砌石重力拱壩滲漏原因分析及防滲加固處理實(shí)例研究

摘 要：大壩出現(xiàn)壩基壩體滲漏、壩肩失穩(wěn)等問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響到水庫(kù)擋蓄水功能的正常發(fā)揮。為此，要充分結(jié)合《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》、《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》等相關(guān)規(guī)范，合理采取與工程實(shí)際相匹配的除險(xiǎn)加固方案。文章在對(duì)砌石拱壩壩體滲漏的主要原因進(jìn)行歸納總結(jié)后，結(jié)合一工程實(shí)例，對(duì)砌石拱壩防滲除險(xiǎn)加固處理方案進(jìn)行了探討，通過(guò)合理工程措施，有效提高大壩結(jié)構(gòu)整體的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：砌石拱壩；大壩滲漏；防滲；除險(xiǎn)加固

引言

拱壩作為一種便于就地取材，工程量相比重力壩約少40%，且可以實(shí)現(xiàn)壩頂溢流的經(jīng)濟(jì)性和安全性均較優(yōu)越的壩型，從70年代開(kāi)始得到廣泛推廣采用，約占我國(guó)修筑拱壩總數(shù)的90%以上。從大量文獻(xiàn)資料表明，目前已建砌石重力拱壩，主要防滲結(jié)構(gòu)大多采用混凝土心墻或混凝土面板來(lái)實(shí)現(xiàn)。但砌石拱壩和混凝土拱壩一樣，由于其是一種超靜定結(jié)構(gòu)，在日常運(yùn)行過(guò)程中地基變形、溫度變化等諸多因素對(duì)壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響較其他壩型更大，加上歷史設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、施工原材料采用不達(dá)標(biāo)、施工質(zhì)量較差等，以及隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，許多砌石拱壩產(chǎn)生較為嚴(yán)重的壩體裂縫、壩基及壩體滲漏、壩肩及兩岸邊坡巖體失穩(wěn)崩塌等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到大壩擋蓄水功能和經(jīng)濟(jì)效益的正常發(fā)揮。大壩一旦發(fā)生滲漏問(wèn)題，將會(huì)給大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和拱座穩(wěn)定埋下巨大的安全隱患，必須密切觀測(cè)其變化并采取合理的除險(xiǎn)加固工程措施，以提高壩體整體安全穩(wěn)定性。

1 砌石拱壩滲漏原因分析

從大量砌石拱壩除險(xiǎn)加固踏勘和竣工資料分析，造成壩體出現(xiàn)滲漏問(wèn)題主要是由于設(shè)計(jì)缺欠和施工質(zhì)量差等原因引起。

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低

由于受歷史建設(shè)理念和投資資金等因素的影響，很多拱壩當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇偏低或施工時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行質(zhì)量管控，導(dǎo)致壩體整體質(zhì)量偏差，運(yùn)行中出現(xiàn)滲漏問(wèn)題具體表現(xiàn)在以下多個(gè)方面：（1）混凝土防滲面板標(biāo)號(hào)偏低，如：按照漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL25-2006）（以下統(tǒng)稱：“規(guī)范”）[1]，當(dāng)壩址最低月平均氣溫在零下10℃以下時(shí)，其混凝土防滲面板等級(jí)應(yīng)該在C23以上，但是從大量病險(xiǎn)水庫(kù)拱壩調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，很多大壩其混凝土防滲面板抗凍強(qiáng)度等級(jí)普遍達(dá)不到C23標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)只有C18，有的甚至僅有C15，嚴(yán)重降低了壩體整體防滲抗凍性能。（2）在“規(guī)范”中明確要求死水位以下9m壩高范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置2道止水設(shè)施，但實(shí)際很多大壩沒(méi)設(shè)或僅設(shè)一道止水設(shè)施，導(dǎo)致后期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)壩體滲漏問(wèn)題。（3）在“規(guī)范”中明確要求在設(shè)置橫縫止水后，為了便于滲水順利排走需增設(shè)豎向排水管，但實(shí)際很多大壩沒(méi)有設(shè)置豎向排水導(dǎo)致滲水無(wú)法順利排出而影響壩體內(nèi)部應(yīng)力分布，有的甚至都沒(méi)有設(shè)置橫縫止水，止水設(shè)計(jì)和施工達(dá)不到“規(guī)范”要求，在止水位置形成了滲漏通道。另外，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)受投資資金影響，為了省錢(qián)導(dǎo)致所設(shè)計(jì)壩體斷面過(guò)于單薄，壩體剛度不足，結(jié)構(gòu)應(yīng)力環(huán)境溫度變化適應(yīng)力較差等，導(dǎo)致壩體容易出現(xiàn)裂縫，引起嚴(yán)重的滲漏破壞。

1.2 施工質(zhì)量差

混凝土施工質(zhì)量差，施工中存在模板移位、混凝土錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)蜂窩、狗洞等質(zhì)量缺陷，給壩體埋下較大安全隱患；施工中混凝土溫/濕度控制不達(dá)標(biāo)，混凝土干縮性能控制不好，導(dǎo)致混凝土初期出現(xiàn)表面裂縫，在后期水壓作用下，不斷擴(kuò)展演變成滲流通道；施工中質(zhì)量監(jiān)管不到位，混凝土振搗不充分、砌石錯(cuò)位、膠結(jié)材料不密實(shí)等導(dǎo)致壩體結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在一定孔隙，最終在水壓和重力等多方作用下，形成滲漏渠道；止水材料不合格、止水帶寬不足、止水帶人為施工破壞等造成運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)繞帶滲漏、橫縫漏水等，巨大滲流量嚴(yán)重威脅到大壩的穩(wěn)定運(yùn)行。

