某水庫堆石混凝土壩施工缺陷原因分析及處理

黃秘昌

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

某水庫是一座以供水、灌溉為主的綜合利用小（1）型水庫，總庫容為631 萬m3，水庫正常蓄水位為215 m，相應(yīng)庫容為464萬m3，多年平均引水量1993萬m3。大壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。

水庫攔河壩采用堆石混凝土重力壩，壩頂總長221 m，其中左岸非溢流壩段長35 m，右岸非溢流壩段長133 m，溢流壩段長53 m。壩頂寬5 m，壩頂高程220.2～221 m，最大壩高38 m，大壩典型斷面圖見圖1。

圖1 大壩斷面圖

大壩壩基巖性主要為泥盆系下統(tǒng)蓮花山組粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖，弱～微風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀傾向下游，傾角較陡，強(qiáng)度較高，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育[1]。

工程于2013 年2 月1 日開工建設(shè)，2020 年7 月下閘蓄水投入使用。

2 施工缺陷問題及對大壩安全影響分析

2.1 施工缺陷問題

2013 年3 月攔河壩一期右岸4#～9#壩塊開始施工，至2014年6月共澆筑堆石混凝土28倉，約1.3萬m3堆石混凝土。2014 年6 月4 日，在對4#壩塊左側(cè)模板折除時，發(fā)現(xiàn)堆石混凝土澆筑層結(jié)合面存在有夾層物質(zhì)，夾層物質(zhì)強(qiáng)度極低，厚度為1～80 mm，低洼處較厚，從側(cè)面往里探測深度達(dá)1.3 m。

為對大壩堆石混凝土層間接縫存在夾層物質(zhì)的原因進(jìn)行深入分析，對壩體堆石自密實混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B等級、透水率及缺陷測試、壩體密度、空隙率和壩體層間結(jié)合面抗剪（斷）強(qiáng)度等項目進(jìn)行檢測。檢測主要結(jié)論為：①已澆筑堆石混凝土本體密實、質(zhì)量合格，但澆筑層面存在嚴(yán)重施工缺陷，表現(xiàn)為局部夾泥、層面脫空，整個層面不粘連，接觸面抗剪（斷）強(qiáng)度試驗結(jié)果表現(xiàn)為f′值為1.0（略低）、c′值為0.14 MPa（很低），f值為0.78（略低）；②4#、5#壩段共進(jìn)行包含層面的壓水檢測10 段，除4#壩段的檢1、檢2孔上段壓水與鄰近灌漿孔發(fā)生串孔，透水率大于50 Lu 外；5#壩段檢7 孔下段透水率為7.27 Lu；4#壩段檢3孔上段透水率為1.88 Lu；其余6段均小于1 Lu；結(jié)合鉆孔層面孔內(nèi)電視的分析，大壩層面的缺陷并未形成大面積的連通，每處缺陷相對獨(dú)立、面積較小。已澆筑堆石混凝土施工缺陷統(tǒng)計見表1。

表1 壩體已澆筑堆石混凝土施工缺陷統(tǒng)計表

2.2 大壩安全影響分析

根據(jù)質(zhì)量檢測提供的堆石混凝土層間結(jié)合面抗剪試驗成果參數(shù)，對大壩穩(wěn)定應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核計算，計算參數(shù)按試驗值的0.85倍折減。分別按抗剪斷強(qiáng)度公式、抗剪強(qiáng)度公式計算，4#壩塊、5#壩塊各層面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K′=1.59～2.7、K=0.7～1.0，均不滿足規(guī)范要求外，其余壩塊抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；各計算工況下，各壩塊層面應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

因此，對于壩體堆石混凝土存在的施工缺陷，必須采取有效措施消缺加固。

3 缺陷原因分析

根據(jù)施工現(xiàn)場揭露及檢測成果，并結(jié)合施工過程控制環(huán)節(jié)，綜合分析認(rèn)為導(dǎo)致大壩堆石混凝土層間結(jié)合不良的原因是倉面污染：①石料未粗篩、清洗不干凈就直接倒在倉內(nèi)，甚至在倉內(nèi)進(jìn)行二次沖洗、二次清倉，造成污水排不干凈或污水回流到已堆好石塊底部，形成泥粉沉淀污染倉面；②雨天施工時，對已經(jīng)堆好的塊石未進(jìn)行遮蓋，也會導(dǎo)致雨水淋洗堆石，形成污水進(jìn)入堆石底部污染倉面。

4 缺陷處理方案

大壩堆石混凝土層間施工缺陷處理原則是：采取有效措施提高壩體的整體性、抗?jié)B性、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，確保大壩穩(wěn)定安全。

4.1 4#壩塊、5#壩塊缺陷處理

采取“現(xiàn)狀壩體水泥充填灌漿+增設(shè)排水孔+上游面貼補(bǔ)混凝土”措施進(jìn)行加固處理。先在現(xiàn)狀已澆筑壩體進(jìn)行水泥充填灌漿處理，灌漿孔孔距、排距2.5～4 m，鉆孔至建基面高程，灌漿采用P·O42.5純水泥漿液；灌漿前，先在現(xiàn)狀已澆筑壩體周邊直墻面各層間處開三角楔形體槽，槽寬5 cm、深8 cm，再用丙乳砂漿封堵。距現(xiàn)狀壩體上游面2.1 m處增設(shè)豎向排水孔Φ150@3 m，并在已澆筑壩頂面采用DN150×3.5鍍鋅鋼管集中排水至下游。

