砌石坝自身防渗技术

缪见武

（福建省宁德市水利局，福建 宁德，352100）

0 前言

砌石坝为当地材料坝，其施工技术简便，半机械化程度较高，省工省料，易于度汛，安全可靠，且可以充分发挥当地材料特性，因适应山区经济发展需要而得到广泛应用。宁德市地处福建省东北部，俗称闽东地区，大地构造位于华南褶皱带，由燕山运动后奠定基本骨架，境内山峦起伏，丘陵延绵，溪流密布，河床陡峻，水资源丰富，多年平均径流总量达149.16亿m3，占全省水资源的12.8%，水能资源可开发量有287.65万kW，被誉为福建省水电富矿。目前，全市已开发建成水电站694座，总装机容量211.63万kW。由于区内地形、地质及地理条件较适合于兴建砌石坝，加之具有丰富的条、块石资源，使得砌石坝在闽东地区得以迅速发展，已建大坝中66%为砌石坝。截至2011年底，据大坝登记注册统计，闽东地区已建成砌石坝303座，其中坝高15 m以下有89座，15～30 m的有148座，30 m以上的有66座，这些坝除早期施工的少部分坝体加设防渗结构外，绝大部分采用坝体自防渗体系，解决了大坝渗漏问题。成熟的自防渗体系技术措施，保障了大坝安全，推动了砌石坝技术的发展。1996年建成的桑园水库砌石双曲拱坝，最大坝高84.2 m，获得了水利部优质工程奖，其良好的自防渗效果标志着自防渗体系的技术措施在闽东地区砌石坝应用中日臻成熟。

1 砌石坝防渗体系的形式及结构

闽东地区砌石坝坝身防渗体系的结构形式大体可分为两类：

一是坝身加设专门防渗结构，其结构形式主要有：①坝体内部专门设防渗心墙，如屏南县梅溪水库浆砌石拱坝（最大坝高32 m），下路林水库砌石拱坝（最大坝高40 m），均采用坝内一定高程以下加设混凝土心墙防渗，心墙厚度在0.4～0.6 m；②在砌石坝上游面加设防渗面板，如闽东电站水库双曲砌石拱坝（最大坝高52.5 m），上游面采用C15钢筋混凝土面板防渗；③在坝体上游部分采用加强防渗，如曾获国家优质工程银质奖的福鼎市南溪水库浆砌石双曲拱坝（最大坝高67.3 m），其防渗体采用在133.25 m高程以下坝体上游面设4 m厚C10混凝土砌条石加强防渗。也有个别工程采用上游缝面喷涂沥青柏油加水泥加强防渗。

二是坝体不设防渗结构，依靠自身防渗，如福鼎市桑园水库大坝（最大坝高84.2 m）和宁德市桥头水库大坝（最大坝高53 m）均以浆砌条石0.6～1.0 m坝壳加水泥砂浆深勾缝，坝体采用C10、C15细石混凝土砌毛块石填筑，依靠坝身砌体密实度形成自身防渗体系。

2 自身防渗体系

砌石坝是以砂浆或细石混凝土为胶凝材料砌筑条、块石建造，其造成坝体渗漏的主要原因有：①坝体砌筑质量差，砌体不密实形成渗漏通道；②砌体施工缝处理不当，砌体层间及拱圈分段新旧胶结缝面形成渗漏通道；③裂缝形成渗漏通道。为此，砌石坝主要从设计、施工、材料应用等方面采取相应的技术措施，以达到自身防渗。

2.1 提高砌体密实性

2.1.1 推广“毛块石梯缝立砌”工艺提高坝身砌体密实性

“毛块石梯缝立砌”是采用竖向摆放填筑坝体毛块石，分层下料，分层振捣细石混凝土砌筑技术。其施工程序是：先铺8～10 cm厚砂浆，竖向摆放毛块石70～80 cm高，块石间缝宽控制在6 cm左右，分层填筑细石混凝土于缝间，边振捣密实边填塞片石。“毛块石梯缝立砌”工艺使传统的砌石分层厚从0.4～0.5 m增加到1.0 m左右，使坝体可填筑较大块石，较传统平放毛块石砌筑方法增大了砌体块石含量，提高了密实度，也减少了水平分层数。

2.1.2 采用“双掺技术”改善混凝土质量，提高砌体密实性

在闽东地区，砌石坝施工普遍应用“双掺技术”改善混凝土性能，对提高混凝土密实度起到了很大作用。一般粉煤灰掺量达水泥用量的20%～30%，减水剂掺量为水泥用量的0.1%～0.2%。粉煤灰和减水剂的掺用减少了混凝土的水化热和干缩率，改善了混凝土的和易性，调节凝结时间，节省水泥用量4%～6%，使细石混凝土便于施工振捣密实，提高了坝体抗渗性能。

