砌石重力拱壩滲漏原因分析及防滲加固處理實例研究

摘 要：大壩出現壩基壩體滲漏、壩肩失穩等問題，將會嚴重影響到水庫擋蓄水功能的正常發揮。為此，要充分結合《水庫大壩安全鑒定辦法》、《水庫大壩安全評價導則》等相關規范，合理采取與工程實際相匹配的除險加固方案。文章在對砌石拱壩壩體滲漏的主要原因進行歸納總結后，結合一工程實例，對砌石拱壩防滲除險加固處理方案進行了探討，通過合理工程措施，有效提高大壩結構整體的安全穩定性。

關鍵詞：砌石拱壩；大壩滲漏；防滲；除險加固

引言

拱壩作為一種便于就地取材，工程量相比重力壩約少40%，且可以實現壩頂溢流的經濟性和安全性均較優越的壩型，從70年代開始得到廣泛推廣采用，約占我國修筑拱壩總數的90%以上。從大量文獻資料表明，目前已建砌石重力拱壩，主要防滲結構大多采用混凝土心墻或混凝土面板來實現。但砌石拱壩和混凝土拱壩一樣，由于其是一種超靜定結構，在日常運行過程中地基變形、溫度變化等諸多因素對壩體結構應力的影響較其他壩型更大，加上歷史設計標準偏低、施工原材料采用不達標、施工質量較差等，以及隨運營時間的推移，許多砌石拱壩產生較為嚴重的壩體裂縫、壩基及壩體滲漏、壩肩及兩岸邊坡巖體失穩崩塌等問題，嚴重影響到大壩擋蓄水功能和經濟效益的正常發揮。大壩一旦發生滲漏問題，將會給大壩結構應力和拱座穩定埋下巨大的安全隱患，必須密切觀測其變化并采取合理的除險加固工程措施，以提高壩體整體安全穩定性。

1 砌石拱壩滲漏原因分析

從大量砌石拱壩除險加固踏勘和竣工資料分析，造成壩體出現滲漏問題主要是由于設計缺欠和施工質量差等原因引起。

1.1 設計標準偏低

由于受歷史建設理念和投資資金等因素的影響，很多拱壩當時設計標準選擇偏低或施工時沒有嚴格按照設計要求進行質量管控，導致壩體整體質量偏差，運行中出現滲漏問題具體表現在以下多個方面：（1）混凝土防滲面板標號偏低，如：按照漿砌石壩設計規范（SL25-2006）（以下統稱：“規范”）[1]，當壩址最低月平均氣溫在零下10℃以下時，其混凝土防滲面板等級應該在C23以上，但是從大量病險水庫拱壩調查資料發現，很多大壩其混凝土防滲面板抗凍強度等級普遍達不到C23標準，絕大多數只有C18，有的甚至僅有C15，嚴重降低了壩體整體防滲抗凍性能。（2）在“規范”中明確要求死水位以下9m壩高范圍內，應設置2道止水設施，但實際很多大壩沒設或僅設一道止水設施，導致后期運行過程中出現壩體滲漏問題。（3）在“規范”中明確要求在設置橫縫止水后，為了便于滲水順利排走需增設豎向排水管，但實際很多大壩沒有設置豎向排水導致滲水無法順利排出而影響壩體內部應力分布，有的甚至都沒有設置橫縫止水，止水設計和施工達不到“規范”要求，在止水位置形成了滲漏通道。另外，當時設計時受投資資金影響，為了省錢導致所設計壩體斷面過于單薄，壩體剛度不足，結構應力環境溫度變化適應力較差等，導致壩體容易出現裂縫，引起嚴重的滲漏破壞。

1.2 施工質量差

混凝土施工質量差，施工中存在模板移位、混凝土錯臺等現象，導致混凝土出現蜂窩、狗洞等質量缺陷，給壩體埋下較大安全隱患；施工中混凝土溫/濕度控制不達標，混凝土干縮性能控制不好，導致混凝土初期出現表面裂縫，在后期水壓作用下，不斷擴展演變成滲流通道；施工中質量監管不到位，混凝土振搗不充分、砌石錯位、膠結材料不密實等導致壩體結構內部存在一定孔隙，最終在水壓和重力等多方作用下，形成滲漏渠道；止水材料不合格、止水帶寬不足、止水帶人為施工破壞等造成運行過程中出現繞帶滲漏、橫縫漏水等，巨大滲流量嚴重威脅到大壩的穩定運行。

