紫金县散滩水库浆砌石坝防渗加固设计方案探讨

紫金县散滩水库浆砌石坝防渗加固设计方案探讨

吕中海1朱远东2孙磊3

广东省水利水电科学研究院510610

摘要：灌浆加固一直是浆砌石坝作为防渗处理的一种主要措施，本文通过多种技术方法比较后最终确定对散滩水库浆砌石坝防渗加固采用灌浆方法，这样一方面可解决大坝渗漏问题，另一方面可通过增加坝体浆砌石容重来提高坝体抗滑稳定安全系数。

关键词：浆砌石坝；防渗；灌浆；抗滑稳定

1、工程概况

散滩水库位于紫金县东北部，是一宗以防洪、发电为主的综合性中型水电站。枢纽主要由拦河大坝、压力钢管，发电厂房、变电站等建筑物组成。大坝坝型为浆砌石重力坝，最大坝高43.8m，坝顶宽4.8m，坝顶长度186.5m，大坝中部布置开敞式溢洪道，宽为30.5m，上设二孔弧形闸门。溢洪道溢洪面曲线采用WES曲线，下游采用鼻坎挑流消能，其余为浆砌石重力坝的挡水段。上游坝坡坡度为1：0.15，下游边坡左、右坝段分别为1：0.75和1：0.8。砌石坝的坝断面构造：靠上游为浆砌毛条石护面厚度1.0m，上、下一致，后为C15砼防渗墙，顶宽1.0m，底宽2.0m，基础面为C10砼垫层，厚1.0m左右，浆砌石砂浆标号为80＃左右。在溢流段，溢流面采用厚1.0m左右的C20钢筋砼。大坝的分缝：浆砌石部分和混凝土部分30～15m不等。大坝设有灌浆廊道及水平检查廊道，引水管道布置在桩号0＋110处。大坝平面布置图如图1：

图1大坝平面布置图

2、大坝存在的问题

根据散滩水库安全鉴定材料的核查意见，大坝目前存在的主要问题：大坝浆砌石材料容重偏低，达不到设计要求，非溢流坝段抗滑稳定安全系数达不到规范要求，溢流坝段基底在校核水位下出现拉应力；大坝廊道内渗水量较大，排水孔堵塞严重，右岸背水坡多处可见射流状渗水，右岸岸坡处理不彻底，存在绕渗现象。

3、渗漏原因分析

散滩水库大坝坝身渗漏偏高，可能为以下原因：

（1）防渗墙混凝土抗渗效果差，不能满足原设计要求，部分墙身被拉裂，存在裂缝；

（2）坝体浆砌石密实度低，砂浆含量少，胶结差，坝身浆砌石存在溶蚀、疏松现象；

（3）大坝的分缝处沥青多年都未进行融化融合，分缝可能张裂，发生漏水；

（4）右岸坝基建坝开挖处理时，未清理到弱风化、微风化岩层即开始建筑坝体，因此发生基底绕坝渗流；

（5）大坝坝体与基岩结合处存在接触渗漏；根据现场查勘情况来看，渗漏量随水位高低而变化。产生渗漏的原因可能有两个：一是施工期垫层砼浇筑不密实；二是不密实的砼长期在高水压作用下产生溶蚀，加大了渗流通道，从而导致渗流量增大。

4、坝体防渗处理方案探讨

坝体防渗加固处理方法主要有两种：一种是继续利用原防渗墙体系，对其进行灌浆加固处理；灌浆根据灌浆部位不同，可以分为对混凝土防渗墙本身施灌或对防渗墙后浆砌石体施灌重新造防渗幕。另外一种是放弃原防渗心墙，在大坝上游面重新贴面，新造防渗面板。

4.1、灌浆处理方法介绍

散滩水库大坝上游面自高程224.25m处有坡比为1：0.15的折坡，防渗墙在此处也随之折坡，形成一定的倾斜度。如果从防渗墙顶部钻灌，则钻孔深度较大，在折坡点处钻孔不易打斜，不能保证能钻至防渗墙底部，有一定的施工难度。另外，由于墙体薄，布置灌浆钻孔的间距需要很小，所需钻孔数目多，工程量大。因此，可考虑利用防渗心墙后一定范围内的浆砌石体进行水泥灌浆的方法来提高大坝整体的防渗能力。

