基于混凝土大坝的水下加固措施

2012-08-15黄后银

黑龙江水利科技 2012年10期

黄后银

(云南农业大学，昆明650201)

在水工建筑物的使用中，与其他工程结构物一样，混凝土大坝也存在失事的可能性，如果不能及时排除各种安全隐患，将严重影响到水利工程设施的功能，甚至可能造成重大的安全事故。在混凝土大坝的长期使用过程中，水利设施管理部门必须定期对其安全性能进行检测，并且及时进行除险加固和防渗处理，切实做到防患于未然，保障混凝土大坝的安全运行。混凝土大坝的除险加固中，很多作业项目需要在水下进行，客观增加了其技术难度，所以，在积极总结和运用各种施工工艺、技术经验的基础上，必须加强对于水下加固措施的研究，从而全面提高混凝土大坝除险加固施工的效率与质量。

1 混凝土大坝病害的产生原因

目前，在国内已经建成的水利工程中，土石坝约占90%以上，混凝土大坝相对较少。与土石坝相比，混凝土大坝在施工工艺、技术、材料等方面都具有明显的优势，但受各种因素的影响，国内现有的混凝土大坝在使用中也暴露了一系列的质量问题，如果不能及时对其病害的产生原因进行系统的分析，必将严重影响到混凝土大坝的实际运行效果。

1.1 结构不安全

即混凝土大坝的结构强度、抗滑稳定性等不符合相关规范与要求，造成此类病害的主要原因分为以下3种:①混凝土大坝的坝体断面不足，坝坡较为陡峭;②护坡的施工质量不符合标准，出现裂缝、渗漏等质量问题时未能及时进行维修，导致局部护坡严重破损;③混凝土大坝施工过程中，由于坝基清基不彻底，而导致其安全系数明显降低，使用寿命也有所下降。

1.2 渗流不安全

即混凝土大坝的坝体、坝基等处存在不同的渗漏问题，并出现溶滤破坏的现象，造成此类病害的主要原因有以下2种:①在混凝土大坝施工时，清基、坝基的防渗处理不彻底;②混凝土大坝的施工质量不达标，渗透系数低于设计标准，出现局部裂缝的现象。

2 混凝土大坝的水下加固措施

随着水利工程的长时间运行，混凝土大坝会出现老化、自然侵蚀或人为破坏等现象，将严重影响到其安全运行，所以，应定期对混凝土大坝的安全运行状况进行排查，对于发现的安全隐患应及时进行处理。在混凝土大坝的除险加固中，水下加固施工所占的比例较大，必须采取相应的工艺与技术措施，否则难以保证施工的效率与质量。目前，国内在混凝土大坝水下加固方面已经积累了较多的技术经验，本文选取其中3种常见的施工技术措施进行介绍。

2.1 灌浆治漏与加固技术

在混凝土大坝的水下加固中，对于裂缝的修补是主要的施工项目之一，在保证其安全、可靠的基础上，应加强对于施工条件与技术措施可行性的研究，力求施工作业的简单、合理、经济。目前，国内在混凝土大坝水下加固中，应用的灌浆治漏与加固技术主要有以下3种:

1)表面处理法。主要适用于对于安全影响较小的表面裂缝或深层裂缝，以及对于结构承载力影响不大的裂缝。由于混凝土大坝的局部处于水中，所以，在进行裂缝的表面处理时，要在水泥砂浆、环氧胶泥、油漆、沥青等防腐材料中添加防水剂，在施工作业中要保证材料的涂抹全面、细致，进而达到封闭裂缝与防水的作用。同时，在进行混凝土大坝裂缝的表面处理时，在裂缝表面还可以采取黏贴玻璃纤维布的方式，以防止其在各种因素的影响下继续开裂。

2)裂缝修复法。对于混凝土大坝已经出现的裂缝，要根据水下结构裂缝的分布情况、长度、开度与走向等进行实时检测和观测。在混凝土大坝裂缝部位设置相应的标准，在裂缝的开口部位覆盖塑料布，防止因水流侵蚀而造成裂缝现象的加剧。在混凝土裂缝的水下加固中，裂缝修复法只是一种临时性的处理措施，后期仍需对于裂缝进行专门的处理，以保障大坝的安全。

3)灌浆法。主要适用于对于结构整体安全造成影响较大的水下裂缝，经过必要的修补处理后，大坝的结构使用功能与安全性能将大幅提升。在混凝土大坝的水下加固中，灌浆法分为:水泥灌浆、化学灌浆两类，其中水泥灌浆适用于宽度在1 mm以上的裂缝，而化学灌浆则适用于较窄的裂缝。但是在国内的工程实践中发现，两种灌浆法适用于较为稳定裂缝的水下加固处理，而对于水下活缝、伸缩缝的处理效果则不是十分理想。

