碾壓混凝土大壩滲漏分析與處理

摘要：本課題透過碾壓混凝土大壩漏滲表面現(xiàn)象，通過分析碾壓混凝土壩體施工工藝控制中存在的問題和壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找到壩體產(chǎn)生滲漏的源頭，并結(jié)合壩體接（觸）縫、碾壓混凝土與防滲層之間的滲水特點(diǎn)，有的放矢的提出了采用水泥灌漿為主的堵漏方式，解決了碾壓混凝土壩體滲漏的難題，并節(jié)約了工程成本，為碾壓混凝土大壩滲漏處理提出了可供借鑒的方案。

Abstract： In this topic， through the leakage surface phenomenon of roller compacted concrete dam， by analyzing the problems existing in the construction process control of the roller compacted concrete dam body and the structure characteristics of the dam body， the source of the dam body leakage is found， and a plugging method based on cement grouting is proposed by combining the seepage characteristics between the dam body contact seam， roller compacted concrete and anti-seepage layer， which solves the problem of roller compacted concrete dam leakage and saves engineering costs. This paper proposes a plan for the leakage treatment of roller compacted concrete dam.

關(guān)鍵詞：碾壓;混凝土;漏水;接（觸）縫;結(jié)合縫;灌漿;封堵;根治

Key words： roller compaction;concrete;water leakage;contact seam;joint joint;grouting;plugging;radical cure

中圖分類號(hào)：TV543 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0127-03

0 ?引言

碾壓混凝土大壩漏水主要表現(xiàn)為壩后表面混凝土滲水、陰濕，其滲漏通道主要是碾壓混凝土層間縫，作為碾壓混凝土自身仍具有與常態(tài)混凝土同等防滲功能。因此，一旦碾壓混凝土發(fā)生滲漏水現(xiàn)象時(shí)，對(duì)碾壓混凝土大壩的滲漏處理集中表現(xiàn)層間縫的處理上;有些工程在進(jìn)行滲漏處理時(shí)，參照基礎(chǔ)防滲帷幕采取在壩頂布置1-2排帷幕灌漿孔，采取小排距、大間距布孔原則，孔間距一般2m左右，排間距0.4-1.0m，并參照帷幕灌漿施工技術(shù)要求采取自上而下分段進(jìn)行灌漿，局部采取全孔一次成孔、自下而上分段灌漿直至孔口。為保證碾壓混凝土“壩體帷幕”灌漿施工效果，除采取常規(guī)水泥灌漿外，一些工程提出磨細(xì)水泥灌漿，甚至有些工程采取環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、改性聚氨酯等化學(xué)材料進(jìn)行灌漿，試圖使“壩體帷幕”灌漿達(dá)到預(yù)期效果。灌漿過程使用水泥漿灌漿在遇到層間縫有壓力滲水時(shí)，通常摻水玻璃、速凝劑以及促凝劑以便漿液快速固結(jié)，以防止?jié){液受滲水壓力的沖刷造成流失，影響層間縫內(nèi)漿液充填的密實(shí)性和封閉效果;使用化學(xué)類漿材時(shí)，通過加大固化劑添加量，加速漿液固化效果。有些工程進(jìn)行帷幕封閉灌漿的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)灌漿效果難以實(shí)現(xiàn)壩體滲漏標(biāo)準(zhǔn)，通過在壩后滲水部位采取化學(xué)灌漿封閉措施進(jìn)行彌補(bǔ)，有些工程則利用利用壩體設(shè)計(jì)的排水孔采用化學(xué)灌漿進(jìn)行封閉堵漏。