灌浆重造防渗幕方法如下：在坝顶混凝土防渗墙后的浆砌石区充填水泥（砂）浆，在有渗流缺陷的部位和吃浆量大的大孔隙区域先充填水泥砂浆。从坝顶及溢流面顶部开灌，共布孔2排，排距0.8m，孔距1.5m，孔径φ75mm，呈交错布置。第一排防渗幕孔为下游封闭孔，灌浆孔距下游面0.6m；第二排上游排孔距坝轴线2.2m，为主要造幕孔，钻孔时尽量避免破坏心墙后的排水系统，与之错开。各排孔均分三序进行，两排孔在各廊道上部2m处中断并转至廊道内续灌，为防止坝基接触面发生接触渗漏，坝顶两排孔转至廊道内续灌时应深入基础岩面以下1m位置。坝体充填灌浆采用自上而下循环灌浆法施工，灌浆所用水泥选用425号硅酸盐水泥，浆液水灰比为0.5，每米设计灌入水泥量为500kg/m；灌浆压力初期可能很小，甚至为0，随着浆液的灌入，后期压力可控制为0.3MPa。

4.2、上游面贴面新造防渗面板方法介绍

（1）沥青混凝土贴面处理

按《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》（SLJ01-88）规定，迎水面加贴浇筑式沥青混凝土的层厚可取为10cm。鉴于沥青混凝土极限拉应变为10.9×10-4~12.8×10-4，具有良好的变形适应性，因此，整个迎水面不分缝，模板采用钢筋混凝土预制板，板厚60cm。

水利水电工程应用实例：江西省罗湾水电站大坝上游面防渗处理。该坝为混凝土重力坝，采取的方法是对大坝上游面进行防渗处理，工程施工后，溢流面渗水消失，裂缝闭合。

（2）喷钢纤维混凝土造防渗板

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量钢纤维而成的一种新型复合材料，近年来在国内外得到导速发展。它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能，已在建筑、路桥、水工等工程领域得到应用。

水利水电工程应用实例：浙江省余姚岭水库混凝土坝面多次出现裂缝、下游面局部出现渗水，在混凝土面层采用喷射钢纤维混凝土，厚度5cm，起到了较好防渗效果。

（3）高频振动灌浆造防渗板

高频振动灌浆原理是根据砂浆在高频振动作用下产生液化流动的原理，利用高频振动灌浆装置，将液化后的低水灰比砂浆灌入网架内，填满网层间的空隙，并使其内部气体排出，从面形成致密的钢丝网水泥结构层；再将结构层表面磨光和进行接缝处理，就制成高频振动灌浆防渗板。

水利水电工程应用实例：浙江省开化县茅岗水库（中型）、浙江省诸暨市五泄水库（中型），均为病险水库，采用高频振动灌浆防渗板，经蓄水运行后验收，评定为优良工程。

（4）上游面涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料

水泥基渗透结晶型（CCCW）防水材料是一种刚性防水材料，材料中含有活性的化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。

水利水电工程应用实例：①新疆石门子水库大坝：该坝为碾压式混凝土拱坝，最大坝高110m，是我国最高的一座碾压拱坝；②福建溪柄水电站；③长江三峡二期纵向围堰：以上工程均采用表面裂缝及大面积防渗采用CCCW防水材料，效果不错。

4.3、防渗处理方案比选

鉴于上述两种方法在现有的浆砌石坝的施工中都有实施，具体采用哪种方法需根据实际情况而定，也可同时采用两种方法。本次散滩水库浆砌石坝采用的是灌浆加固处理，施工后效果较好。

参考文献：

[1]《浆砌石坝设计规范》（SL25-2006），中华人民共和国水利部

[2]《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》（SLJ01-88）

[3]《钢纤维混凝土试验方法》（CECS13：89）

[4]《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》（CECS38：92）