灌洋水库混凝土重力坝防渗加固措施

江庆鸿

(福建省龙岩市永定区陈东乡水利工作站,福建 龙岩 364105)

0 引言

在时间不断推移进程中，灌洋水库混凝土重力坝损伤、老化问题不可避免，如：混凝土材料强度下降、重力坝出现持续扩展的裂缝、重力坝渗漏增大等。相关问题的出现，导致灌洋水库混凝土重力坝安全性、耐久性均出现不同程度的下降，关于混凝土重力坝防渗加固的系统性研究，始终是国内外水工结构领域研究的重点。基于此，对混凝土重力坝防渗加固的对策进行适当分析具有非常重要的意义。

1 灌洋水库混凝土重力坝的防渗加固背景

灌洋水库混凝土实体重力坝全长为122 m，最大坝高48.00 m，共分为5个坝段。灌洋水库混凝土实体重力坝始建于1970年，1986年蓄水至今已运行近44 a，运行时间较长。根据灌洋水库工程技术应用记录、施工影像观察，由于历史原因，灌洋水库大坝原设计标准偏低，施工质量不佳。特别是在施工缝位置，存在较大的接缝漏水、坝体变形问题。

2 灌洋水库混凝土重力坝的防渗加固对策

2.1 灌洋水库施工前坝体情况分析

(1)

式①中λ为导热系数，单位为kJ/(m·h·℃)。因热量平衡将温度升高所吸收的能量进行化简后可以得出混凝土重力坝热传导方式为：

(2)

上述式子中a为导温系数，为导热系数与比热、密度的商，τ为时间(混凝土龄期)，θ为混凝土的绝热温升。灌洋水库混凝土重力坝中混凝土比热、导热系数分别取0.96 kJ/(kg·℃)、10.60 kJ/(m·h·℃)，而基岩比热、导热系数分别取0.97 kJ/(kg·℃)、8.60 kJ/(m·h·℃)。考虑到防渗墙施工混凝土为普通硅酸盐C20常态混凝土，可以采用复合指数公式对其水化热进行计算，即：

Q(τ)=Q0(1-e-aτb)

(3)

上述公式中，Q(τ)为灌洋水库混凝土龄期为Q0时的累积水泥水化热，Q0为混凝土龄期趋近于无穷大时最终水泥水化热，a、b均为无量纲系数，在Q0为330 J/kg时，a为0.69，b为0.56。

利用ANSYS非线性分析软件，结合上述公式，对灌洋水库混凝土重力坝防渗加固施工前期，以及施工(开挖、浇筑)过程中结构几何形态、边界条件、材料性能、荷载及结构温度变化、新浇筑混凝土热力学影响进行仿真分析，可以确定灌洋水库整个动态施工过程最佳施工进度方案。通过对灌洋水库混凝土重力坝加固前整体模型、分缝模型因水泥水化热而出现的水平位移、竖向位移进行对比可知，灌洋水库大坝分缝位置变形处于不连续状态，可以在各坝块间出现相对滑移。

2.2 施工期坝体纵缝处理

灌洋水库混凝土重力坝上游部位防渗加固基本思路为：利用静态切槽技术，在靠近大坝上游部位纵缝位置切割一温度适当的腔槽，将防渗性能较好的微膨胀混凝土回填到腔槽内匝，促使其在灌洋水库原坝体内部形成一道具有阻水防渗作用的混凝土防渗墙，最大限度提高坝体整体安全性，降低坝体溶蚀、渗漏、冻胀问题出现概率。同时混凝土重力坝防渗墙底部设置一灌浆帷幕及排水廊道(分层设置两道或三道)、辐射状排水孔，用于防渗墙高程以下的坝体加固。具体施工步骤为如图1所示。

图1 灌洋水库混凝土重力坝防渗加固施工步骤图

考虑到灌洋水库防渗墙混凝土浇筑为自下而上跨缝施工，开挖高度在37 m以上，底部需深入基岩100 cm以下，极易因挖洞、开槽对坝体造成损伤，致使新老混凝土结合不良形成新的渗漏面，或者在施工期间出现涌水安全风险，影响大型施工设备投入应用。因此，在坝体开槽前，可以于部分坝段挖设水平进入坝的交通廊道及施工竖井、投料竖井。灌洋水库施工拟在15 d内完成防渗墙第一层开挖，在一个星期内完成防渗墙第一层浇筑，在4 d内、1 d内分别完成其余2.50 m层开挖、混凝土浇筑，在8 d、2 d内完成其余4 m层每层开挖、混凝土浇筑。

考虑到灌洋水库大坝施工过程为跨纵缝施工，纵缝内含填充物对坝体安全稳定性具有较大不利影响，因此，在计算过程中可以选择一层25 cm厚柔性较大的实体夹层单元，搭建模拟模型，最终得出施工期间灌洋水库溢流坝段防渗坝顶、坝趾位移如表1所示。

表1 灌洋水库实体夹层单元模型中坝顶、坝趾位移及应力变化表

由上表可得，施工期间灌洋水库坝体水平向下游位移呈现减小趋势，竖向沉降位移则出现增大趋势，可能是由于混凝土浇筑后坝顶、坝下游体稳定安全性有所提升。与此同时，在实体夹层单元模型中引入公式(2)、(3)，对灌洋水库防渗墙混凝土施工阶段温度应力进行仿真分析，可以得出所采用的混凝土开挖、浇筑尺寸与坝体整体安全稳定性的关系。即从防渗墙局部范围入手，综合考虑新浇筑混凝土水化热温升等因素对新、老混凝土结合状态的影响。为避免防渗墙新、老混凝土结合状态受混凝土水化热温升而出现较为强烈的拉、压情况，施工技术人员可以在混凝土水化热温升因素影响明显的位置进行老混凝土凿毛、键槽铺设、锚筋埋设、砂浆铺设作业，保障坝体长期平稳运行。以第六层防渗墙混凝土浇筑完成为例，此时，新浇筑混凝土最大温度升高为8.20℃所造成的开挖周边最大拉引力为0.35 MPa，可以按最小配筋率0.15%为标准，在混凝土(膨胀率为0.05%～0.06%)内掺入相当于水泥重量5.00%UEA膨胀剂后，铺设间距为200 mm×200 mm的HRB335锚筋，达到限制拉应力的目的。

2.3 灌洋水库混凝土重力坝的防渗加固效果

由于施工阶段需要在防渗墙开挖浇筑下游侧设置加锚筋、键槽等工具进行坝体连结，为确定坝体加固后效果，可以对施工前后坝体坝顶、坝踵位移情况进行对比，得出结果如下。

表2 施工前后灌洋水库混凝土重力坝体坝顶、坝踵位移情况对比表

由表2可知，因防渗墙加固作用，混凝土重力坝分缝模型水平向最大位移出现在坝顶位置，加固后坝块出现协调变形，水平位移、竖向沉降位移均有所增大，且处于连续状态，表明灌洋水库防渗墙加固施工作业结束后坝块处于完全协同状态，可以改善坝体应力状态，提高坝体防渗能力。

3 总结

综上所述，经过防渗加固后的灌洋水库混凝土重力坝的坝体廊道内、背水坡坝身渗漏现象基本消除，挡水坝集中漏水口位置也基本干涸，达到了除险加固目标。因此，施工技术人员应根据灌洋水库混凝土重力坝裂缝位置及特点，结合混凝土重力坝设计规范及抗渗等级要求，选择恰当的防渗加固技术，科学施工，保证灌洋水库混凝土重力坝防渗加固施工效果，提高灌洋水库混凝土重力坝的社会效益、经济效益。