1 ?碾壓混凝土施工及處理存在的問題

大量碾壓混凝土大壩施工及滲漏處理分析發(fā)現(xiàn)，碾壓混凝土因自身的特點(diǎn)，存在如下幾個(gè)方面的問題：

①碾壓混凝土攤鋪前砂漿超前展開面積過大，覆蓋碾壓混凝土前砂漿已經(jīng)初步凝固，在振動(dòng)碾壓時(shí)，因激振力作用使得上下兩層混凝土間鋪設(shè)的砂漿膠結(jié)力破壞，碾壓分層間的砂漿呈疏松狀態(tài)。因此，碾壓混凝土層間的縫隙出現(xiàn)了“透水不透漿”現(xiàn)象，即碾壓混凝土層間雖然漏水，但用水泥漿液難以灌入縫隙內(nèi)，采取帷幕灌漿方式封閉層間縫的灌漿效果差。

②碾壓混凝土層間接合縫為平面接觸結(jié)合，上下兩層混凝土結(jié)合部不能達(dá)到插入式振搗的泛漿混合膠結(jié)效果。因此，層間結(jié)合縫面粘接不連續(xù)而出現(xiàn)“透水不透漿”，層間結(jié)合縫部位難以通過灌漿實(shí)現(xiàn)封閉。

③為碾壓混凝土通倉（幾個(gè)壩段混凝土合并為一個(gè)倉面）澆筑后混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，壩段之間分縫隨著混凝土的上升采取誘導(dǎo)孔預(yù)裂、鋼板預(yù)埋設(shè)后拔出、振動(dòng)擠壓切割等方式形成，并在縫內(nèi)灌砂進(jìn)行保護(hù)。在壩縫預(yù)設(shè)的止水帶失效后，滲水由壩前分縫縫處進(jìn)入壩段分縫內(nèi)后再由與之相通的層間縫滲漏。即使壩前防滲混凝土（變態(tài)混凝土、富漿機(jī)拌混凝土、常態(tài)混凝土，以下簡稱防滲混凝土）防滲止水完好，但壩段分縫滲水經(jīng)層間結(jié)合縫而產(chǎn)生壩后滲水。

④帷幕灌漿處理未專門針對(duì)壩段分縫處設(shè)計(jì)，即使帷幕灌漿孔布置在分縫處，騎縫垂鉆孔時(shí)，由于鉆孔偏斜，灌漿孔也不能與縫面全部咬合，碾壓混凝土帷幕灌漿對(duì)壩體分縫的充填難以達(dá)到密實(shí)效果而影響止水。

⑤碾壓混凝土與岸坡接觸縫是碾壓混凝土滲水的另一個(gè)通道，在碾壓混凝土內(nèi)部溫度降達(dá)到穩(wěn)定溫度場(chǎng)后，混凝土收縮變形會(huì)引起接觸縫脫開，如果接觸縫內(nèi)止水一旦失效，滲水將從接觸縫進(jìn)入并經(jīng)碾壓混凝土分層層間造成滲水。

⑥壩前防滲混凝土與碾壓混凝土的結(jié)合部粘接力較弱，防滲混凝土初凝后在其上部進(jìn)行振動(dòng)碾壓，振動(dòng)產(chǎn)生的激振力會(huì)造成結(jié)合縫脫開，一旦壩體分縫進(jìn)水或防滲混凝土存在滲漏通道，該結(jié)合部將存在積水，并通過碾壓混凝土層間縫滲水至壩后。

⑦層間縫采用聚胺脂類發(fā)泡型材料止漏后，在短時(shí)間內(nèi)也可達(dá)到止水效果，但該類材料長時(shí)間受水的浸泡，體積膨脹達(dá)28-30倍，其膨脹應(yīng)力破壞混凝土結(jié)構(gòu)，且膨脹后的膠凝體因無粘接力、強(qiáng)度極低容易被壓力水?dāng)D出層間縫面，不僅不能達(dá)到止水效果，而且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，引起更嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。

