基于混凝土大壩的水下加固措施

黃后銀

(云南農業大學，昆明650201)

在水工建筑物的使用中，與其他工程結構物一樣，混凝土大壩也存在失事的可能性，如果不能及時排除各種安全隱患，將嚴重影響到水利工程設施的功能，甚至可能造成重大的安全事故。在混凝土大壩的長期使用過程中，水利設施管理部門必須定期對其安全性能進行檢測，并且及時進行除險加固和防滲處理，切實做到防患于未然，保障混凝土大壩的安全運行。混凝土大壩的除險加固中，很多作業項目需要在水下進行，客觀增加了其技術難度，所以，在積極總結和運用各種施工工藝、技術經驗的基礎上，必須加強對于水下加固措施的研究，從而全面提高混凝土大壩除險加固施工的效率與質量。

1 混凝土大壩病害的產生原因

目前，在國內已經建成的水利工程中，土石壩約占90%以上，混凝土大壩相對較少。與土石壩相比，混凝土大壩在施工工藝、技術、材料等方面都具有明顯的優勢，但受各種因素的影響，國內現有的混凝土大壩在使用中也暴露了一系列的質量問題，如果不能及時對其病害的產生原因進行系統的分析，必將嚴重影響到混凝土大壩的實際運行效果。

1.1 結構不安全

即混凝土大壩的結構強度、抗滑穩定性等不符合相關規范與要求，造成此類病害的主要原因分為以下3種:①混凝土大壩的壩體斷面不足，壩坡較為陡峭;②護坡的施工質量不符合標準，出現裂縫、滲漏等質量問題時未能及時進行維修，導致局部護坡嚴重破損;③混凝土大壩施工過程中，由于壩基清基不徹底，而導致其安全系數明顯降低，使用壽命也有所下降。

1.2 滲流不安全

即混凝土大壩的壩體、壩基等處存在不同的滲漏問題，并出現溶濾破壞的現象，造成此類病害的主要原因有以下2種:①在混凝土大壩施工時，清基、壩基的防滲處理不徹底;②混凝土大壩的施工質量不達標，滲透系數低于設計標準，出現局部裂縫的現象。

2 混凝土大壩的水下加固措施

隨著水利工程的長時間運行，混凝土大壩會出現老化、自然侵蝕或人為破壞等現象，將嚴重影響到其安全運行，所以，應定期對混凝土大壩的安全運行狀況進行排查，對于發現的安全隱患應及時進行處理。在混凝土大壩的除險加固中，水下加固施工所占的比例較大，必須采取相應的工藝與技術措施，否則難以保證施工的效率與質量。目前，國內在混凝土大壩水下加固方面已經積累了較多的技術經驗，本文選取其中3種常見的施工技術措施進行介紹。

2.1 灌漿治漏與加固技術

在混凝土大壩的水下加固中，對于裂縫的修補是主要的施工項目之一，在保證其安全、可靠的基礎上，應加強對于施工條件與技術措施可行性的研究，力求施工作業的簡單、合理、經濟。目前，國內在混凝土大壩水下加固中，應用的灌漿治漏與加固技術主要有以下3種:

1)表面處理法。主要適用于對于安全影響較小的表面裂縫或深層裂縫，以及對于結構承載力影響不大的裂縫。由于混凝土大壩的局部處于水中，所以，在進行裂縫的表面處理時，要在水泥砂漿、環氧膠泥、油漆、瀝青等防腐材料中添加防水劑，在施工作業中要保證材料的涂抹全面、細致，進而達到封閉裂縫與防水的作用。同時，在進行混凝土大壩裂縫的表面處理時，在裂縫表面還可以采取黏貼玻璃纖維布的方式，以防止其在各種因素的影響下繼續開裂。

2)裂縫修復法。對于混凝土大壩已經出現的裂縫，要根據水下結構裂縫的分布情況、長度、開度與走向等進行實時檢測和觀測。在混凝土大壩裂縫部位設置相應的標準，在裂縫的開口部位覆蓋塑料布，防止因水流侵蝕而造成裂縫現象的加劇。在混凝土裂縫的水下加固中，裂縫修復法只是一種臨時性的處理措施，后期仍需對于裂縫進行專門的處理，以保障大壩的安全。

3)灌漿法。主要適用于對于結構整體安全造成影響較大的水下裂縫，經過必要的修補處理后，大壩的結構使用功能與安全性能將大幅提升。在混凝土大壩的水下加固中，灌漿法分為:水泥灌漿、化學灌漿兩類，其中水泥灌漿適用于寬度在1 mm以上的裂縫，而化學灌漿則適用于較窄的裂縫。但是在國內的工程實踐中發現，兩種灌漿法適用于較為穩定裂縫的水下加固處理，而對于水下活縫、伸縮縫的處理效果則不是十分理想。

2.2 大壩加高技術

在混凝土大壩的水下加固中，大壩加高技術的應用較為廣泛，其常見的方法主要有以下2種:①在原壩的頂部澆筑混凝土，并且在擴大大壩上游面、下游面的斷面;②使用豎向預應力錨索將原壩體、壩基與上部新澆混凝土錨固成為整體。以下介紹上述兩種方法在混凝土大壩水下加固工程中的應用實例。

