针对面板堆石坝挤压边墙反向渗水采取的处理措施

曹 小 龙， 谢 攀， 何 亚 刚， 马 晓 宁

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

开茂水库库区枢纽工程位于北川新县城与安昌镇交界区，主要是以生活、生产供水、灌溉供水为主，总库容2 453万m3，是一座以城镇供水和灌溉为主，兼顾农村人畜供水等综合利用的中型水利工程。

主坝采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程612 m，河床堆石区最低建基面高程556 m，最大坝高56 m，坝顶宽度为6 m，坝轴线长约357.35 m，坝顶设防浪墙。大坝自上游至下游分区依次为坝体盖重区、上游黏土铺盖区、混凝土面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、下游堆石区。混凝土面板下游侧垫层区和过渡区水平宽度分别为3 m、4 m，在主坝上游设置了1B盖重区及1A铺盖区以增加坝体防渗及抗滑稳定，填筑体的顶部高程为582 m，顶部宽度为3 m，坡比分别为1∶2.5，1∶1.8，分别选用黏土料及砂砾料(图1)。

2 挤压边墙施工技术

图1 主坝填筑典型剖面图

在上一层垫层料填筑碾压完成、摊铺下一层垫层料之前，测量定位放线，利用BJY-40挤压边墙机挤压出一条高40 cm的低强度、低弹性模量、半透水的C5混凝土墙，施工过程中添加速凝剂以减少凝结时间，待其达到一定强度后在下游侧按设计要求铺填垫层料。梯形挤压边墙紧贴混凝土面板坡比(1∶1.4)与面板保持一致，辅助垫层料施工与坝体同步上升。挤压边墙的施工情况见图2。

与传统的施工工序相比较，挤压边墙施工技术提高了上游坡面垫层料的密实度，进一步提高了垫层料的碾压质量，避免了雨水冲刷坡面，为安全度汛提供了保证。同时，其替代了上游坡面垫层料的超填、削坡、斜坡碾压、坡面防护施工方法，简化了施工工序，节省了资源，节约了投资，加快了坝体填筑施工进度，且挤压边墙强度低、弹性模量小，具有一定的透水性，能更好地适应坝前垫层区的变形，有效防止坝面脱空。

图2 挤压边墙施工照片

3 反向渗水产生的机理

开茂水库主坝整个坝基段地势为上游低、下游高，坝体填筑后其下游平面高程为573 m，上游基坑、趾板最顶处的高程为557.5 m，坝体前后高差达15.5 m。2016年汛期开茂水库借助挤压边墙采用放空洞过流、坝体挡水的方式进行主坝安全度汛，汛期过后坝前基坑的积水达到575 m高程。坝体575 m高程以下的填料几乎达到饱和状态，基坑积水抽排打破了坝体内外水位差的平衡，随着上游水位的不断下降，坝体内外的水位差越来越大，内部积水向坝前反渗，在坝前形成反向渗流，而由于边墙强度低、透水性不大，反向渗水的作用使挤压边墙产生裂缝和鼓包变形。

4 渗水造成的危害及影响

(1)随着坝前基坑水位不断下降，坝体内部的水位与坝前水位相差越来越大，反向水流、水压力越来越大，而挤压边墙强度低，透水性不大，渗水对其的压力影响越来越凸显出来，在水位下降至坝面561 m高程后挤压边墙上部局部出现裂缝、鼓包、局部变形并发现10处渗水点。

(2)大量反向渗水造成的反向水压力增加到一定程度后，导致挤压边墙大面积破坏，进而影响到垫层料的填筑质量与坝体的安全稳定；再者，反向水流会带走坝体中的细颗粒砂石填料而造成垫层料的渗透破坏，进一步破坏垫层料的颗粒级配，使垫层料失去了其控制渗流的功能，进一步导致上游坝坡发生渗透破坏，面板、挤压边墙出现脱空现象。

(3)坝体内部的积水不断渗出，导致混凝土面板的施工无法正常进行，进而影响到基础面的处理、止水安装、混凝土浇筑质量，仓面出现积水使混凝土塌落度发生变化，带走了水泥浆，使砂石骨料分离，导致混凝土出现孔洞、蜂窝，大大影响了混凝土抗压、抗渗质量。