2 ?技術(shù)方案選擇

國內(nèi)外混凝土工程施工實(shí)踐表明，普通混凝土可通過插入式振搗實(shí)現(xiàn)上下層的提漿使上下分層漿液交融混合，其層間結(jié)合部在取芯樣時(shí)不能看到明顯分縫痕跡，芯樣采集長度可達(dá)幾十余米;而碾壓混凝土為平面接觸結(jié)合，即使結(jié)合完好的混凝土在取芯樣也可以看到分層縫的痕跡，如層間結(jié)合縫間砂漿干裂及細(xì)微裂紋則降低上下兩層碾壓混凝土間的粘接力，混凝土芯樣大部分從層間縫處斷開，即使層間縫結(jié)合較好，也難以取出與常態(tài)混凝土同等長度的完整芯樣。因此，碾壓混凝土其自身抗?jié)B能力與普通混凝土接近，且處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致碾壓混凝土整體抗?jié)B能力下降的原因是碾壓混凝土分層施工的層間結(jié)合與普通混凝土的差異所產(chǎn)生，且碾壓混凝土層間縫滲漏不可避免。

碾壓混凝土大壩滲漏由碾壓分層的層間縫析出，從碾壓混凝施工工藝及其特點(diǎn)可以看出碾壓混凝土層間滲漏是表面現(xiàn)象，其深層次問題還是碾壓混凝土壩前防滲混凝土這道屏障出現(xiàn)問題所造成。因此，對(duì)壩前防滲混凝土結(jié)構(gòu)存在的缺陷進(jìn)行修復(fù)，使之形成完整的封閉防滲體系，防止壩前水頭經(jīng)壩體分縫、壩體橫向貫穿裂縫、壩體岸坡接觸縫以及防滲混凝土存在的滲水通道進(jìn)入層間縫，才是處理碾壓混凝土大壩漏水的關(guān)鍵，而碾壓混凝土大壩滲漏采取“壩體帷幕灌漿”是一種“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的方式未抓住壩體滲漏的關(guān)鍵結(jié)癥。因此，從壩體滲漏的源頭采取措施，對(duì)壩體分縫、壩體與岸坡接觸縫及防滲混凝土滲水可能與碾壓混凝土層間縫的貫通渠道進(jìn)行研判后采取截堵措施是根治碾壓混凝土壩體漏水有效途徑。

壩體橫縫為人工形成的較寬縫面，一般縫寬2-3cm，縫面成型后采取灌砂法保護(hù)，一旦壩前止水偏移或止水帶上出現(xiàn)孔洞、以及止水帶在碾壓混凝土溫度變形后脫開，將成為碾壓混凝土壩體滲水的主要來源。碾壓混凝土大壩產(chǎn)生滲水大都為壩體分縫處漏水引發(fā)，其產(chǎn)生大流量滲水經(jīng)與其相通的碾壓混凝土層間縫在壩后坡面上滲出。因此，作為首要的疑似滲水通道要率先檢查、封閉并及時(shí)排除，可以起到事半功倍的止水堵漏效果。②岸坡接觸縫與橫向接縫滲漏原因基本相似，主要是止水帶漏水與接觸縫張開而出現(xiàn)大流量滲水，一些工程可直接在壩后觀測(cè)到，也是碾壓混凝土壩體滲漏的重點(diǎn)部位。③壩前防滲混凝土自身防滲性能、施工工藝、施工過程質(zhì)量控制好壞對(duì)壩體滲漏也有著直接的關(guān)系。因此，碾壓混凝土壩體滲漏的源頭主要是壩體分縫、岸坡接觸縫、垂直壩軸線橫向裂縫以及防滲混凝土與碾壓混凝土結(jié)合部位，可以分兩步來進(jìn)行：

①對(duì)垂直于壩軸線的壩體分縫、岸坡接觸縫及橫向裂縫采取接縫灌漿的方式布置灌漿回路，灌漿區(qū)域?yàn)橹顾畮掠沃聊雺夯炷翂误w內(nèi)布置的排水廊道上游邊線，起止高程由壩基找平層混凝土高程至壩頂，采取水泥灌漿對(duì)這一區(qū)間的順?biāo)骺p面與碾壓混凝土層間的通道進(jìn)行封堵，以恢復(fù)碾壓混凝土大壩防滲體系形成全封閉。

