小型砌石拱壩加固培厚與處理工藝

柳大鴻

(福建省壽寧縣水利局，福建壽寧355500)

0 前言

砌石拱壩是早期乃至現在水庫建設常用設施，在維護水資源調度分配過程中起到了一定的作用。因受早期砌石拱壩設計理論與設計規范、施工條件的限制，隨著長時間的使用，水庫壩體正面臨著多方面的病害風險，拱壩內外部結構承載負荷超標而限制了其使用性能。從水庫可持續利用角度考慮，對拱壩采取優化加固處理是不可缺少的，壩體培厚處理工藝得到了普及應用。

1 砌石拱壩病害特點

砌石拱壩以其受力結構合理、能充分發揮砌體抗壓強度、節省工程量、就地取材以及節省水泥鋼筋等特點，在小型水庫建設中得到最廣泛的應用。

1)由于受當時計算手段的限制，拱壩體型多為定圓心、等半徑的單曲等厚拱壩體型，在壩體應力計算方面，基本采用純拱法［1］。應力控制又采用正應力而不是主應力。

2)壩體砌筑的膠結材料多以100#及以下強度標號的水泥砂漿或細石混凝土為壩體膠結材料，但抗拉強度相對較低。

由于以上情況帶來的結果是:其抗壓強度基本可以滿足要求，壩體下部特別是靠近河床位置的往往出現較大的主拉應力，有些拱壩拱冠上游面的主拉應力甚至數倍于規范值。按照現有《砌石壩設計規范》(SL25—2005):對于中、小型砌石拱壩主要宜控制壓應力，但過大的拉應力仍然使拱壩周邊容易產生裂縫并帶來漏水，如圖1，這對水庫安全及工程的耐久性帶來不可忽視的影響。

圖1 拱壩開裂示意圖

2 壩體培厚壩體的加固方案

目前砌石拱壩除險加固中的應力復核計算主要采用多拱梁法。對于原來采用純拱法計算應力的壩體在計入梁向應力后，壩體下部特別是靠近河床位置周邊，由于其梁向正應力也較大，從而帶來主應力急劇增大［2］。

針對上述分析:壩體下部周邊增大的應力中梁向應力占有的比例相對較大，結合小型拱壩基本是單曲拱壩的特點，所以在拱壩除險加固中，采取對壩體下部進行培厚，消除梁向應力，進而降低主應力滿足規范要求，是最為有效和簡單的方法。壩體培厚方案可選擇壩體上游培厚和壩體下游培厚兩種方案。兩種方案的優缺點分別如下:

2.1 上游壩面培厚

優點:壩體上游面培厚防滲效果好。

缺點:首先在施工期內須全過程放空水庫，影響水庫工程對下游的用水。②壩基需設置施工導流，但除險加固水庫一般已經運行30～40，庫底已經有相當的淤積量，在庫內淤積的基礎上施工圍堰不僅工程量大，難度也大。③上游面培厚需對兩岸壩肩上游側岸坡進行擴大開挖，為滿足壩肩開挖時的徑向要求，上游的培厚開挖也相應較深，不僅工程量大，而且除險加固的基礎開挖原則上只能以人工開挖為主，施工難度大，工程造價高。因此，壩體上游面培厚方案施工難度較大，工程造價高，工期也較長，且存在一定的施工安全問題。

2.2 下游壩面培厚

優點:①僅在部分施工時段放空水庫，無須全施工期都放空水庫，對下游用水影響較小。②不需要施工導流工程，不存在上游培厚需解決壩基施工導流問題。③兩岸壩肩處的開挖工程量小，培厚工程量也比上游面培厚少，工程造價低。④培厚施工較簡單，工期較短，投資省，施工安全。

缺點:在下游面培厚壩體，總體防滲不如上游面培厚方案。

下游面培厚壩體方案與上游面培厚壩體方案相比，投資較省，施工簡單，工期短，干擾少，不存在上游面培厚需要解決壩基施工導流問題，且無須在整個施工期間放空水庫，對下游用水影響小，重要的是解決了施工安全問題。同時小型拱壩總壩高一般不高，總體防滲可通過下游培厚解決。另外，根據壩體應力分布情況進行分析，下游培厚對改善應力將更為有利。因此，壩體培厚一般采用下游面培厚壩體方案。

3 壩體培厚施工處理工藝

3.1 壩體培厚的結構要求

根據壩體應力復核成果，通過工程措施改善拱壩壩體應力。對拱壩進行培厚，并對新舊壩體采用鋼筋錨固與接觸灌漿處理。

1)培厚形式。培厚壩體一般選擇等厚培厚方案，緊貼舊壩體上游面或下游面進行拱圈布置。

2)材料選擇。要求選擇與原壩體強度指標相同的培厚壩體材料，滿足應力計算的材料要求。

3.2 壩體培厚施工處理工藝控制重點

1)培厚壩體基礎開挖。一般應開挖至新鮮微風化或弱風化的中、下部基巖。整個壩基利用巖面的縱坡應平順而無突變，基礎開挖要求采用人工開挖為主，一般不采用炸藥特別是大藥量的爆破，以不影響拱肩巖體穩定。開挖過程中應時刻注意拱肩的穩定情況。

2)培厚壩基固結灌漿。培厚基礎須采取全面固結灌漿，以增加基巖的整體性。當基礎節理裂隙發育、抗滲性較差時尚須采用深孔固結灌漿和擴大固結灌漿范圍。對于坡度大于50°～60°的陡壁面，壩基接觸面以及基巖中開挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的頂部，尚應進行接觸灌漿，以提高接觸面上的抗剪強度和抗壓強度，防止沿接觸面滲漏。

3)帷幕灌漿。帷幕線一般布置在壓應力區，并盡可能靠近上游面。當壩體較薄或未設廊道時，盡可能在上游壩腳處進行。當有繞壩滲漏，將影響拱座巖體穩定，或將引起庫水的水量損失時，防滲帷幕還應深入兩岸山坡內，與重力壩的情況類似，但要求應更嚴格。

4)新舊壩體接觸面。新舊壩體接觸面處理包括原壩體與舊壩體接觸面的清潔，以及新舊壩體接觸面的接觸灌漿，并對新舊壩體采用鋼筋錨固，接觸灌漿選擇合適的灌漿時間和嚴格控制灌漿壓力和回漿壓力。防止新舊壩體脫離。

5)壩體培厚砌筑。對拱壩進行培厚，上游壩面培厚須在全施工期都放空水庫狀態下進行，下游壩面培厚，無須全施工期都放空水庫，僅在部分施工時段如壩體培厚砌筑時段放空水庫。壩體培厚立模與壩腹砌筑同時進行，兩岸壩肩設置厚0.5 m的C15素混凝土墊層。對于培厚部位的新舊壩體接觸面，應進行清理，清除壩面的鈣化物質、苔蘚等，將原壩體下游面條石砌石的勾縫砂漿鑿除，用高壓水沖洗干凈。砌體中的膠結材料終凝后，對砌體進行灑水養護，當現場氣溫高于年平均氣溫或＜5℃時應停止砌筑。

［1］翟政東，舒仲英，李龍國.下澗口砌石拱壩除險加固方案優化［J］. 中國農村水利水電，2007(01):115-118，121.

［2］朱友聰，王林素.淺析某水電站大壩裂縫對工程正常使用的影響［J］.浙江水利科技，2004(05):14-15.