(4)在上游黏土铺盖及盖重未填筑之前，反向水压力还有可能抬动挤压边墙、面板或破坏止水。一旦面板出现贯穿性的裂缝，将会形成一个渗水通道，库区内的水将直接渗入到坝体内，进而破坏整个坝体的结构，甚至威胁到大坝的安全运行。

5 针对挤压边墙渗水采取的处理措施

挤压边墙出现反向渗水、裂缝、鼓包破坏时，必须暂停、降低上游基坑积水的抽水速度(0.4～0.6 m/d)，减少坝体内部水位与坝前基坑水位差的变化速度以降低反向渗水压力。在抽水工作结束后，为防止挤压边墙裂缝再发育，在坡面渗水较大处的底部靠近趾板位置开挖6个50 cm深的集水井，由专人安排抽水，将渗水抽排到坝外。待渗水量减小、水位下降后开始修复渗水量比较小的边墙裂缝、鼓包，然后处理渗水量较大的部位，埋设碎石盲沟，导流坝体内的渗水，设置排水孔，修复边墙。

5.1 挤压边墙的修复

对裂缝上下部位变形的、受冲刷破坏的挤压边墙采用风镐凿除，并采用凿孔或钻孔方式检查垫层料、挤压边墙的脱空现象，同样，对出现脱空部位的挤压边墙进行凿除，然后采用人工夯实垫层料并及时浇筑原挤压边墙料(C5混凝土料)进行修补；无脱空现象时，对检测凿孔进行封堵，封堵采用M10砂浆封堵、抹平。

5.2 渗水处理措施

(1)土工布碎石盲沟的埋设。

为降低坝体内部水位，降低反水压力，防止水流带走细颗粒填料，保证坝体的安全稳定，确保面板的质量安全，设置了纵横碎石盲沟将渗水引排。首先，从10个渗水点开始沿坝面开挖沟槽设置纵向碎石盲沟将渗水引排到趾板周边缝处；其次，在靠近趾板周边缝部位设置横向碎石盲沟将渗水汇集起来集中排除。纵向排水盲沟宽20 cm、深20 cm，由碎石(粒径为20～40 mm)外包裹土工布组成，土工布之间搭接50 cm的长度以保证过滤效果。盲沟顶面浇筑10 cm厚C5混凝土，M5砂浆抹平以保证浇筑密实、表面平整，盲沟的埋设不能影响面板结构。横向碎石排水盲沟埋设在趾板周边缝铜止水下部，宽40 cm、深40 cm，与集水井串通，与纵向盲沟交接连通。同样，集水井采用砂卵石外包裹土工布回填。

(2)排水孔的设置。

坝面预埋排水盲沟后在趾板周边缝集水井对应的位置采用在趾板斜面侧凿孔的方式将渗水排除坝外。为方便后期封堵，钻孔采用向下倾斜孔，孔径为110 mm。凿孔高程必须保证施工不会破坏趾板铜止水且凿孔孔口与集水井相连，确保积水顺利排除。

(3)趾板排水孔的封堵。

面板浇筑完成、上游铺盖填筑时，在趾板反向排水钻孔位置预留3 m左右的操作空间，待钻孔两侧铺盖填筑完成对面板形成压重、坝内水压不会抬动面板后对反向排水孔进行封堵，封堵密实后进行钻孔附近铺盖的填筑。封堵措施为：

①加工直径略小于110 cm、长40 cm的锥形木塞，用沥青热浸、利用SR塑性填料裹住木塞头后打入排水孔以保证孔口不再外溢流水。木塞打入后，保持木塞尾端距离孔口留出50～70 cm，长度由预缩砂浆材料填充。

②用SR塑性填料充填孔口剩余段，在充填之前，先在预缩砂浆及孔壁上抹一层SR填料的底胶，填料要求分层压实，在孔口压实成微凸状。

③采用氯丁橡胶片和30 cm×30 cm×1 cm厚的钢板封口，利用膨胀螺栓固定。

④在排水孔周围的趾板头部浇筑1 m×1 m×0.3 m(长×宽×厚)的C25混凝土盖板以保护钢板封口，对混凝土结合面进行搓毛处理。

6 结 语

在主坝坝面出现反向渗水、导致挤压边墙出现裂缝、变形后采用以上处理措施引排渗水、修复挤压边墙，成功地排除了反向渗水对面板、坝体造成的威胁，排除了对面板混凝土浇筑质量造成的危害，避免了坝体出现渗透破坏，使工程质量得到了保证。