②在碾壓混凝土壩體防滲體系全封閉后，對(duì)碾壓混凝土壩體設(shè)計(jì)的排水廊道及無砂管排水孔進(jìn)行檢查，在無砂排水管內(nèi)出現(xiàn)線狀流部位采取鉆孔方式進(jìn)行檢查，確定滲漏水的范圍，并利用無砂排水管及補(bǔ)充的檢查孔進(jìn)行水泥灌漿封堵，以減少無砂排水孔的排水量。

3 ?灌漿材料選擇

碾壓混凝土大壩橫縫的設(shè)置是根據(jù)溫度場(chǎng)及溫度變形通過計(jì)算設(shè)置，設(shè)置橫縫的目的是防止碾壓混凝土壩體溫度變形產(chǎn)生不規(guī)則裂縫破壞混凝土整體結(jié)構(gòu)降低大壩安全系數(shù)。其意圖是想通過預(yù)裂或誘裂使分縫形成在設(shè)計(jì)位置，并預(yù)先在設(shè)計(jì)分縫的上游位置采用止水帶方式止水。但施工過程中往往因成縫施工時(shí)間滯后，縫面位置與設(shè)計(jì)位置存在一定的偏差，致使水頭繞過分縫處止水帶而由開裂的縫面進(jìn)入碾壓層層間縫滲漏;預(yù)裂分縫位置與設(shè)計(jì)位置即使一致，但因止水帶缺陷也會(huì)由此滲漏進(jìn)入碾壓混凝土層間縫。但該類縫與壩體接縫性質(zhì)一樣，縫面張開度可達(dá)0.5-4mm。因此，對(duì)壩體分縫和平行壩體分縫的橫向裂縫可采取壩體接縫灌漿的方式，在壩體溫度降至穩(wěn)定溫度場(chǎng)后增設(shè)接縫灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿，因此，其漿液采用水泥漿即可實(shí)現(xiàn)止水封堵。碾壓混凝土岸坡接觸縫產(chǎn)生的滲漏原因和結(jié)果與壩體橫縫一樣，因此，其處理方式同樣也可采取增設(shè)接縫灌漿系統(tǒng)的方式進(jìn)行布置，采取水泥漿灌注。

壩前防滲混凝土與碾壓混凝土結(jié)合部產(chǎn)生滲漏的主要原因?yàn)榧訚{振搗工藝產(chǎn)生，對(duì)于機(jī)拌富漿混凝土或常態(tài)混凝土因采取的工藝與常態(tài)混凝土致，可基本排除滲漏可能。在加漿混凝土施工時(shí)，因采取開槽補(bǔ)漿或布孔補(bǔ)漿振搗工藝，使得防滲混凝土層內(nèi)部本身存在漏振或補(bǔ)漿不足的可能而造成防滲混凝土滲漏，防滲混凝土與碾壓混凝土的結(jié)合邊界在加漿振搗時(shí)的滑塌以及下料過程中粗骨料滑落集中而局部架空產(chǎn)生集水，并由碾壓混凝土層間縫滲漏由無砂排水管或壩后排出。該接合部滲漏性質(zhì)可按混凝土蜂窩麻面漏水處理措施執(zhí)行。且其部位距無砂排水管布置位置較近，可從其滲徑最近的無砂排水孔中監(jiān)測(cè)到高程和部位，補(bǔ)充鉆孔檢查范圍后，利用檢查孔和無砂排水孔采用水泥灌漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如有特殊要求時(shí)，可采用改性親水性環(huán)氧漿材加強(qiáng)堵漏。

