水庫砌石重力拱壩壩體滲漏原因分析及防滲處理研究

摘 要：針對水庫砌石重力拱壩，由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約，壩體存在砌石局部架空、砌筑質(zhì)量差密實度較低、充填膠結(jié)水泥砂漿密度性差，運行中存在壩基、壩體和壩肩多處滲漏等問題。根據(jù)大壩滲漏現(xiàn)狀和鉆探分析資料，結(jié)合安全復(fù)核成果，優(yōu)選水泥砂漿充填灌漿為主的防滲補強除險加固方案進(jìn)行防滲加固處理。經(jīng)測試32個試驗段透水率均控制在5lu范圍內(nèi)，合格率達(dá)100%，大壩滲漏得到成功處理。

關(guān)鍵詞：大壩滲漏；水泥砂漿；溢流壩；非溢流壩；補強灌漿

1 工程概況

某水庫大壩是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪和生態(tài)養(yǎng)殖等綜合利用水利工程。水庫攔河大壩為砌石重力拱壩，建基面高程562m，壩頂高程611.75m，最大壩高49.75m，頂寬5.0m，壩底厚度為13.6m～13.8m，壩軸線弧長為98.7m。左、右岸為非溢流壩，溢流壩段設(shè)置在大壩的壩頂中央，開敞式自由溢流方式，采用WES堰面。工程于2003年06月開工，2008年01月主體工程全部竣工，并于當(dāng)年06月并網(wǎng)發(fā)電。

2 大壩運行現(xiàn)狀及滲漏原因分析

2.1 大壩滲漏

由于受當(dāng)時建設(shè)技術(shù)水平、投資資金等影響，加上施工現(xiàn)場質(zhì)量控制不佳，造成壩腹細(xì)石混凝土存在漏振、振動不均勻或砌石塊相互堆疊架空，混凝土漿液無法有效填縫密實。在高水位壓力作用下，壩體內(nèi)部滲漏通道不斷擴大，滲水點及量不斷增多增大，局部漏水點滲漏甚至呈射流狀。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，壩體滲水量和滲漏點高程均與庫水位有關(guān)，庫水位越高，滲漏越嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水位上漲到586m高程及以上時，下游壩面不同部位滲漏問題較為嚴(yán)重，多處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2.2 壩體滲漏原因分析

由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約，從料場中開采出來的黑云母花崗巖，強度達(dá)不到設(shè)計要求。加上后期運行，壩體填筑砌石風(fēng)化程度不斷加深，有隱裂隙高度發(fā)育，部分砌石風(fēng)化稍深，有微隱裂隙發(fā)育，其強度較低。壩體鋪砌施工時，局部存在將不規(guī)則含有裂隙的塊體鋪筑在壩體內(nèi)體，鋪砌質(zhì)量偏差。水泥砂漿膠結(jié)性能不滿足設(shè)計要求。據(jù)風(fēng)鉆打孔壩體灌漿試驗和鉆孔巖芯取樣分析知，壩體整體密實度和抗?jié)B性良好，局部壩體砌筑質(zhì)量差，密實度欠佳，存在砌筑水泥砂漿不飽滿，混凝土、砂漿和砌石間膠結(jié)性能差等問題，串孔、漏水現(xiàn)象較為明顯。從壩體除險加固鉆探取芯分析成果表明：壩體砌筑砂漿孔洞較多、孔徑較大，多數(shù)直徑在0.9～2.7mm，部分孔洞還相互連通形成完整滲流通道。砌石材料透水率為4.7～6.9Lu，部分材料遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5Lu防滲底線。

為提高大壩的完整性、耐久性、抗?jié)B性和承載力，決定對大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性進(jìn)行安全復(fù)核，并在復(fù)核基礎(chǔ)上采取合理方案進(jìn)行防滲加固處理，消除大壩安全隱患。

3 大壩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核

為了評價大壩結(jié)構(gòu)整體安全性，結(jié)合大壩整體布置，分別對大壩壩踵和壩趾的垂直正應(yīng)力和左、右岸非溢流壩及中部溢流壩的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析。根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》（SL25-2006）和《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》（SL282-2003）規(guī)定，充分考慮水工建筑物各類荷載作用，按基本工況（正常蓄水位602.35m）和特殊工況（校核洪水位603.55）兩種工況進(jìn)行計算。

