碾压混凝土大坝渗漏分析与处理

摘要：本课题透过碾压混凝土大坝漏渗表面现象，通过分析碾压混凝土坝体施工工艺控制中存在的问题和坝体结构特点，找到坝体产生渗漏的源头，并结合坝体接（触）缝、碾压混凝土与防渗层之间的渗水特点，有的放矢的提出了采用水泥灌浆为主的堵漏方式，解决了碾压混凝土坝体渗漏的难题，并节约了工程成本，为碾压混凝土大坝渗漏处理提出了可供借鉴的方案。

Abstract： In this topic， through the leakage surface phenomenon of roller compacted concrete dam， by analyzing the problems existing in the construction process control of the roller compacted concrete dam body and the structure characteristics of the dam body， the source of the dam body leakage is found， and a plugging method based on cement grouting is proposed by combining the seepage characteristics between the dam body contact seam， roller compacted concrete and anti-seepage layer， which solves the problem of roller compacted concrete dam leakage and saves engineering costs. This paper proposes a plan for the leakage treatment of roller compacted concrete dam.

关键词：碾压;混凝土;漏水;接（触）缝;结合缝;灌浆;封堵;根治

Key words： roller compaction;concrete;water leakage;contact seam;joint joint;grouting;plugging;radical cure

中图分类号：TV543                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0127-03

0  引言

碾压混凝土大坝漏水主要表现为坝后表面混凝土渗水、阴湿，其渗漏通道主要是碾压混凝土层间缝，作为碾压混凝土自身仍具有与常态混凝土同等防渗功能。因此，一旦碾压混凝土发生渗漏水现象时，对碾压混凝土大坝的渗漏处理集中表现层间缝的处理上;有些工程在进行渗漏处理时，参照基础防渗帷幕采取在坝顶布置1-2排帷幕灌浆孔，采取小排距、大间距布孔原则，孔间距一般2m左右，排间距0.4-1.0m，并参照帷幕灌浆施工技术要求采取自上而下分段进行灌浆，局部采取全孔一次成孔、自下而上分段灌浆直至孔口。为保证碾压混凝土“坝体帷幕”灌浆施工效果，除采取常规水泥灌浆外，一些工程提出磨细水泥灌浆，甚至有些工程采取环氧树脂、甲基丙烯酸酯、改性聚氨酯等化学材料进行灌浆，试图使“坝体帷幕”灌浆达到预期效果。灌浆过程使用水泥浆灌浆在遇到层间缝有压力渗水时，通常掺水玻璃、速凝剂以及促凝剂以便浆液快速固结，以防止浆液受渗水压力的冲刷造成流失，影响层间缝内浆液充填的密实性和封闭效果;使用化学类浆材時，通过加大固化剂添加量，加速浆液固化效果。有些工程进行帷幕封闭灌浆的同时，发现灌浆效果难以实现坝体渗漏标准，通过在坝后渗水部位采取化学灌浆封闭措施进行弥补，有些工程则利用利用坝体设计的排水孔采用化学灌浆进行封闭堵漏。

1  碾压混凝土施工及处理存在的问题

大量碾压混凝土大坝施工及渗漏处理分析发现，碾压混凝土因自身的特点，存在如下几个方面的问题：

①碾压混凝土摊铺前砂浆超前展开面积过大，覆盖碾压混凝土前砂浆已经初步凝固，在振动碾压时，因激振力作用使得上下两层混凝土间铺设的砂浆胶结力破坏，碾压分层间的砂浆呈疏松状态。因此，碾压混凝土层间的缝隙出现了“透水不透浆”现象，即碾压混凝土层间虽然漏水，但用水泥浆液难以灌入缝隙内，采取帷幕灌浆方式封闭层间缝的灌浆效果差。

②碾压混凝土层间接合缝为平面接触结合，上下两层混凝土结合部不能达到插入式振捣的泛浆混合胶结效果。因此，层间结合缝面粘接不连续而出现“透水不透浆”，层间结合缝部位难以通过灌浆实现封闭。

③为碾压混凝土通仓（几个坝段混凝土合并为一个仓面）浇筑后混凝土内部产生裂缝，坝段之间分缝随着混凝土的上升采取诱导孔预裂、钢板预埋设后拔出、振动挤压切割等方式形成，并在缝内灌砂进行保护。在坝缝预设的止水带失效后，渗水由坝前分缝缝处进入坝段分缝内后再由与之相通的层间缝渗漏。即使坝前防渗混凝土（变态混凝土、富浆机拌混凝土、常态混凝土，以下简称防渗混凝土）防渗止水完好，但坝段分缝渗水经层间结合缝而产生坝后渗水。