4 ?漿材配比

碾壓混凝土橫縫因成縫與常態(tài)混凝土（先澆塊立模成型后再澆后澆塊）工藝不同，形成的橫縫表面糙度大，且縫內(nèi)填充有砂子，灌漿擬采取固結(jié)砂理論，以滿足砂子孔隙的充填即達(dá)到阻水目的。其次，壩體岸坡接觸部位，混凝土與基巖變形受到一定約束，接觸縫張開度一般小于壩體分縫張開度，一些工程的接觸灌漿以固結(jié)灌漿孔代替，因此，縫隙相對(duì)較小。混凝土內(nèi)部骨料集中形成的蜂窩，灌漿補(bǔ)強(qiáng)也大都采用水泥漿穩(wěn)定漿液進(jìn)行灌漿。漿材配比選用水泥：水=1：1穩(wěn)定漿液為宜。

5 ?工程處理案例

5.1 工程簡況

蟒河口水庫位于河南省濟(jì)源市西北15公里的北蟒河出口，是一座以防洪、補(bǔ)充改善濟(jì)源市地下水環(huán)境、城市供水、灌溉、發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游綜合利用的中型水利工程。蟒河口水庫總庫容為1094萬m3，工程由大壩和左、右岸防滲工程組成。大壩包括擋水壩段、溢流壩段和引水壩段，壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高77.6m，壩頂高程317.6m，壩長220.5m，屬3級(jí)建筑物。壩體分別在高程EL246m和EL281m設(shè)有排水廊道，廊道上游邊線距迎水面距離3-5m。大壩混凝土總量約為28.5萬m3。2008年9月，蟒河口水庫主體工程開始施工，經(jīng)過參建各方的共同努力，蟒河口水庫工程于2010年具備蓄水條件。蟒河口水庫蓄水后，壩后邊坡上發(fā)現(xiàn)存在滲水現(xiàn)象，展開滲漏水調(diào)查和處理工作。

5.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

5.2.1 壩體分縫、橫向裂縫與岸坡接觸縫鉆孔

①按竣工圖繪制體橫斷面圖，標(biāo)明壩體接縫起止樁號(hào)及高程。

②根據(jù)壩體廊道上游邊線至迎水面的距離布置鉆孔數(shù)量，按照鉆孔間排距2-3m布置控制鉆孔數(shù)量，同高程布置鉆孔數(shù)量不少于2個(gè)，并在圖中標(biāo)注鉆孔與縫面交匯處的高程及樁號(hào)。

③按照?qǐng)D中標(biāo)注的鉆孔與縫面交匯點(diǎn)以及鉆孔位置的高程及樁號(hào)、鉆孔角度計(jì)算各鉆孔深度。

④為確保對(duì)壩體內(nèi)因預(yù)裂分縫產(chǎn)生偏差的縫面或自然形成的橫向裂縫得到有效灌注，鉆孔按超深1.0m控制。

⑤在壩頂或排水廊道內(nèi)采用園盤鉆并輔以手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔至設(shè)計(jì)孔深后利用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)可能存在的鉆渣。

⑥鉆孔完成后，在鉆孔孔口安裝填壓式灌漿塞，并將同高程的孔串連成一組，并按照自下而上的順序進(jìn)行編號(hào)1.2.3.4……。

5.2.2 壩體分縫、橫向裂縫與岸坡接觸縫灌漿

①灌漿由最底層1排孔開始，遂排灌漿至壩頂高程，按照分層廊道高程和壩頂高程三個(gè)作灌漿區(qū)形成三個(gè)控制單元自下而上灌漿。

②灌漿水灰比采用1：1;為提高漿液的穩(wěn)定性和流動(dòng)性。

③每個(gè)灌漿區(qū)下層管路灌漿時(shí)，相鄰層灌漿管路出漿后，可改用上一層灌漿管路進(jìn)行灌漿。

④控制灌漿壓力最大不超過0.3MPa，當(dāng)本層灌漿達(dá)到最大灌漿壓力，灌漿管路注入率不大于0.4L/min時(shí)，改用上一層灌漿管路進(jìn)行灌漿。

