漿砌石拱壩壩體防滲問題分析

景紅軍

（運城市苦池蓄滯洪區(qū)管理中心 山西運城044000）

1 漿砌石拱壩概述

漿砌石拱壩歷史悠久，上世紀七十年代以來，我國砌石拱壩發(fā)展迅速，型式也多樣化（單曲拱、雙曲拱、變截面拱、設周邊縫拱壩等）。砌石拱壩之所以廣泛運用，究其原因主要有兩方面：一方面是拱壩所具有的安全性和經濟性強的優(yōu)點在中小工程中顯得更為突出；另一方面，是砌石拱壩同樣具有其它當?shù)夭牧蠅蔚膬?yōu)點，如就地取材、施工簡易，溫控問題相對易于解決（與混凝土壩相比）等。但在砌石拱壩發(fā)展過程中，防滲防裂、允許應力的合理確定等問題一直不能徹底解決，有待于進一步研究分析。本文以山西省運城市境內的幾座漿砌石拱壩運行及除險加固方案為例，通過研究分析，對漿砌石拱壩壩體防滲提供參考。

2 滲漏病害及成因分析

漿砌塊石壩一般塊石占65%～70%，其余30%～35%為砂漿填塞。分析其滲漏原因，主要是由于實際施工中壩體砌筑質量掌握不好，砂漿質量不佳，且砌縫中砂漿填砌不滿以及養(yǎng)護不夠等原因。如果不采取防滲措施，一般均會有漏水現(xiàn)象。

以運城市境內絳縣陳村峪水庫、紫家峪水庫及平陸縣大河廟水庫為例，三座水庫均修建于上世紀七十年代，壩型均為單曲重力拱壩。1）陳村峪水庫自1974年12月水庫竣工蓄水以來，由于壩址地形條件復雜，左右兩壩肩巖體裂隙發(fā)育，風化較厚，兩壩肩滲漏嚴重，建成后一直未敢高水位運行。水庫于1975年、1981年、1986年、1995年先后對其進行過四次灌漿處理，當時以大壩左、右壩肩和壩基固結灌漿和局部防滲灌漿為主，蓄水位有所提高，但滲漏問題并未得到徹底處理。隨著運行時間的增長及水位的增高，蓄水位以下壩體下游面全面積滲漏，滲漏量在除險加固前實測值為0.012 m3/s，壩體內大量的游離CaO 析出，集結于壩體表面，背水面勾縫砂漿大面積脫落。根據(jù)除險加固地質資料顯示，砌石大都具有不同程度的風化，從巖石試驗成果可看出，強度差異較大，水泥砂漿充填不均勻，吃漿不飽滿。2）紫家峪水庫與陳村峪水庫同屬涑水河流域上游，1972年蓄水運行，壩肩也長期存在滲漏，由于滲漏量較小，未進行防滲處理，但壩體滲漏量呈逐年增大趨勢，壩體水泥中分離出的游離氧化鈣隨滲漏水流淅出，集結于壩體表面，使?jié)B漏裂隙進一步發(fā)育。2011年水庫除險加固中對壩體、壩肩及壩基采用全斷面帷幕灌漿，滲漏問題基本消除。3）大河廟水庫自1977年10月完工蓄水以來，壩體及壩端存在明顯滲漏。其后四次對大壩進行了防滲處理，1980年、1986年對壩體迎水面進行了兩次煤焦油防滲處理；1986年、1993年對壩基及兩壩肩進行了固結灌漿處理。但由于受水位變幅影響，隨著水庫運行年限增加，其防滲效果銳減，從1994年開始，壩體滲流量急劇加大，1998年9月1日和2004年9月10日在相同庫水位（928.50 m）時所測滲流量分別為15.0 L/s 和19.8 L/s。

壩體滲漏不僅影響水庫蓄水，而且由于滲透水流在壩體內將水泥帶走，破壞了砂漿的粘結作用，降低了砌石體強度，還會影響壩體安全。因此，對于漿砌石壩的防滲應有足夠的重視。

3 防滲加固處理方案

3.1 壩體的一般處理方法

砌石壩防滲加固一般從壩體防滲和壩面防滲兩個方面考慮。

1）壩體防滲

（1）壩體固結灌漿：通過灌漿加固，堵塞漏洞和縫隙，形成防滲體，提高防滲性能。

（2）壩體帷幕灌漿：將水泥漿液灌入壩體的裂隙、孔隙，形成連續(xù)的阻水帷幕，以減小滲流量。結合壩體結構及滲漏情況，灌漿軸線一般與壩軸線平行，灌漿深度應根據(jù)地質勘察情況確定。

