王 歡

砌石重力壩具有建筑材料來(lái)源豐富、造價(jià)低廉、壩頂可溢流、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)展中國(guó)家發(fā)展迅速。我國(guó)重力壩建設(shè)歷經(jīng)多年實(shí)施，其建設(shè)規(guī)模和數(shù)量不斷攀升。砌石重力壩的防滲設(shè)施布置主要有3種形式：第一種是在大壩上游面設(shè)置混凝土或鋼筋混凝土防滲面板，第二種是在壩體上游側(cè)設(shè)置混凝土防滲心墻，第三種是使壩體本身防滲。砌石重力壩大多采用在大壩上游面設(shè)置防滲面板的形式，如河北省的朱莊水庫(kù)、河南省的寶泉水庫(kù)和青田河水庫(kù)、云南省的于東水庫(kù)、浙江省的交口水庫(kù)等，均采用了第一種防滲布置形式。

我國(guó)改革開(kāi)放前已建成的漿砌石重力壩，多數(shù)漿砌石重力壩已運(yùn)行40多年，壩體已逐漸顯現(xiàn)出各種缺陷和危險(xiǎn)，特別是滲漏問(wèn)題更加嚴(yán)重。正是由于我國(guó)水庫(kù)大壩建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)并不豐富，在混凝土防滲漏施工技術(shù)方面的知識(shí)和技術(shù)并不健全，特別對(duì)于沿海地區(qū)的大壩，混凝土防滲面板的作用就顯得更為重要，這是由于沿海地區(qū)空氣中存在大量腐蝕性物質(zhì)，這些腐蝕性物質(zhì)會(huì)加速水庫(kù)大壩的銹蝕，進(jìn)而降低水庫(kù)大壩的使用壽命。因此混凝土防滲面板保護(hù)作用的好壞直接決定了水庫(kù)大壩使用年限。過(guò)去材料性能和技術(shù)水平有限，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，許多漿砌石重力壩上游面板逐漸產(chǎn)生大量裂縫，進(jìn)而出現(xiàn)不同程度的壩體滲漏，這些病害和缺陷危及大壩本身和下游居民。所以，研究和采用新技術(shù)對(duì)漿砌石重力壩上游防滲面板進(jìn)行改造和加固是必然趨勢(shì)。

1.防滲面板改造加固工藝介紹

漿砌石重力壩防滲加固措施主要包括改建面板或修復(fù)原有鋼筋混凝土面板，其中改建面板措施需要在原有面板外側(cè)上游增設(shè)鋼筋混凝土面板，或在拆除原有上游面板后改建新的防滲面板。在原有上游面板的外側(cè)增加鋼筋混凝土面板，可以保留原有面板，也保留了原有面板的部分防滲性能，可以增強(qiáng)大壩的防滲能力，不會(huì)損壞砌石壩體，施工難度較小。因此，通常采取增加上游防滲面板的措施來(lái)加固砌石大壩，目前對(duì)大壩防滲面板進(jìn)行改造加固主要從以下幾個(gè)方面考慮。

1.1 重建面板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

確保避免新面板與舊面板脫離，并保證面板結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定，是發(fā)揮面板防滲作用的前提。通?？刹扇?種方法為面板提供足夠的垂直保持力和水平拉力。第一種是在新舊面板之間設(shè)置錨固化學(xué)鍵合鋼筋，利用鋼筋的剪切和拉伸強(qiáng)度提供向上的垂直保持力和水平錨固力。第二種是在新舊混凝土面板界面涂刷無(wú)機(jī)界面膠，利用界面粘結(jié)為改造后的面板提供垂直握持力和粘結(jié)力。第三種是將改造后的面板底部定位在基巖或混凝土板上，這樣可以提供反向的垂直支撐力。

1.2 重建面板施工縫的止水

上游防滲面板施工縫和分縫處是防滲最薄弱的部位，面板施工縫和密封失效通常是壩體滲透破壞的主要原因。因此，改造面板的垂直施工縫應(yīng)通過(guò)原壩體的垂直施工縫進(jìn)行切割，水平施工縫可根據(jù)需要設(shè)置，施工縫處應(yīng)采用可靠的密封結(jié)構(gòu)，可考慮修復(fù)和加強(qiáng)原面板的密封結(jié)構(gòu)，或在改造面板中改造密封系統(tǒng)。