2.2 大坝加高技术

在混凝土大坝的水下加固中，大坝加高技术的应用较为广泛，其常见的方法主要有以下2种:①在原坝的顶部浇筑混凝土，并且在扩大大坝上游面、下游面的断面;②使用竖向预应力锚索将原坝体、坝基与上部新浇混凝土锚固成为整体。以下介绍上述两种方法在混凝土大坝水下加固工程中的应用实例。

2.2.1 扩大断面加高混凝土大坝

丹江口水利枢纽大坝是南水北调中线的主要水源工程，由于大坝常年受到气温变化的影响，以及受到水流的侵蚀作用，坝体局部结构的安全性受到严重的影响，根据现场勘测结果，工程技术人员决定采取扩大断面加高混凝土大坝的措施。即将加高键槽中的混凝土碳化层完全凿除，凿除深度为2～3 cm。对于未预留加高键槽的部位则采取人工切割补设键槽的方式，补设键槽的长度为40～65 cm，宽度为30 cm。在新老混凝土的结合面布置锚杆，以增加其连接部位的黏接强度和与整体受力性能。

2.2.2 预应力锚索加高混凝土大坝

在需要加高混凝土坝的上游布置竖向预应力锚索，在提高大坝的抗滑、稳定性能及抗弯能力的同时，可以在不降低水库运行水位的条件下开展相关施工作业，从而提高水下加固措施的经济性和安全性。我国的丰满水电站在混凝土大坝的水下加固中采用了预应力锚索加固方法，不但解决了混凝土大坝坝基稳定性不足的问题，而且加高坝顶1.2 m，提高了设计的防洪标准。

2.3 高压喷浆技术

在混凝土大坝的水下加固中，高压喷浆技术作为一项新技术得到了广泛的应用。与传统的水下加固措施相比，应用高压喷浆技术具有造价低、施工方便、开挖量小、占地少等特点，对于邻近的水工建筑影响也相对较小。在高压喷浆技术的应用中，需要注意以下3种事项:①钻孔，由于是在水下作业，为了保证钻孔的效果，一般是采用泥浆固壁回转钻孔的方式。钻孔过程中应注意做好充填堵漏的准备，以保证孔内的泥浆正常循环及返出孔外;②墙体位置的确定，根据混凝土大坝的水下结构，合理确定防水墙的位置，防止施工作业中出现局部渗水的现象;③喷墙管理，在混凝土大坝的水下加固中，应用高压喷浆技术要严格控制掘进速度、灌浆压力、提升速度与送气量等，灌浆阶段严防出现浆液离析、断浆等现象，以保证水下施工作业的连贯性。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

本文选取云腾渡水电站拦河坝的水下加固为例，该坝原为支墩面板坝，坝高为6 m，坝长为108 m，坝底宽度为6.55 m。据当地水利设施管理技术人员介绍，由于受到施工条件的限制，该坝在坝基处理中存在清基不彻底的问题，部分坝基现已被淘空。坝基淘空总计长度为91 m，高度为1.5～6 m，回填混凝土的工程量约为1 500 m3。在1993～2002年期间，已经多次对于拦河坝进行检查与加固处理，但是由于受到施工工艺、技术问题的限制，未能彻底消除混凝土大坝的安全隐患。2008年，决定对该坝进行大规模的水下加固处理，本文对其水下加固技术方案的选择进行介绍:

3.2 水下加固技术方案的选择

3.2.1 方案一:土石围堰的施工技术方案

利用混凝土大坝的整体结构作为上游围堰，在大坝的下游填筑土石围堰，而加固则采用常态的混凝土施工技术方案。本施工技术方案的优点为:尽量创造了干地施工的条件，清基与加固处理更为彻底;缺点为:围堰施工技术方案的投资较大，工期长，施工工艺与技术难度大，容易导致大坝出现倾覆的现象，存在较大的施工安全风险。

3.2.2 方案二:水下混凝土填充加固的施工技术方案

结合广西麻石电厂、岩滩电厂等处的水下混凝土施工技术经验，获取了相应的技术资料和参考数据。工程技术人员经过研究发现，水下混凝土填充加固施工技术方案主要具有投资少、工期短、受坝顶少量过水的影响较小，施工作业安全系数高，以及施工质量较为理想的优点。

经过对于两种施工技术方案的比较，工程技术部门决定采取水下混凝土填充加固的施工技术方案，结合该坝所处的实际环境，以及各种施工条件和技术因素的限制，技术人员建议在施工中采取以砂包固模、铁笼装石固模等替代原设计方案中抛石固模的方式，在混凝土浇筑作业完成后，对于大坝的基础和主体结构进行固结灌浆处理，以保证水下加固处理的实际效果达到相关标准。