2.2.1 擴大斷面加高混凝土大壩

丹江口水利樞紐大壩是南水北調中線的主要水源工程，由于大壩常年受到氣溫變化的影響，以及受到水流的侵蝕作用，壩體局部結構的安全性受到嚴重的影響，根據現場勘測結果，工程技術人員決定采取擴大斷面加高混凝土大壩的措施。即將加高鍵槽中的混凝土碳化層完全鑿除，鑿除深度為2～3 cm。對于未預留加高鍵槽的部位則采取人工切割補設鍵槽的方式，補設鍵槽的長度為40～65 cm，寬度為30 cm。在新老混凝土的結合面布置錨桿，以增加其連接部位的黏接強度和與整體受力性能。

2.2.2 預應力錨索加高混凝土大壩

在需要加高混凝土壩的上游布置豎向預應力錨索，在提高大壩的抗滑、穩定性能及抗彎能力的同時，可以在不降低水庫運行水位的條件下開展相關施工作業，從而提高水下加固措施的經濟性和安全性。我國的豐滿水電站在混凝土大壩的水下加固中采用了預應力錨索加固方法，不但解決了混凝土大壩壩基穩定性不足的問題，而且加高壩頂1.2 m，提高了設計的防洪標準。

2.3 高壓噴漿技術

在混凝土大壩的水下加固中，高壓噴漿技術作為一項新技術得到了廣泛的應用。與傳統的水下加固措施相比，應用高壓噴漿技術具有造價低、施工方便、開挖量小、占地少等特點，對于鄰近的水工建筑影響也相對較小。在高壓噴漿技術的應用中，需要注意以下3種事項:①鉆孔，由于是在水下作業，為了保證鉆孔的效果，一般是采用泥漿固壁回轉鉆孔的方式。鉆孔過程中應注意做好充填堵漏的準備，以保證孔內的泥漿正常循環及返出孔外;②墻體位置的確定，根據混凝土大壩的水下結構，合理確定防水墻的位置，防止施工作業中出現局部滲水的現象;③噴墻管理，在混凝土大壩的水下加固中，應用高壓噴漿技術要嚴格控制掘進速度、灌漿壓力、提升速度與送氣量等，灌漿階段嚴防出現漿液離析、斷漿等現象，以保證水下施工作業的連貫性。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

本文選取云騰渡水電站攔河壩的水下加固為例，該壩原為支墩面板壩，壩高為6 m，壩長為108 m，壩底寬度為6.55 m。據當地水利設施管理技術人員介紹，由于受到施工條件的限制，該壩在壩基處理中存在清基不徹底的問題，部分壩基現已被淘空。壩基淘空總計長度為91 m，高度為1.5～6 m，回填混凝土的工程量約為1 500 m3。在1993～2002年期間，已經多次對于攔河壩進行檢查與加固處理，但是由于受到施工工藝、技術問題的限制，未能徹底消除混凝土大壩的安全隱患。2008年，決定對該壩進行大規模的水下加固處理，本文對其水下加固技術方案的選擇進行介紹:

3.2 水下加固技術方案的選擇

3.2.1 方案一:土石圍堰的施工技術方案

利用混凝土大壩的整體結構作為上游圍堰，在大壩的下游填筑土石圍堰，而加固則采用常態的混凝土施工技術方案。本施工技術方案的優點為:盡量創造了干地施工的條件，清基與加固處理更為徹底;缺點為:圍堰施工技術方案的投資較大，工期長，施工工藝與技術難度大，容易導致大壩出現傾覆的現象，存在較大的施工安全風險。

3.2.2 方案二:水下混凝土填充加固的施工技術方案

結合廣西麻石電廠、巖灘電廠等處的水下混凝土施工技術經驗，獲取了相應的技術資料和參考數據。工程技術人員經過研究發現，水下混凝土填充加固施工技術方案主要具有投資少、工期短、受壩頂少量過水的影響較小，施工作業安全系數高，以及施工質量較為理想的優點。

經過對于兩種施工技術方案的比較，工程技術部門決定采取水下混凝土填充加固的施工技術方案，結合該壩所處的實際環境，以及各種施工條件和技術因素的限制，技術人員建議在施工中采取以砂包固模、鐵籠裝石固模等替代原設計方案中拋石固模的方式，在混凝土澆筑作業完成后，對于大壩的基礎和主體結構進行固結灌漿處理，以保證水下加固處理的實際效果達到相關標準。

4 結束語

綜上所述，在混凝土大壩的水下加固處理中，必須將除險加固與防滲處理有機結合起來，在各種工藝、技術措施的應用中也要堅持綜合分析與全面考慮的原則，特別是在水下加固技術方案的設計中，一定要考慮到水下作業的特殊環境和各種不利因素，不斷完善施工技術方案，從而保障混凝土大壩水下加固處理符合相關要求。

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