水庫砌石重力拱壩壩體滲漏原因分析及防滲處理研究

摘 要：針對水庫砌石重力拱壩，由于受當時施工技術水平、建設理念等因素的綜合制約，壩體存在砌石局部架空、砌筑質量差密實度較低、充填膠結水泥砂漿密度性差，運行中存在壩基、壩體和壩肩多處滲漏等問題。根據大壩滲漏現狀和鉆探分析資料，結合安全復核成果，優選水泥砂漿充填灌漿為主的防滲補強除險加固方案進行防滲加固處理。經測試32個試驗段透水率均控制在5lu范圍內，合格率達100%，大壩滲漏得到成功處理。

關鍵詞：大壩滲漏；水泥砂漿；溢流壩；非溢流壩；補強灌漿

1 工程概況

某水庫大壩是一座以灌溉為主，兼顧發電、防洪和生態養殖等綜合利用水利工程。水庫攔河大壩為砌石重力拱壩，建基面高程562m，壩頂高程611.75m，最大壩高49.75m，頂寬5.0m，壩底厚度為13.6m～13.8m，壩軸線弧長為98.7m。左、右岸為非溢流壩，溢流壩段設置在大壩的壩頂中央，開敞式自由溢流方式，采用WES堰面。工程于2003年06月開工，2008年01月主體工程全部竣工，并于當年06月并網發電。

2 大壩運行現狀及滲漏原因分析

2.1 大壩滲漏

由于受當時建設技術水平、投資資金等影響，加上施工現場質量控制不佳，造成壩腹細石混凝土存在漏振、振動不均勻或砌石塊相互堆疊架空，混凝土漿液無法有效填縫密實。在高水位壓力作用下，壩體內部滲漏通道不斷擴大，滲水點及量不斷增多增大，局部漏水點滲漏甚至呈射流狀。監測數據表明，壩體滲水量和滲漏點高程均與庫水位有關，庫水位越高，滲漏越嚴重。經現場勘查發現，當水位上漲到586m高程及以上時，下游壩面不同部位滲漏問題較為嚴重，多處出現滲水現象。

2.2 壩體滲漏原因分析

由于受當時施工技術水平、建設理念等因素的綜合制約，從料場中開采出來的黑云母花崗巖，強度達不到設計要求。加上后期運行，壩體填筑砌石風化程度不斷加深，有隱裂隙高度發育，部分砌石風化稍深，有微隱裂隙發育，其強度較低。壩體鋪砌施工時，局部存在將不規則含有裂隙的塊體鋪筑在壩體內體，鋪砌質量偏差。水泥砂漿膠結性能不滿足設計要求。據風鉆打孔壩體灌漿試驗和鉆孔巖芯取樣分析知，壩體整體密實度和抗滲性良好，局部壩體砌筑質量差，密實度欠佳，存在砌筑水泥砂漿不飽滿，混凝土、砂漿和砌石間膠結性能差等問題，串孔、漏水現象較為明顯。從壩體除險加固鉆探取芯分析成果表明：壩體砌筑砂漿孔洞較多、孔徑較大，多數直徑在0.9～2.7mm，部分孔洞還相互連通形成完整滲流通道。砌石材料透水率為4.7～6.9Lu，部分材料遠超過規范要求的5Lu防滲底線。

為提高大壩的完整性、耐久性、抗滲性和承載力，決定對大壩結構應力和穩定性進行安全復核，并在復核基礎上采取合理方案進行防滲加固處理，消除大壩安全隱患。

3 大壩結構安全復核

為了評價大壩結構整體安全性，結合大壩整體布置，分別對大壩壩踵和壩趾的垂直正應力和左、右岸非溢流壩及中部溢流壩的抗滑穩定性進行計算分析。根據《砌石壩設計規范》（SL25-2006）和《混凝土拱壩設計規范》（SL282-2003）規定，充分考慮水工建筑物各類荷載作用，按基本工況（正常蓄水位602.35m）和特殊工況（校核洪水位603.55）兩種工況進行計算。

大壩壩基結構安全復核成果分析：

根據規范要求，計算非溢流壩/溢流壩壩段壩踵和壩趾垂直正應力，以及左、右岸非溢流壩段/溢流壩的抗滑穩定性，結果如表1和表2所示。

從表1和表2可知，在各種荷載組合工況下，非溢流壩/溢流壩壩基垂直正應力和抗滑穩定安全系數均滿足規范要求，應力狀態和抗滑穩定性總體安全可靠。

4 防滲補強灌漿處理

4.1 防滲補強灌漿方案

結合大壩滲漏現象調查資料及壩體結構安全復核結果，大壩結構整體穩定性較好，考慮到滲漏主要是由于壩體砌筑材料強度不夠、施工質量偏差等原因導致，經技術、經濟等方面的方案比選，決定對砌石重力壩壩體進行補強灌漿處理，即：在壩體上鉆孔，通過灌注水泥漿或水泥砂漿進行充填灌漿，以封堵壩體內部滲水通道。

4.2 防滲補強灌漿應用效果

根據大壩結構布置，共選擇32個試驗段（上游側15個、下游側10個、中部7個）對壩體砌體透水率進行檢測，以評估壩體防滲補強灌漿效果。檢測結果表明：32個試驗段的透水率試驗值范圍為0.75～4.12lu，均滿足混凝土砌石壩要求透水率5Lu控制限值，補強灌漿防滲合格率為100%。其中，有26個試驗段其透水率試驗值低于3lu的優秀防滲標準，完全形成連續、完整的防滲帷幕體，防滲加固效果非常明顯。壩體內部壓水試驗無回水極強透水段、串孔涌水段等均得到有效防滲補強，降到微透水或弱透水標準等級。從檢查孔中鉆取巖芯取樣分析，巖芯整體呈均勻長柱狀，漿液充填密實，壩體密實度得到有效增強，防滲加固效果非常顯著。

該攔河壩除險加固工程于2014年09月竣工，于2015年02月試蓄水，07月通過專家組竣工驗收。經近2年的運行和巡視，壩體量水堰測定的滲漏水量一直為零，砌體漏水、滲水現象得到有效處理，水泥砂漿充填灌漿防滲效果良好。

5 結束語

水庫砌石重力拱壩由于受當時施工技術水平、建設理念等因素的綜合制約，壩體存在砌石局部架空、砌筑質量差密實度較低、充填膠結水泥砂漿密度性差，在運行過程中出現大面積、大流量滲漏等問題。經現場鉆探取芯分析，壩體局部砌筑材料強度標號遠低于設計要求，透水率在4.7～6.9Lu范圍，部分材料遠超過規范要求的5Lu防滲底線。采取水泥砂漿充填防滲補強灌漿后，檢測結果表明32個試驗段，補強灌漿防滲合格率為100%，壩體密實度得到有效增強，壩體滲漏問題得到有效處理。

參考文獻

[1]薛曉鵬，王維維，鄭柯君.軟基巖層上的混凝土重力壩設計及基礎處理[J].水利與建筑工程學報，2015（03）：140-144.

[2]何米杏.五里壩水庫工程混凝土面板堆石壩設計[J].浙江水利水電學院學報，2014（04）：36-39.

作者簡介：鄭洪宇（1976-），女，漢族，內蒙古赤峰人，碩士研究生，高級工程師，主要從事水利水電工程設計、咨詢工作。