2.1.3 提高砌体含石率

闽东地区山谷狭窄、两岸陡峻，便于布设简易缆索，大量的大块石可直接从附近料场起吊进仓（最大可重达1 t），配合“毛块石梯缝立砌”工艺的施工技术，充分利用了块石本身密实性较大的优点，减少了混凝土用量，整体上减少了水平层间胶结缝，大大提高了砌体含石率，有利于坝体整体密实度提高，从而提高了砌体自身抗渗性能。

采用以上技术措施后，砌石坝密实度得到了较大提高，从砌石坝挖坑试验分析，坝身砌体干密度可达2.38～2.4 t/m3，砌体含石率达51%左右，孔隙率为1.3%左右，同时经过钻孔压水试验，透水率q＜3 Lu，表明砌体密实性良好。

2.2 注重施工层缝处理

砌石坝施工除采用“毛块石梯缝立砌”工艺减少坝体渗漏较薄弱的水平层缝整体数量外，还注重施工层缝处理，提高坝体自身抗渗性能。

（1）顺水流方向的横缝是砌石坝渗漏的主要通道之一，采用上、下游坝块分区分块施工，各区块交错，即上、下游分块施工后，使横缝错开（一般错开3.0 m）或形成齿缝，以增长施工块横缝的长度，避免上下游横缝贯通，增长了横缝渗径。

（2）缝面处理采用高压冲洗、打毛、撬挖等技术措施，清除缝面混凝土浮渣、乳皮及施工垃圾。一般情况下打毛、撬挖后，混凝土面尽可能剥去水泥乳皮露出粗骨料，使施工缝面保持凹凸，让砌体块石部分露出，形成与上层砌体呈犬牙交错状，以增加新旧缝面相互胶结咬合作用，增进新旧缝面良好胶结，提高横缝、纵缝、水平缝胶结面的抗渗性能。

（3）采用UEA膨胀混凝土回填封缝。

坝体高温季节分缝施工后，宽缝回填混凝土封缝采用微膨胀混凝土回填，利用膨胀混凝土补偿收缩特性，抵消混凝土及砌石体引起的部分或全部收缩，辅以接缝灌浆，提高宽缝回填混凝土以及混凝土与砌体缝面防裂抗渗性能。

2.3 优化设计与提升施工技术

2.3.1 优化拱坝体形和结构设计

砌石坝体形优化主要通过计算机辅助设计实现，根据坝体应力控制进行优化体形设计，如多年来砌石拱坝应用计算机优化程序优化体形，使拱坝向扁平化、薄拱化、变截面方向发展，采用对数螺旋线形、综合二次曲线、三心变厚、抛物线等使坝体应力得到合理分布，避免拉应力过大出现裂缝渗水。在结构上，采用条石浆砌坝壳厚50～100 cm，丁顺浆砌，M10水泥砂浆深勾缝形成第一道抗渗屏障，坝体填筑细石混凝土浆砌块石形成坝身防渗体，即强调坝壳砌石的防渗屏障作用，更强调坝体自密实度的抗渗作用。

2.3.2 优化坝体材料使用

坝体采用不同等级的胶凝材料填筑，一方面满足不同部位强度及抗渗要求，适应坝体不同部位的应力状况，另一方面可充分发挥胶凝材料的性能，减少水泥用量，降低水化热，减少坝体裂缝，提高抗渗能力。如福鼎桑园水库砌石拱坝在240 m高程以下采用C15细石混凝土砌筑坝体，在240 m高程以上采用C10细石混凝土砌筑坝体，充分利用不同等级胶凝材料的抗拉应力特性，有效减少砌筑水泥用量，降低水化热，减少坝体裂缝出现。

2.3.3 提升施工技术

主要是采用基础开挖平顺，基础软弱层清除置换混凝土，高温季节分缝施工，低温回填微膨胀混凝土封缝，坝体砌筑平衡上升，低温接缝灌浆等技术措施，以减少应力和温度变化引起坝体裂缝，防止裂缝引起坝体渗漏，提高坝体抗裂性能，达到较好的坝体自身防渗能力。

3 结语

闽东地区砌石坝自身防渗技术措施主要立足于“防”，从材料应用、施工工艺、质量控制和结构设计优化等方面，提高坝体自身砌石密实度，减少层缝数量和坝体裂缝，达到了较好的自身防渗性能。