大壩發(fā)生滲漏問(wèn)題，不僅會(huì)造成大量水資源浪費(fèi)，影響水庫(kù)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可能對(duì)壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損壞，尤其是在凍融破壞和游離鈣質(zhì)析出等作用下，壩體混凝土將會(huì)出現(xiàn)疏松等問(wèn)題，降低混凝土層間抗剪能力和耐久性，嚴(yán)重威脅到大壩運(yùn)行的安全穩(wěn)定性[2]。為了采取與工程特性相匹配的除險(xiǎn)加固方案，必須對(duì)大壩滲漏原因進(jìn)行全面調(diào)查和分析，確保除險(xiǎn)加固方案具有較高可行性、可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性。

2 拱壩防滲加固實(shí)例研究

2.1 工程概況

某水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪、引水發(fā)電、城市供水等功能，具有綜合效益的中型水庫(kù)。壩址以上集雨面積1.8624km2，主河流長(zhǎng)2.67km，平均河床比降為2.76%。工程于1988年11月動(dòng)工興建，于1993年4月竣工投運(yùn)。水庫(kù)最大壩高59.80m，壩頂弧長(zhǎng)267.50m，壩頂寬4.0m，正常蓄水位633.50m，相應(yīng)庫(kù)容2688.5×104m3，總庫(kù)容2756.80×104m3。水庫(kù)上、下游面采用細(xì)石混凝土砌條石，厚為0.8m；壩體為細(xì)石混凝土砌塊石結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置混凝土防滲心墻，心墻底寬2.05m，頂寬0.6m。大壩建成投運(yùn)前期，壩體各部位運(yùn)行狀況良好。1998年汛期，在巡視檢查中發(fā)現(xiàn)大壩下游面出現(xiàn)大面積漏水問(wèn)題，同時(shí)隨蓄水位增高漏水量增大。

2.2 壩體滲漏原因分析

為了分析壩體滲漏，結(jié)合相關(guān)資料對(duì)拱壩應(yīng)力進(jìn)行了安全復(fù)核，復(fù)核結(jié)果表明：最大主拉應(yīng)力為0.89MPa，最大主壓應(yīng)力為2.67MPa，均小于設(shè)計(jì)要求的[1.20MPa]和[4.80MPa]要求，表明壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力整體狀態(tài)安全，也就是說(shuō)大壩下游面出現(xiàn)大面積漏水不是由于壩體應(yīng)力過(guò)大致使裂縫引起。為了準(zhǔn)確查出大壩滲漏原因，考慮到混凝土防滲心墻是大壩主要防滲體，決定采取鉆芯取樣進(jìn)行分析，鉆探結(jié)果表明：大壩壩體內(nèi)部存在局部難以取芯、巖芯整體完整度較差、芯樣破碎度較大、RQD值較低、砌石局部架空不密實(shí)、砌石中充填膠結(jié)細(xì)石混凝土密度性差等問(wèn)題。鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果可知，大壩下半部透水率為6.8-12.2Lu，遠(yuǎn)大于3Lu指標(biāo)，存在裂隙高度發(fā)育、透水率較大等問(wèn)題，急需采取全面的防滲加固措施。

2.3 充填灌漿防滲處理

根據(jù)工程特性，選擇上游壩面防滲膜帖面、上游壩面噴混凝土、上游壩面增設(shè)混凝土防滲面板和壩體充填灌漿四種防滲處理方案進(jìn)行對(duì)比分析。經(jīng)綜合比較，采用防滲膜帖面、噴混凝土以及增設(shè)混凝土防滲面板等存在施工難度大、混凝土與條石壩面結(jié)合性能不好、方案實(shí)施難度較大等問(wèn)題[3]。最終從可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面，優(yōu)選壩體充填灌漿方案，即在壩頂、下游壩面及灌漿排水廊道內(nèi)部設(shè)置壩體充填灌漿孔，按結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行水泥漿或水泥砂漿充填灌漿防滲。在壩頂設(shè)斜向灌漿孔，在下游壩面和排水廊道內(nèi)部設(shè)置斜向或水平向灌漿孔，共3排均布，排距0.8m，間距2.5m，梅花形布置。分兩序進(jìn)行灌漿，即I序孔為上、下游壩面，按先下游后上游次序灌漿；II序孔為中間排。

3 結(jié)束語(yǔ)

滲漏不僅會(huì)影響到大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力，同時(shí)還會(huì)影響到壩體整體穩(wěn)定性，必須要根據(jù)工程特性和相關(guān)設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘探資料，合理分析滲漏原因及特點(diǎn)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定安全復(fù)核結(jié)果，根據(jù)工程實(shí)際情況從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面優(yōu)選砌石拱壩壩體防滲加固處理工程措施，確保防滲處理達(dá)到預(yù)期效果，消除大壩滲漏問(wèn)題，提高其運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益和安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]SL25-2006.漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]劉華麗，彭輝.基于多拱梁分載法的高拱壩應(yīng)力分析[J].云南水力發(fā)電，2009，25（3）：26-29.

[3]馮蕊，何蘊(yùn)龍，曹學(xué)興.混凝土心墻對(duì)砌石拱壩應(yīng)力和變形的影響分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，47（2）：177-178.

作者簡(jiǎn)介：柴云飛（1974，08-），男，漢族，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市，大學(xué)，副高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。