大壩壩基結(jié)構(gòu)安全復(fù)核成果分析：

根據(jù)規(guī)范要求，計算非溢流壩/溢流壩壩段壩踵和壩趾垂直正應(yīng)力，以及左、右岸非溢流壩段/溢流壩的抗滑穩(wěn)定性，結(jié)果如表1和表2所示。

從表1和表2可知，在各種荷載組合工況下，非溢流壩/溢流壩壩基垂直正應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，應(yīng)力狀態(tài)和抗滑穩(wěn)定性總體安全可靠。

4 防滲補強灌漿處理

4.1 防滲補強灌漿方案

結(jié)合大壩滲漏現(xiàn)象調(diào)查資料及壩體結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)果，大壩結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好，考慮到滲漏主要是由于壩體砌筑材料強度不夠、施工質(zhì)量偏差等原因?qū)е拢?jīng)技術(shù)、經(jīng)濟等方面的方案比選，決定對砌石重力壩壩體進(jìn)行補強灌漿處理，即：在壩體上鉆孔，通過灌注水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行充填灌漿，以封堵壩體內(nèi)部滲水通道。

4.2 防滲補強灌漿應(yīng)用效果

根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)布置，共選擇32個試驗段（上游側(cè)15個、下游側(cè)10個、中部7個）對壩體砌體透水率進(jìn)行檢測，以評估壩體防滲補強灌漿效果。檢測結(jié)果表明：32個試驗段的透水率試驗值范圍為0.75～4.12lu，均滿足混凝土砌石壩要求透水率5Lu控制限值，補強灌漿防滲合格率為100%。其中，有26個試驗段其透水率試驗值低于3lu的優(yōu)秀防滲標(biāo)準(zhǔn)，完全形成連續(xù)、完整的防滲帷幕體，防滲加固效果非常明顯。壩體內(nèi)部壓水試驗無回水極強透水段、串孔涌水段等均得到有效防滲補強，降到微透水或弱透水標(biāo)準(zhǔn)等級。從檢查孔中鉆取巖芯取樣分析，巖芯整體呈均勻長柱狀，漿液充填密實，壩體密實度得到有效增強，防滲加固效果非常顯著。

該攔河壩除險加固工程于2014年09月竣工，于2015年02月試蓄水，07月通過專家組竣工驗收。經(jīng)近2年的運行和巡視，壩體量水堰測定的滲漏水量一直為零，砌體漏水、滲水現(xiàn)象得到有效處理，水泥砂漿充填灌漿防滲效果良好。

5 結(jié)束語

水庫砌石重力拱壩由于受當(dāng)時施工技術(shù)水平、建設(shè)理念等因素的綜合制約，壩體存在砌石局部架空、砌筑質(zhì)量差密實度較低、充填膠結(jié)水泥砂漿密度性差，在運行過程中出現(xiàn)大面積、大流量滲漏等問題。經(jīng)現(xiàn)場鉆探取芯分析，壩體局部砌筑材料強度標(biāo)號遠(yuǎn)低于設(shè)計要求，透水率在4.7～6.9Lu范圍，部分材料遠(yuǎn)超過規(guī)范要求的5Lu防滲底線。采取水泥砂漿充填防滲補強灌漿后，檢測結(jié)果表明32個試驗段，補強灌漿防滲合格率為100%，壩體密實度得到有效增強，壩體滲漏問題得到有效處理。

參考文獻(xiàn)

[1]薛曉鵬，王維維，鄭柯君.軟基巖層上的混凝土重力壩設(shè)計及基礎(chǔ)處理[J].水利與建筑工程學(xué)報，2015（03）：140-144.

[2]何米杏.五里壩水庫工程混凝土面板堆石壩設(shè)計[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2014（04）：36-39.

作者簡介：鄭洪宇（1976-），女，漢族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計、咨詢工作。