④帷幕灌浆处理未专门针对坝段分缝处设计，即使帷幕灌浆孔布置在分缝处，骑缝垂钻孔时，由于钻孔偏斜，灌浆孔也不能与缝面全部咬合，碾压混凝土帷幕灌浆对坝体分缝的充填难以达到密实效果而影响止水。

⑤碾压混凝土与岸坡接触缝是碾压混凝土渗水的另一个通道，在碾压混凝土内部温度降达到稳定温度场后，混凝土收缩变形会引起接触缝脱开，如果接触缝内止水一旦失效，渗水将从接触缝进入并经碾压混凝土分层层间造成渗水。

⑥坝前防渗混凝土与碾压混凝土的结合部粘接力较弱，防渗混凝土初凝后在其上部进行振动碾压，振动产生的激振力会造成结合缝脱开，一旦坝体分缝进水或防渗混凝土存在渗漏通道，该结合部将存在积水，并通过碾压混凝土层间缝渗水至坝后。

⑦层间缝采用聚胺脂类发泡型材料止漏后，在短时间内也可达到止水效果，但该类材料长时间受水的浸泡，体积膨胀达28-30倍，其膨胀应力破坏混凝土结构，且膨胀后的胶凝体因无粘接力、强度极低容易被压力水挤出层间缝面，不仅不能达到止水效果，而且对混凝土结构造成破坏，引起更严重的漏水现象。

2  技术方案选择

国内外混凝土工程施工实践表明，普通混凝土可通过插入式振捣实现上下层的提浆使上下分层浆液交融混合，其层间结合部在取芯样时不能看到明显分缝痕迹，芯样采集长度可达几十余米;而碾压混凝土为平面接触结合，即使结合完好的混凝土在取芯样也可以看到分层缝的痕迹，如层间结合缝间砂浆干裂及细微裂纹则降低上下两层碾压混凝土间的粘接力，混凝土芯样大部分从层间缝处断开，即使层间缝结合较好，也难以取出与常态混凝土同等长度的完整芯样。因此，碾压混凝土其自身抗渗能力与普通混凝土接近，且处于同一个数量级，导致碾压混凝土整体抗渗能力下降的原因是碾压混凝土分层施工的层间结合与普通混凝土的差异所产生，且碾压混凝土层间缝渗漏不可避免。

碾压混凝土大坝渗漏由碾压分层的层间缝析出，从碾压混凝施工工艺及其特点可以看出碾压混凝土层间渗漏是表面现象，其深层次问题还是碾压混凝土坝前防渗混凝土这道屏障出现问题所造成。因此，对坝前防渗混凝土结构存在的缺陷进行修复，使之形成完整的封闭防渗体系，防止坝前水头经坝体分缝、坝体横向贯穿裂缝、坝体岸坡接触缝以及防渗混凝土存在的渗水通道进入层间缝，才是处理碾压混凝土大坝漏水的关键，而碾压混凝土大坝渗漏采取“坝体帷幕灌浆”是一种“头痛医头、脚痛医脚”的方式未抓住坝体渗漏的关键结症。因此，从坝体渗漏的源头采取措施，对坝体分缝、坝体与岸坡接触缝及防渗混凝土渗水可能与碾压混凝土层间缝的贯通渠道进行研判后采取截堵措施是根治碾压混凝土坝体漏水有效途径。

坝体横缝为人工形成的较宽缝面，一般缝宽2-3cm，缝面成型后采取灌砂法保护，一旦坝前止水偏移或止水带上出现孔洞、以及止水带在碾压混凝土温度变形后脱开，将成为碾压混凝土坝体渗水的主要来源。碾压混凝土大坝产生渗水大都为坝体分缝处漏水引发，其产生大流量渗水经与其相通的碾压混凝土层间缝在坝后坡面上渗出。因此，作为首要的疑似渗水通道要率先检查、封闭并及时排除，可以起到事半功倍的止水堵漏效果。②岸坡接触缝与横向接缝渗漏原因基本相似，主要是止水带漏水与接触缝张开而出现大流量渗水，一些工程可直接在坝后观测到，也是碾压混凝土坝体渗漏的重点部位。③坝前防渗混凝土自身防渗性能、施工工艺、施工过程质量控制好坏对坝体渗漏也有着直接的关系。因此，碾压混凝土坝体渗漏的源头主要是坝体分缝、岸坡接触缝、垂直坝轴线横向裂缝以及防渗混凝土与碾压混凝土结合部位，可以分两步来进行：