⑤每層灌漿結(jié)束時(shí)，閉漿時(shí)間不少于8h。

5.2.3 壩體防滲混凝土與碾壓混凝土結(jié)合部檢查及灌漿

①在壩體分縫、橫向裂縫和岸坡接觸縫灌漿完成后，通過分層排水廓道對(duì)壩體無砂排水管進(jìn)行滲漏水檢查，繪制無砂排水孔內(nèi)滲漏圖，并標(biāo)注各個(gè)無砂排水管滲漏高程。

②根據(jù)相鄰無砂排水管的滲漏情況，對(duì)防滲混凝土與碾壓混凝土的結(jié)合部滲漏水的范圍進(jìn)行判斷。如相鄰兩個(gè)無砂排水管均產(chǎn)生滲漏，則在兩個(gè)相鄰兩個(gè)無砂排水管滲漏水連線的1/2處鉆孔進(jìn)行檢查，如檢查孔仍出現(xiàn)流線狀滲漏，則進(jìn)行加密檢查，直至鉆孔間距控制在1.0m左右。

③采用無砂管和滲漏水檢查孔灌漿時(shí)，采取分兩序加密原則進(jìn)行，即本孔灌漿時(shí)，相鄰孔用于回漿和排氣。

④本孔灌漿與相鄰孔串漿后，先將相鄰孔封閉，在本孔灌漿結(jié)束后，采用串漿孔進(jìn)行倒灌。

⑤利用無砂排水管進(jìn)行灌漿時(shí)，在無砂管內(nèi)滲漏部位兩端下入填壓塞止?jié){，其中一端用于灌漿，另一端封閉，以保證漿液注入滲漏段。無砂排水管灌漿結(jié)束并閉漿24h后，對(duì)無砂排水管灌漿段進(jìn)行掃孔，并使之暢通、恢復(fù)排水功能。

⑥滲漏水檢查孔灌漿結(jié)束后，采用水泥濃漿和水泥捏團(tuán)進(jìn)行封堵，孔口封堵深度不小于1.0m。

6 ?結(jié)語

本課題圍繞碾壓混凝土防滲體系展開研究，透過碾壓混凝土壩后層間縫漏水這一現(xiàn)象，揭示了碾壓混凝土壩體滲漏的實(shí)質(zhì)。通過對(duì)碾壓混凝土壩體橫向分縫、橫向裂縫、及其與岸坡接觸縫進(jìn)行接縫灌漿，堵截了壩前水頭進(jìn)入碾壓分層層間縫的可能，通過進(jìn)一步對(duì)壩體無砂排水管的檢查，對(duì)壩前薄壁防滲混凝土產(chǎn)生的施工缺陷進(jìn)行了修復(fù)，保證了碾壓混凝土大壩防滲結(jié)構(gòu)的完整和封閉，從而使得碾壓混凝土大壩滲漏問題得到了有效根治。從碾壓混凝土大壩源頭進(jìn)行堵漏，相比層間縫因不連續(xù)而采用水泥漿或化學(xué)漿進(jìn)行帷幕灌漿施工具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，避免了“透水不透漿”而產(chǎn)生的灌漿處理的難度，不僅大量節(jié)約工程成本，而且處理效果更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈峰.碾壓混凝土壩的滲漏問題及處理措施[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2016（11）.

[2]侯蓓蓉.紫家峪水庫大壩滲漏原因及處理措施[J].山西水利科技，2013（02）.

[3]馬丹.水庫大壩滲漏原因及加固處理[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2010（01）.

[4]何偉琴.水庫大壩滲漏原因分析及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2016（01）.

[5]趙欣.水電站碾壓混凝土重力壩防滲加固處理分析[J].黑龍江水利科技，2017（03）.

作者簡介：席軍現(xiàn)（1974-），男，河南三門峽人，本科，中國水利水電第十一工程局有限公司，工程師，主要從事水利水電、路橋施工管理方向研究，先后參與小浪底工程等十余項(xiàng)國內(nèi)外大型工程建設(shè)。