1.3 重建面板的防裂性

漿砌石壩上游面積一般較大，壩體的變形和溫度變化將直接影響改建面板的應(yīng)力和應(yīng)變，這將導(dǎo)致面板內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸膨脹，很可能造成改建面板的開(kāi)裂破壞。因此為了解決這類(lèi)問(wèn)題，需要適當(dāng)設(shè)置施工縫，改善材料性能，提高面板強(qiáng)度，以滿足抗裂要求。而且面板表層應(yīng)使用抗裂鋼筋適當(dāng)固定，以抵抗因外界溫度頻繁變化而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

1.4 改造面板的防凍防腐性

在大壩運(yùn)行期間，防滲面板底部長(zhǎng)期承受較高的水頭，而且由于冬季凍融循環(huán)，會(huì)對(duì)使用耐久性產(chǎn)生不利影響，因此面板混凝土應(yīng)具有足夠的防滲、防凍和防腐性能，這需要根據(jù)大壩的環(huán)境類(lèi)別選擇合適的加固混凝土，控制混凝土的最大氯化物含量，提高混凝土密實(shí)度，必要時(shí)適當(dāng)添加添加劑，或使用特殊的表面保護(hù)涂層等。

2.防滲面板改造加固技術(shù)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

以某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程為例，其大壩庫(kù)容為3560×104m3，壩頂高程115.2m，寬8.0m，壩頂長(zhǎng)257m，其中溢流壩段長(zhǎng)81m，溢流壩由5個(gè)閘室組成，每個(gè)閘室寬12m。工程等別為Ⅲ等，因工程壩高超過(guò)70m，大壩級(jí)別可提高一級(jí)，由3級(jí)提高到2級(jí)，洪水標(biāo)準(zhǔn)不提高。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，漿砌石重力壩上游混凝土面板出現(xiàn)了開(kāi)裂、露筋、蜂窩、孔洞、脫鈣等諸多缺陷，壩體廊道產(chǎn)生了許多明顯的裂縫和滲漏，面板混凝土防滲等級(jí)不滿足安全要求，防滲系統(tǒng)存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，因此必須對(duì)漿砌石重力壩進(jìn)行改造和加固。

2.2 混凝土參數(shù)確立

為解決大壩滲漏問(wèn)題，大壩的主要防滲加固措施是在原有防滲面板上改造防滲面板，改造后的面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土防滲面板施工中最核心的環(huán)節(jié)就是選擇合適的水泥原料，通常情況下應(yīng)選擇標(biāo)號(hào)大于425#的水泥材料，目的是強(qiáng)化防滲面板施工性能。水庫(kù)大壩混凝土防滲面板施工項(xiàng)目中，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用了425#水泥。由于防滲面板施工容易受到水灰比波動(dòng)的影響，一般情況下水灰比應(yīng)控制在0.5±0.05。

2.3 面板與原壩面粘結(jié)工藝

為保證改造后的防滲板穩(wěn)定性和安全性，加固均采用底部承重和新舊板組合兩種方法，新舊板組合方法包括粘結(jié)鋼筋錨固技術(shù)和界面粘結(jié)技術(shù)。

2.3.1 化學(xué)植筋錨固技術(shù)

上游漿砌石重力壩，鋼筋混凝土面板厚1.0～1.46m。為保證新老混凝土面板的結(jié)合，界面處采用植筋錨固技術(shù)，錨桿排距均為1.5m，錨桿內(nèi)側(cè)水平傾斜5度波紋管，錨固深度50cm，錨固抗拉強(qiáng)度大于100kN。

2.3.2 界面粘結(jié)技術(shù)

為保證新老混凝土防滲面板無(wú)縫粘結(jié)，結(jié)合化學(xué)植筋措施，鋼筋還采取在新舊混凝土結(jié)構(gòu)界面涂刷無(wú)機(jī)界面膠的措施。通過(guò)鑿毛清理界面，均勻刷一層無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠，然后澆筑改造后的防滲面板混凝土。無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠的技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1，其抗拉強(qiáng)度高于普通混凝土。

表1 無(wú)機(jī)界面黏合膠規(guī)格

2.4 面板施工縫和防水密封

2.4.1 面板接縫處的防水密封

為了確保改造后防滲面板的垂直穩(wěn)定性，面板底部位于基巖上，面板水平分隔是施工冷接縫，接縫中沒(méi)有間隙，面板中的垂直鋼筋穿過(guò)水平施工縫，這意味著垂直鋼筋不會(huì)在接縫處切斷。面板的水平施工縫分別位于標(biāo)高180.9m、190.0m和202.6m處。上游新建鋼筋混凝土防滲面板的豎向隔條切穿原壩體的豎向隔條，相鄰隔條之間的距離在11.5～14.75m范圍內(nèi)，新建防滲面板的豎向隔條寬度為1.5cm，隔條內(nèi)安裝有銅止水帶，止水帶厚度為1mm，隔條間隙內(nèi)填充高壓聚乙烯閉孔泡沫。