（3）壩下游面局部固結灌漿：下游面有漏水或游離CaO 集結層形成的地方，布設水平孔或斜孔，埋注漿管進行灌漿，以減少滲漏量。

2）壩面防滲

壩面防滲，即在大壩迎水面構筑或加固防滲體進行防滲。壩面防滲的方式主要有以下幾種：

（1）混凝土防滲面板防滲方式，分為鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板；

（2）聚合物砂漿或者煤焦油防滲方式；

（3）壩面卷材防滲方式，分為聚乙烯丙綸復合防水卷材和復合土工膜；

（4）壩面重新勾縫、剔縫防滲方式：采用高標號水泥砂漿、干硬性預縮水泥砂漿和防水材料配制高標號水泥砂漿勾縫。

在實際施工過程中，往往采用多種防滲形式結合的方式對壩體進行防滲加固。

3.2 壩體防滲實施方案

1）陳村峪水庫

壩體防滲采用在上游壩面正常蓄水位以下進行固結灌漿，壩面防滲采用鋼筋混凝土防滲墻。施工前先清除壩表面的水泥砂漿抹面和鈣質凝結物，然后在清理過的表面上按1.2 m 間距梅花形布孔進行固結灌漿，孔徑60 mm，孔深2 m，灌漿壓力為0.2～0.25 MPa。灌漿完成后插入Φ25 鋼筋以利于壩體與鋼筋混凝土面板的有效結合，鋼筋深入壩體0.75 m，外露75～95 cm。面板頂部厚0.8 m，向下逐漸變厚為1 m，平均厚為0.85 m，為了防止開裂，在表面布設Φ12 的防裂鋼筋，間距150 mm。

2）大河廟水庫

壩面防滲采用煤焦油防滲，壩體主要對正常蓄水位以下進行固結灌漿。灌漿孔由下游壩面鉆孔，梅花形布置，孔距2.0 m，排距2.0 m，孔徑50 mm，水平向下傾斜5°，孔深至壩內原C20 混凝土防滲心墻，灌漿壓力為0.2～0.25 MPa。

3）紫家峪水庫

結合壩肩及壩基防滲，沿壩軸線對壩體、壩肩及壩基進行全斷面帷幕灌漿，壩面重新勾縫。灌漿孔采用三序，間距1 m。水泥標號強度等級采用C42.5 以上，灌漿方式采用全孔分段自上而下分段灌漿法，每段5 m。灌漿壓力通過試驗確定，以不抬動壩體砌石為原則。

4 防滲加固實施過程中存在的問題

三座水庫防滲均采用了壩體防滲和壩面防滲相結合的方式，除險加固實施后，壩體滲漏情況明顯減少，說明防滲加固方案均達到了預期效果。但在實施過程中，許多細節(jié)值得探討。

帷幕灌漿整體防滲較好，但由于在壩體內灌漿，壩體相對較薄，灌漿壓力不好控制，容易造成局部跑漿，影響防滲加固效果，且由于拱壩壩頂一般情況下較薄，且砌石壩體一般設有心墻，灌漿軸線及機具工作范圍容易受限制。

壩體上游澆筑鋼筋混凝土面板，防滲效果及施工條件均較好。工程中主要存在問題：1）在壩面設置鋼筋混凝土防滲層后，混凝土防滲體和壩身砌石材料物理學性能存在差異，混凝土變形與漿砌石壩體不相適應，容易產生裂縫，所以混凝土標號不宜太高，水灰比應控制在0.55 以下，并根據(jù)面板應力、變形及施工條件進行分縫分塊；2）壩面扭曲不規(guī)則，混凝土澆筑立模困難；3）混凝土面板與兩壩端結合處，容易產生繞滲。

煤焦油防滲優(yōu)點在于拉伸性能較好，不會因為壩體正常變形而斷裂，施工時不需對壩體作特殊處理，但需注意基面的清洗及處理，否則容易影響與基面的粘結性，層間結合不理想，其主要缺點是易對環(huán)境造成污染。

鋪設復合防水卷材或復合土工膜需要使卷材扭曲以貼合壩體，但卷材與壩體充分粘結比較困難，且其耐紫外線、耐老化性能不理想，并容易破裂。

5 結論及建議

本文以運城市三座砌石拱壩運行及除險加固實施情況為例，對壩體防滲的多種方案及優(yōu)缺點進行了比較分析。從分析來看，各種防滲方案各有利弊，但在防滲過程中多種形式優(yōu)化結合，會大大提高防滲效果。

由于拱壩壩頂一般較薄，且砌石壩體內一般均設有心墻，壩體灌漿工作范圍容易受限制，且壓力控制不好，易對壩體砌石造成抬動現(xiàn)象。故建議壩體盡量使用壩面防滲。