①对垂直于坝轴线的坝体分缝、岸坡接触缝及横向裂缝采取接缝灌浆的方式布置灌浆回路，灌浆区域为止水带下游至碾压混凝土坝体内布置的排水廊道上游边线，起止高程由坝基找平层混凝土高程至坝顶，采取水泥灌浆对这一区间的顺水流缝面与碾压混凝土层间的通道进行封堵，以恢复碾压混凝土大坝防渗体系形成全封闭。

②在碾压混凝土坝体防渗体系全封闭后，对碾压混凝土坝体设计的排水廊道及无砂管排水孔进行检查，在无砂排水管内出现线状流部位采取钻孔方式进行检查，确定渗漏水的范围，并利用无砂排水管及补充的检查孔进行水泥灌浆封堵，以减少无砂排水孔的排水量。

3  灌浆材料选择

碾压混凝土大坝横缝的设置是根据温度场及温度变形通过计算设置，设置横缝的目的是防止碾压混凝土坝体温度变形产生不规则裂缝破坏混凝土整体结构降低大坝安全系数。其意图是想通过预裂或诱裂使分缝形成在设计位置，并预先在设计分缝的上游位置采用止水带方式止水。但施工过程中往往因成缝施工时间滞后，缝面位置与设计位置存在一定的偏差，致使水头绕過分缝处止水带而由开裂的缝面进入碾压层层间缝渗漏;预裂分缝位置与设计位置即使一致，但因止水带缺陷也会由此渗漏进入碾压混凝土层间缝。但该类缝与坝体接缝性质一样，缝面张开度可达0.5-4mm。因此，对坝体分缝和平行坝体分缝的横向裂缝可采取坝体接缝灌浆的方式，在坝体温度降至稳定温度场后增设接缝灌浆系统进行灌浆，因此，其浆液采用水泥浆即可实现止水封堵。碾压混凝土岸坡接触缝产生的渗漏原因和结果与坝体横缝一样，因此，其处理方式同样也可采取增设接缝灌浆系统的方式进行布置，采取水泥浆灌注。

坝前防渗混凝土与碾压混凝土结合部产生渗漏的主要原因为加浆振捣工艺产生，对于机拌富浆混凝土或常态混凝土因采取的工艺与常态混凝土致，可基本排除渗漏可能。在加浆混凝土施工时，因采取开槽补浆或布孔补浆振捣工艺，使得防渗混凝土层内部本身存在漏振或补浆不足的可能而造成防渗混凝土渗漏，防渗混凝土与碾压混凝土的结合边界在加浆振捣时的滑塌以及下料过程中粗骨料滑落集中而局部架空产生集水，并由碾压混凝土层间缝渗漏由无砂排水管或坝后排出。该接合部渗漏性质可按混凝土蜂窝麻面漏水处理措施执行。且其部位距无砂排水管布置位置较近，可从其渗径最近的无砂排水孔中监测到高程和部位，补充钻孔检查范围后，利用检查孔和无砂排水孔采用水泥灌浆进行补强，如有特殊要求时，可采用改性亲水性环氧浆材加强堵漏。

4  浆材配比

碾压混凝土横缝因成缝与常态混凝土（先浇块立模成型后再浇后浇块）工艺不同，形成的横缝表面糙度大，且缝内填充有砂子，灌浆拟采取固结砂理论，以满足砂子孔隙的充填即达到阻水目的。其次，坝体岸坡接触部位，混凝土与基岩变形受到一定约束，接触缝张开度一般小于坝体分缝张开度，一些工程的接触灌浆以固结灌浆孔代替，因此，缝隙相对较小。混凝土内部骨料集中形成的蜂窝，灌浆补强也大都采用水泥浆稳定浆液进行灌浆。浆材配比选用水泥：水=1：1稳定浆液为宜。

5  工程处理案例

5.1 工程简况

蟒河口水库位于河南省济源市西北15公里的北蟒河出口，是一座以防洪、补充改善济源市地下水环境、城市供水、灌溉、发展水产养殖及旅游综合利用的中型水利工程。蟒河口水库总库容为1094万m3，工程由大坝和左、右岸防渗工程组成。大坝包括挡水坝段、溢流坝段和引水坝段，坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝高77.6m，坝顶高程317.6m，坝长220.5m，属3级建筑物。坝体分别在高程EL246m和EL281m设有排水廊道，廊道上游边线距迎水面距离3-5m。大坝混凝土总量约为28.5万m3。2008年9月，蟒河口水库主体工程开始施工，经过参建各方的共同努力，蟒河口水库工程于2010年具备蓄水条件。蟒河口水库蓄水后，坝后边坡上发现存在渗水现象，展开渗漏水调查和处理工作。