2.4.2 新老混凝土結(jié)構(gòu)部分之間接縫的密封

SR塑性填料設(shè)置在新面板與溢洪道橋墩或上游進(jìn)水口原有凸出混凝土結(jié)構(gòu)的連接處。密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 接縫處的SR密封結(jié)構(gòu)圖

SR塑性填料的性能如表2所示。SR內(nèi)部填料是SR塑性填料的配套粘合劑。SR外層填料為三元乙丙橡膠增強(qiáng)防滲蓋板，縱橫向抗拉強(qiáng)度大于4.0MPa，延伸率大于350%。

表2 SR密封塑性填料性能表

改造后的防滲面板豎向施工縫貫穿原壩體豎向施工縫，相鄰施工縫間距滿足混凝土變形要求，有利于面板抗裂。改造后的面板表層分布有雙向鋼筋，溢流段防滲面板的典型配筋如圖2所示。

圖2 防滲面板的典型配筋圖

為了提高防滲面板的抗裂性能，在改造后的防滲面板混凝土中摻入適量的單絲聚丙烯纖維，單絲聚丙烯纖維的直徑在13～20μm之間，長(zhǎng)度不小于20mm，密度不小于1.1g/cm3，抗拉強(qiáng)度不小于700N/mm2，彈性模量不小于15000N/mm2。在改造后的防滲面板中摻入聚丙烯纖維可以提高面板結(jié)構(gòu)的延性，防止新裂縫的擴(kuò)展，還可以減少溫度裂縫和長(zhǎng)期收縮裂縫，顯著提高防滲面板結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

2.5 面板防滲、防凍和防腐工藝

改造后的面板必須承受60m以上的水頭高度，要求混凝土抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W6以上。水庫(kù)最冷月份為冬季1月，平均氣溫在4.6～5.3℃范圍內(nèi)，因此水庫(kù)屬于溫和氣候區(qū)，考慮耐久性要求，要求混凝土抗凍等級(jí)達(dá)到F100(凍融100次循環(huán))。通過(guò)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的分析和判別，確定水庫(kù)水具有弱或中等的碳酸氫鹽腐蝕性，在鋼筋施工過(guò)程中采用普通粉煤灰硅酸鹽水泥來(lái)提高混凝土的防腐能力。通過(guò)試驗(yàn)確定了水泥的品種和用量、混凝土的外加劑和添加劑、水灰比和含氣量。

3.面板改造及加固效果

大壩上游防滲面板改造工程完成后，對(duì)改造后的防滲面板質(zhì)量進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，檢測(cè)采用鉆孔取樣，取樣項(xiàng)目包括防滲面板混凝土抗壓強(qiáng)度和防滲等級(jí)，混凝土抗壓強(qiáng)度取樣10組，每組3次，防滲等級(jí)取樣6組。10組抗壓強(qiáng)度取樣試驗(yàn)值均高于C25混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值16.7MPa，6組防滲等級(jí)試驗(yàn)值也均高于設(shè)計(jì)要求，滿足改建防滲設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求。防滲面板改造加固后，漿砌石重力壩通過(guò)了質(zhì)量檢測(cè)和蓄水調(diào)試，防滲面板質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，滲漏問(wèn)題得到解決，外觀得到更新，達(dá)到了加固工程的預(yù)期效果。

4.結(jié)語(yǔ)

多年來(lái)，我國(guó)的砌石重力壩建設(shè)規(guī)模和數(shù)量不斷攀升，也為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和滿足人民生活需求發(fā)揮了重要作用，許多大壩經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)行，都產(chǎn)生了不同程度的滲漏問(wèn)題，上游防滲改造是砌石重力壩加固的常用方法，面板改造和加固是解決其自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工縫和密封、抗裂、防滲、防凍和防腐等問(wèn)題的關(guān)鍵方法，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、防滲可靠性和耐久性，從過(guò)去完成的許多砌石重力壩加固工程中，探索了一些防滲面板改造新技術(shù)的應(yīng)用，積累了一些相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，希望能為今后類(lèi)似工程的防滲改造和加固提供參考。