩類，即有限元法和按規(guī)范規(guī)定的方法，依據(jù)規(guī)范的計(jì)算值和允許值判斷結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大壩，應(yīng)優(yōu)先使用監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行相關(guān)性分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查及計(jì)算分析法來綜合評(píng)價(jià)大壩的安全性；在無監(jiān)測(cè)資料的條件下，可采用計(jì)算分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)價(jià)大壩的安全性，有效提高安全系數(shù)，從而保證大壩的安全。

5 結(jié) 語

漿砌石重力壩安全評(píng)價(jià)涉及的因素眾多，受當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜、經(jīng)濟(jì)條件制約，在檢測(cè)、監(jiān)測(cè)資料信息挖掘、安全評(píng)價(jià)因素分析方面需不斷完善。要充分將各領(lǐng)域先進(jìn)成果應(yīng)用到漿砌石壩建設(shè)當(dāng)中來，對(duì)漿砌石壩的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析是今后漿砌重力壩的主要發(fā)展方向。

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