大壩發生滲漏問題，不僅會造成大量水資源浪費，影響水庫運行經濟效益，同時還可能對壩體內部結構造成損壞，尤其是在凍融破壞和游離鈣質析出等作用下，壩體混凝土將會出現疏松等問題，降低混凝土層間抗剪能力和耐久性，嚴重威脅到大壩運行的安全穩定性[2]。為了采取與工程特性相匹配的除險加固方案，必須對大壩滲漏原因進行全面調查和分析，確保除險加固方案具有較高可行性、可實施性和經濟性。

2 拱壩防滲加固實例研究

2.1 工程概況

某水庫是一座以農業灌溉為主，兼顧防洪、引水發電、城市供水等功能，具有綜合效益的中型水庫。壩址以上集雨面積1.8624km2，主河流長2.67km，平均河床比降為2.76%。工程于1988年11月動工興建，于1993年4月竣工投運。水庫最大壩高59.80m，壩頂弧長267.50m，壩頂寬4.0m，正常蓄水位633.50m，相應庫容2688.5×104m3，總庫容2756.80×104m3。水庫上、下游面采用細石混凝土砌條石，厚為0.8m；壩體為細石混凝土砌塊石結構，內部設置混凝土防滲心墻，心墻底寬2.05m，頂寬0.6m。大壩建成投運前期，壩體各部位運行狀況良好。1998年汛期，在巡視檢查中發現大壩下游面出現大面積漏水問題，同時隨蓄水位增高漏水量增大。

2.2 壩體滲漏原因分析

為了分析壩體滲漏，結合相關資料對拱壩應力進行了安全復核，復核結果表明：最大主拉應力為0.89MPa，最大主壓應力為2.67MPa，均小于設計要求的[1.20MPa]和[4.80MPa]要求，表明壩體結構應力整體狀態安全，也就是說大壩下游面出現大面積漏水不是由于壩體應力過大致使裂縫引起。為了準確查出大壩滲漏原因，考慮到混凝土防滲心墻是大壩主要防滲體，決定采取鉆芯取樣進行分析，鉆探結果表明：大壩壩體內部存在局部難以取芯、巖芯整體完整度較差、芯樣破碎度較大、RQD值較低、砌石局部架空不密實、砌石中充填膠結細石混凝土密度性差等問題。鉆孔水文地質試驗結果可知，大壩下半部透水率為6.8-12.2Lu，遠大于3Lu指標，存在裂隙高度發育、透水率較大等問題，急需采取全面的防滲加固措施。

2.3 充填灌漿防滲處理

根據工程特性，選擇上游壩面防滲膜帖面、上游壩面噴混凝土、上游壩面增設混凝土防滲面板和壩體充填灌漿四種防滲處理方案進行對比分析。經綜合比較，采用防滲膜帖面、噴混凝土以及增設混凝土防滲面板等存在施工難度大、混凝土與條石壩面結合性能不好、方案實施難度較大等問題[3]。最終從可靠性、安全性和經濟性等方面，優選壩體充填灌漿方案，即在壩頂、下游壩面及灌漿排水廊道內部設置壩體充填灌漿孔，按結構部位進行水泥漿或水泥砂漿充填灌漿防滲。在壩頂設斜向灌漿孔，在下游壩面和排水廊道內部設置斜向或水平向灌漿孔，共3排均布，排距0.8m，間距2.5m，梅花形布置。分兩序進行灌漿，即I序孔為上、下游壩面，按先下游后上游次序灌漿；II序孔為中間排。

3 結束語

滲漏不僅會影響到大壩結構應力，同時還會影響到壩體整體穩定性，必須要根據工程特性和相關設計、地質勘探資料，合理分析滲漏原因及特點，并結合結構應力和抗滑穩定安全復核結果，根據工程實際情況從技術、經濟等方面優選砌石拱壩壩體防滲加固處理工程措施，確保防滲處理達到預期效果，消除大壩滲漏問題，提高其運營經濟效益和安全穩定性。

參考文獻

[1]SL25-2006.漿砌石壩設計規范[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]劉華麗，彭輝.基于多拱梁分載法的高拱壩應力分析[J].云南水力發電，2009，25（3）：26-29.

[3]馮蕊，何蘊龍，曹學興.混凝土心墻對砌石拱壩應力和變形的影響分析[J].武漢大學學報，2014，47（2）：177-178.

作者簡介：柴云飛（1974，08-），男，漢族，內蒙古自治區赤峰市，大學，副高級工程師，主要從事水利水電工程設計工作。