水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)研究

張 輝

(福建省建甌市堤防管理所，福建 建甌 353100)

雙曲混凝土拱壩是指具有雙向功能的彎曲形狀拱壩(雙向包括水平方向與豎直方向)，此種類型的拱壩屬于堤壩中的代表性壩體類型，在上述提出的雙向方向中，水平方向可以在壩體中發(fā)揮傳統(tǒng)壩體“拱”的作用，而豎直方向可以實現(xiàn)對變直、曲變中心及拱壩曲率的統(tǒng)計計算。雙曲混凝土拱壩在設(shè)計中，通常為上端部位的半徑相比下端部位的半徑要較大些，正由于堤壩的這種特性，可使堤壩的推力整體向內(nèi)。目前，雙曲混凝土拱壩是水電站中的典型壩體類型，可對水電站的建設(shè)與發(fā)展起到一定的支撐性作用。針對此方面的研究是我國上世紀五十年代后期提出的，此種壩體類型在很大程度上拓寬了拱壩在市場的應(yīng)用范圍，并且在應(yīng)用中其優(yōu)勢較為顯著。但也有研究學者認為雙曲混凝土拱壩，屬于對原有壩體結(jié)構(gòu)的破壞，不僅會使堤壩整體的支撐強度削弱，甚至會在一定程度上對結(jié)構(gòu)作用造成影響。嚴重情況下還會出現(xiàn)壩體滲漏塌方的問題出現(xiàn)，盡管這一問題屬于有關(guān)研究學家提出的假設(shè)，但此方面的問題也是社會不得不關(guān)注的，一旦堤壩出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，不僅從側(cè)面反映了雙曲混凝土拱壩結(jié)構(gòu)的不合理性，也代表在建設(shè)施工過程中，防滲加固施工行為的不規(guī)范。為了解決這一問題，本文將以水電站雙曲混凝土拱壩為例，針對壩體建設(shè)現(xiàn)狀，開展對其的防滲加固研究。

1 水電站雙曲混凝土拱壩壩體滲漏及原因分析

綜合有關(guān)水力調(diào)查單位對雙曲混凝土拱壩的實地勘查，發(fā)現(xiàn)在KZ1～KZ5拱壩的鉆孔位置處，確實存在大范圍的漏水現(xiàn)象，而綜合雙曲混凝土拱壩的整體水位變化情況，可知右側(cè)水岸的水位線明顯低于左側(cè)水岸的水位線，這一現(xiàn)象也可認為在拱壩的整體結(jié)構(gòu)中，右側(cè)水岸存在水體滲漏現(xiàn)象[1]。以某水電站雙曲混凝土拱壩為勘查點，其壩內(nèi)水位為144.0 m，右側(cè)壩內(nèi)水位約為121.0 m，水位持續(xù)降低一段時間后，便無水位顯著下降趨勢，因此可以認為，出現(xiàn)水體滲漏現(xiàn)象的發(fā)生點位于高水位處，約121.0～144.0 m之間。通常情況下，壩體的滲漏現(xiàn)象是由于巖體出現(xiàn)裂縫所導(dǎo)致的，而壩體出現(xiàn)裂紋后，整體出現(xiàn)滲流問題，即外側(cè)滲水，但由于水流量較小、水體流速較慢，因此十分不利于察覺[2]。但針對此種問題，若不及時的對其進行處理，便會導(dǎo)致縫隙持續(xù)變大，最終使水電站雙曲混凝土拱壩出現(xiàn)塌方的風險。

綜合上述分析，雙曲混凝土拱壩產(chǎn)生裂縫問題，通常是在較長時間下積累的，且裂縫現(xiàn)象十分不易發(fā)現(xiàn)，而出現(xiàn)此種問題的原因通常為：對壩體養(yǎng)護工作的執(zhí)行不到位；雙曲混凝土拱壩施工行為不規(guī)范等，為了解決這一問題，下述將對雙曲混凝土拱壩開展防滲加固的有關(guān)研究。

2 水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)設(shè)計

2.1 定位雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點

由于雙曲混凝土拱壩滲漏會影響到壩體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，嚴重情況下甚至會造成水電站無法持續(xù)儲水的問題，因此本章提出布設(shè)壩體加固鉆孔點的方式，對發(fā)生滲漏現(xiàn)象的位置進行定位[3]。要求施工過程中執(zhí)行的所有鉆孔與布設(shè)行為均應(yīng)滿足SL-62(/2014)文件提出標準。在實施鉆孔行為前，應(yīng)由施工單位進行前期的滲水范圍檢查，此過程可用壓水實驗代替。在水電站蓄水處于高水位狀態(tài)時，應(yīng)對雙曲混凝土拱壩周圍的松動巖石塊進行清理，并使用高壓水槍進行壩體內(nèi)部的清潔處理，處理后，尋找滲水范圍與發(fā)生滲漏問題的出水點。

在完成雙曲混凝土拱壩出水點的定位后，使用巖心為150型號的鉆孔機，在出水點進行挖鉆，此過程中要確保鉆孔的深度、鉆孔的方位、鉆孔的速度均與施工標準符合[4]。力求鉆孔后上下孔洞直徑保持一致，且雙曲混凝土拱壩外部平滑光整。應(yīng)注意鉆孔的位置與實際要求位置偏差不得超過8.0 cm，鉆孔的深度與實際要求深度偏差不得超過25.0 cm。