灌漿處理完成后，在現(xiàn)狀已澆筑壩體上游面貼補(bǔ)混凝土，貼補(bǔ)混凝土頂部從205.5 m 高程以1∶0.3坡比放坡至下部壩基開挖面。在已澆筑壩體頂層面新舊混凝土接觸面設(shè)騎縫鋼筋（主筋用Φ28@250，分布鋼筋用Φ20@250），貼補(bǔ)混凝土在已澆筑壩體高程以下采用常態(tài)混凝土C20（3），以上部分采用C15 堆石混凝土并與上部壩體混凝土整體澆筑。上游壩面新舊混凝土鑿毛處理并埋設(shè)插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m 的鋼筋，縱橫間距均為0.75 m。缺陷處理典型斷面圖見圖2。

圖2 4#壩塊缺陷處理斷面圖

4.2 7#壩塊、8#壩塊、9#壩塊缺陷處理

采取“現(xiàn)狀壩體水泥充填灌漿+上游迎水面增設(shè)鋼筋混凝土防滲面板”措施進(jìn)行加固處理。先在現(xiàn)狀已澆筑壩體進(jìn)行水泥充填灌漿處理，灌漿孔孔距、排距2.5～3 m，鉆孔至建基面高程，灌漿采用P·O42.5純水泥漿液；灌漿前，先在現(xiàn)狀已澆筑壩體周邊直墻面各層間處開三角楔形體槽，槽寬5 cm、深8 cm，再用丙乳砂漿封堵。

灌漿處理完成后，在現(xiàn)狀已澆筑壩體上游迎水面增設(shè)鋼筋混凝土防滲面板，面板嵌入混凝土底板30 cm，面板厚35 cm，采用C25 混凝土，面層配鋼筋網(wǎng)Φ10@200×200。上游壩面新舊混凝土鑿毛處理并埋設(shè)插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m的鋼筋，縱橫間距均為0.75 m。缺陷處理典型斷面圖見圖3。

圖3 7#壩塊缺陷處理斷面圖

4.3 施工工藝改進(jìn)

為確保大壩工程質(zhì)量，根據(jù)已施工堆石混凝土質(zhì)量缺陷，設(shè)計對施工工藝進(jìn)行以下優(yōu)化：

（1）堆石料必須經(jīng)過初篩，入倉前須經(jīng)過高壓水沖洗，嚴(yán)禁將泥、水帶入倉內(nèi)。堆石倉面上游1/2區(qū)域嚴(yán)禁自卸汽車進(jìn)入。

（2）嚴(yán)禁在倉面內(nèi)用水對堆石料或?qū)用孢M(jìn)行清洗。對已經(jīng)開始堆石的倉面應(yīng)做好防雨準(zhǔn)備，嚴(yán)禁雨水沖刷堆石料流入倉內(nèi)。

（3）堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa 以前，不得進(jìn)行下一倉面的準(zhǔn)備工作。施工水平縫應(yīng)采用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿毛處理。

（4）調(diào)整控制混凝土配合比，減少自密實混凝土澆筑過程中出現(xiàn)的泡沫物、黑炭浮漿，并及時清除。

（5）澆筑塊倉面要求微傾向上游，下游端高過上游端20 cm。堆石混凝土收倉時，必須使適量塊石高出澆筑面50～150 mm，且不集中。

（6）在周邊模板附近留出空間解決倉面注入混凝土后發(fā)生的堆石底部污物被擠出、聚集到周邊模板附近現(xiàn)象，避免造成澆筑塊四周接合面出現(xiàn)不良夾層密集現(xiàn)象。

5 缺陷處理效果

壩體充填灌漿后層間實測抗剪強(qiáng)度參數(shù)f值最小為0.76，壩體增設(shè)排水孔后底部揚(yáng)壓力按0.3 系數(shù)折減，計算得4#壩塊、5#壩塊各層面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K分別為1.31、1.35，均滿足規(guī)范K不小于1.05要求；同時各計算工況下，各壩塊層面應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

改進(jìn)施工工藝后，大壩上部未出現(xiàn)類似施工缺陷現(xiàn)象。2020年7月大壩下閘蓄水至今，已經(jīng)歷正常蓄水及高水位考驗，大壩變形正常，下游壩面未見層間滲水現(xiàn)象，說明大壩施工缺陷處理方案是可行有效的。

6 結(jié)語

堆石混凝土是新技術(shù)，是由清華大學(xué)水利水電工程系發(fā)明并獲得國家發(fā)明專利授權(quán)的新型大體積混凝土施工技術(shù)，其技術(shù)特征是使用專用自密實混凝土，澆筑時依靠其自動流動，無需振搗而達(dá)到密實，充填堆石體空隙所形成完整密實的堆石混凝土，具有低碳環(huán)保、低水熱化、工藝簡單、造價低廉、施工速度快等特點(diǎn)。在應(yīng)用該新技術(shù)時，需重視埋石施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范及其專用施工技術(shù)要求施工，才能確保施工質(zhì)量和工程安全。