5.2 施工技术要点

5.2.1 坝体分缝、横向裂缝与岸坡接触缝钻孔

①按竣工图绘制体横断面图，标明坝体接缝起止桩号及高程。

②根据坝体廊道上游边线至迎水面的距离布置钻孔数量，按照钻孔间排距2-3m布置控制钻孔数量，同高程布置钻孔数量不少于2个，并在图中标注钻孔与缝面交汇处的高程及桩号。

③按照图中标注的钻孔与缝面交汇点以及钻孔位置的高程及桩号、钻孔角度计算各钻孔深度。

④为确保对坝体内因预裂分缝产生偏差的缝面或自然形成的横向裂缝得到有效灌注，钻孔按超深1.0m控制。

⑤在坝顶或排水廊道内采用园盘钻并辅以手风钻进行钻孔，钻孔至设计孔深后利用高压风清除孔内可能存在的钻渣。

⑥钻孔完成后，在钻孔孔口安装填压式灌浆塞，并将同高程的孔串连成一组，并按照自下而上的顺序进行编号1.2.3.4……。

5.2.2 坝体分缝、横向裂缝与岸坡接触缝灌浆

①灌浆由最底层1排孔开始，遂排灌浆至坝顶高程，按照分层廊道高程和坝顶高程三个作灌浆区形成三个控制单元自下而上灌浆。

②灌浆水灰比采用1：1;为提高浆液的稳定性和流动性。

③每个灌浆区下层管路灌浆时，相邻层灌浆管路出浆后，可改用上一层灌浆管路进行灌浆。

④控制灌浆压力最大不超过0.3MPa，当本层灌浆达到最大灌浆压力，灌浆管路注入率不大于0.4L/min时，改用上一层灌浆管路进行灌浆。

⑤每层灌浆结束时，闭浆时间不少于8h。

5.2.3 坝体防渗混凝土与碾压混凝土结合部检查及灌浆

①在坝体分缝、横向裂缝和岸坡接触缝灌浆完成后，通过分层排水廓道对坝体无砂排水管进行渗漏水检查，绘制无砂排水孔内渗漏图，并标注各个无砂排水管渗漏高程。

②根据相邻无砂排水管的渗漏情况，对防渗混凝土与碾压混凝土的结合部渗漏水的范围进行判断。如相邻两个无砂排水管均产生渗漏，则在两个相邻两个无砂排水管渗漏水连线的1/2处钻孔进行检查，如检查孔仍出现流线状渗漏，则进行加密检查，直至钻孔间距控制在1.0m左右。

③采用无砂管和渗漏水检查孔灌浆时，采取分两序加密原则进行，即本孔灌浆时，相邻孔用于回浆和排气。

④本孔灌浆与相邻孔串浆后，先将相邻孔封闭，在本孔灌浆结束后，采用串浆孔进行倒灌。

⑤利用无砂排水管进行灌浆时，在无砂管内渗漏部位两端下入填压塞止浆，其中一端用于灌浆，另一端封闭，以保证浆液注入渗漏段。无砂排水管灌浆结束并闭浆24h后，对无砂排水管灌浆段进行扫孔，并使之畅通、恢复排水功能。

⑥渗漏水检查孔灌浆结束后，采用水泥浓浆和水泥捏团进行封堵，孔口封堵深度不小于1.0m。

6  结语

本课题围绕碾压混凝土防渗体系展开研究，透过碾压混凝土坝后层间缝漏水这一现象，揭示了碾压混凝土坝体渗漏的实质。通过对碾压混凝土坝体横向分缝、横向裂缝、及其与岸坡接触缝进行接缝灌浆，堵截了坝前水头进入碾压分层层间缝的可能，通过进一步对坝体无砂排水管的检查，对坝前薄壁防渗混凝土产生的施工缺陷进行了修复，保证了碾压混凝土大坝防渗结构的完整和封闭，从而使得碾压混凝土大坝渗漏问题得到了有效根治。从碾压混凝土大坝源头进行堵漏，相比层间缝因不连续而采用水泥浆或化学浆进行帷幕灌浆施工具有明显技术经济效益，避免了“透水不透浆”而产生的灌浆处理的难度，不仅大量节约工程成本，而且处理效果更加明显。

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作者简介：席军现（1974-），男，河南三门峡人，本科，中国水利水电第十一工程局有限公司，工程师，主要从事水利水电、路桥施工管理方向研究，先后参与小浪底工程等十余项国内外大型工程建设。