為了進一步滿足雙曲混凝土拱壩的灌漿加固施工需求，應(yīng)在完成上述有關(guān)行為的基礎(chǔ)上，對定位的鉆孔點與相關(guān)位置進行水壓檢測[5]。檢測中沖水的壓流應(yīng)控制在同段灌漿區(qū)域壓力的70.0%～80.0%，保證加固鉆孔位置與實際施工行為具備一定適配性的條件下，完成對雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點的定位。

2.2 基于壩體滲漏壓力實施壩體灌漿加固與封孔處理

在完成對壩體加固鉆孔點定位的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)壩體滲漏的實際壓力，對雙曲混凝土拱壩壩體進行灌漿加固處理。可將此行為的實施劃分為三個步驟，根據(jù)加固孔洞的疏密程度，依次對其進行加工處理[6]。例如，要求第一序的灌漿加固順序應(yīng)距離8.0 m；第二序的灌漿加固順序應(yīng)距離4.0 m；第三序的灌漿加固順序應(yīng)距離2.0 m，采用循環(huán)灌漿的方式，對雙曲混凝土拱壩壩體進行分段澆筑。

綜合雙曲混凝土拱壩壩體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在條件允許的情況下，通常選擇存在較高滲漏壓力的出水點進行先導(dǎo)性施工。此種方式的優(yōu)點在于可有效的避免灌漿液持續(xù)滲入導(dǎo)入通道中，采用此種方式也有助于提升對雙曲混凝土拱壩壩體灌漿加固的效率，可實現(xiàn)對施工成本的有效降低[7]。綜合常規(guī)水電站的壩體滲漏現(xiàn)象，可選擇0.80～1.20 MPa的壓力實施灌漿。此過程中應(yīng)同時注意灌漿加固行為發(fā)生中的灌漿凝固時間、灌漿速度、灌漿液體的配合比例、雙曲混凝土拱壩壩體的開裂情況以及在加固處理過程中對于一些緊急突發(fā)情況的處理方案等。此外，當灌漿過程中出現(xiàn)脫空問題時，應(yīng)及時的對脫空位置進行補漿處理，以此避免加固中存在一些不標準的加固行為影響最終質(zhì)量。

在完成對雙曲混凝土拱壩壩體的灌漿加固處理行為后，使用與壩體相同的混凝土對灌漿點進行封孔處理，并詳細的對施工行為與雙曲混凝土拱壩壩體滲漏點進行人工記錄，以此完成對水電站雙曲混凝土拱壩壩體的防滲加固技術(shù)研究。

3 對比實驗

3.1 實驗準備

選擇某水電樞紐作為實驗對象，該水電站建設(shè)在河流直流位置上，整體為雙曲混凝土拱壩壩體結(jié)構(gòu)類型，該水電站當中除了包含混凝土拱壩壩段以外，還包含了廠房壩段和泄洪閘段的給水機構(gòu)。該水電站整體為三級工程，并且其初步施工等級為2級。當前該水電站自運行以來，使用年限超過了15 a。為了確保其未來幾年的正常運行，需要對壩體進行防滲加固處理。分別利用本文提出的水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)和傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)對該壩體進行處理。表1為壩體未經(jīng)處理前的各參數(shù)情況。

表1 壩體未經(jīng)處理前各參數(shù)情況

為方便對兩種防滲加固方法的對比，本文選擇將裂縫位置的滲漏量作為對比指標。

3.2 實驗結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗準備，在完成兩種防滲加固實施后，將最終的技術(shù)應(yīng)用效果進行記錄，并對大壩中原有的裂縫進行隨機抽取5處裂縫位置，并分別對其滲漏量進行記錄，將記錄結(jié)果繪制成如圖1。

圖1 兩種防滲加固技術(shù)實驗結(jié)果對比圖

圖1中，在裂縫A和B兩個位置上，本文防滲加固技術(shù)處理后其滲漏量均為零，并且在C、D、E位置上的滲漏量也明顯小于傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)處理后的結(jié)果。同時，利用本文防滲加固技術(shù)處理后的壩體其承載力也明顯得到提升，可實現(xiàn)對更大水流量的防滲，進一步提高了水電站雙曲混凝土拱壩壩體質(zhì)量，使其使用年限得以延長。因此，通過對比實驗及實驗結(jié)果進一步證明，本文提出的水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠有效解決傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的加固質(zhì)量差問題。

4 結(jié)語

本文從定位雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點與基于壩體滲漏壓力實施壩體灌漿加固與封孔處理兩個方面，對水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)展開研究，并采用設(shè)計對比實驗的方式，驗證了本文防滲加固技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠有效解決傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的加固質(zhì)量差問題，具有更高的市場應(yīng)用價值，而為了更好的解決堤壩滲漏的問題，在后期的研究中有關(guān)單位應(yīng)綜合本文提出的研究成果，在此基礎(chǔ)上，對此方面開展進一步的深入研究，在真正意義上解決堤壩滲漏等有關(guān)問題。