灌洋水庫混凝土重力壩防滲加固措施

江慶鴻

(福建省龍巖市永定區陳東鄉水利工作站,福建 龍巖 364105)

0 引言

在時間不斷推移進程中，灌洋水庫混凝土重力壩損傷、老化問題不可避免，如：混凝土材料強度下降、重力壩出現持續擴展的裂縫、重力壩滲漏增大等。相關問題的出現，導致灌洋水庫混凝土重力壩安全性、耐久性均出現不同程度的下降，關于混凝土重力壩防滲加固的系統性研究，始終是國內外水工結構領域研究的重點?；诖?，對混凝土重力壩防滲加固的對策進行適當分析具有非常重要的意義。

1 灌洋水庫混凝土重力壩的防滲加固背景

灌洋水庫混凝土實體重力壩全長為122 m，最大壩高48.00 m，共分為5個壩段。灌洋水庫混凝土實體重力壩始建于1970年，1986年蓄水至今已運行近44 a，運行時間較長。根據灌洋水庫工程技術應用記錄、施工影像觀察，由于歷史原因，灌洋水庫大壩原設計標準偏低，施工質量不佳。特別是在施工縫位置，存在較大的接縫漏水、壩體變形問題。

2 灌洋水庫混凝土重力壩的防滲加固對策

2.1 灌洋水庫施工前壩體情況分析

(1)

式①中λ為導熱系數，單位為kJ/(m·h·℃)。因熱量平衡將溫度升高所吸收的能量進行化簡后可以得出混凝土重力壩熱傳導方式為：

(2)

上述式子中a為導溫系數，為導熱系數與比熱、密度的商，τ為時間(混凝土齡期)，θ為混凝土的絕熱溫升。灌洋水庫混凝土重力壩中混凝土比熱、導熱系數分別取0.96 kJ/(kg·℃)、10.60 kJ/(m·h·℃)，而基巖比熱、導熱系數分別取0.97 kJ/(kg·℃)、8.60 kJ/(m·h·℃)。考慮到防滲墻施工混凝土為普通硅酸鹽C20常態混凝土，可以采用復合指數公式對其水化熱進行計算，即：

Q(τ)=Q0(1-e-aτb)

(3)

上述公式中，Q(τ)為灌洋水庫混凝土齡期為Q0時的累積水泥水化熱，Q0為混凝土齡期趨近于無窮大時最終水泥水化熱，a、b均為無量綱系數，在Q0為330 J/kg時，a為0.69，b為0.56。

利用ANSYS非線性分析軟件，結合上述公式，對灌洋水庫混凝土重力壩防滲加固施工前期，以及施工(開挖、澆筑)過程中結構幾何形態、邊界條件、材料性能、荷載及結構溫度變化、新澆筑混凝土熱力學影響進行仿真分析，可以確定灌洋水庫整個動態施工過程最佳施工進度方案。通過對灌洋水庫混凝土重力壩加固前整體模型、分縫模型因水泥水化熱而出現的水平位移、豎向位移進行對比可知，灌洋水庫大壩分縫位置變形處于不連續狀態，可以在各壩塊間出現相對滑移。

2.2 施工期壩體縱縫處理

灌洋水庫混凝土重力壩上游部位防滲加固基本思路為：利用靜態切槽技術，在靠近大壩上游部位縱縫位置切割一溫度適當的腔槽，將防滲性能較好的微膨脹混凝土回填到腔槽內匝，促使其在灌洋水庫原壩體內部形成一道具有阻水防滲作用的混凝土防滲墻，最大限度提高壩體整體安全性，降低壩體溶蝕、滲漏、凍脹問題出現概率。同時混凝土重力壩防滲墻底部設置一灌漿帷幕及排水廊道(分層設置兩道或三道)、輻射狀排水孔，用于防滲墻高程以下的壩體加固。具體施工步驟為如圖1所示。

圖1 灌洋水庫混凝土重力壩防滲加固施工步驟圖

考慮到灌洋水庫防滲墻混凝土澆筑為自下而上跨縫施工，開挖高度在37 m以上，底部需深入基巖100 cm以下，極易因挖洞、開槽對壩體造成損傷，致使新老混凝土結合不良形成新的滲漏面，或者在施工期間出現涌水安全風險，影響大型施工設備投入應用。因此，在壩體開槽前，可以于部分壩段挖設水平進入壩的交通廊道及施工豎井、投料豎井。灌洋水庫施工擬在15 d內完成防滲墻第一層開挖，在一個星期內完成防滲墻第一層澆筑，在4 d內、1 d內分別完成其余2.50 m層開挖、混凝土澆筑，在8 d、2 d內完成其余4 m層每層開挖、混凝土澆筑。

考慮到灌洋水庫大壩施工過程為跨縱縫施工，縱縫內含填充物對壩體安全穩定性具有較大不利影響，因此，在計算過程中可以選擇一層25 cm厚柔性較大的實體夾層單元，搭建模擬模型，最終得出施工期間灌洋水庫溢流壩段防滲壩頂、壩趾位移如表1所示。

表1 灌洋水庫實體夾層單元模型中壩頂、壩趾位移及應力變化表

由上表可得，施工期間灌洋水庫壩體水平向下游位移呈現減小趨勢，豎向沉降位移則出現增大趨勢，可能是由于混凝土澆筑后壩頂、壩下游體穩定安全性有所提升。與此同時，在實體夾層單元模型中引入公式(2)、(3)，對灌洋水庫防滲墻混凝土施工階段溫度應力進行仿真分析，可以得出所采用的混凝土開挖、澆筑尺寸與壩體整體安全穩定性的關系。即從防滲墻局部范圍入手，綜合考慮新澆筑混凝土水化熱溫升等因素對新、老混凝土結合狀態的影響。為避免防滲墻新、老混凝土結合狀態受混凝土水化熱溫升而出現較為強烈的拉、壓情況，施工技術人員可以在混凝土水化熱溫升因素影響明顯的位置進行老混凝土鑿毛、鍵槽鋪設、錨筋埋設、砂漿鋪設作業，保障壩體長期平穩運行。以第六層防滲墻混凝土澆筑完成為例，此時，新澆筑混凝土最大溫度升高為8.20℃所造成的開挖周邊最大拉引力為0.35 MPa，可以按最小配筋率0.15%為標準，在混凝土(膨脹率為0.05%～0.06%)內摻入相當于水泥重量5.00%UEA膨脹劑后，鋪設間距為200 mm×200 mm的HRB335錨筋，達到限制拉應力的目的。

2.3 灌洋水庫混凝土重力壩的防滲加固效果

由于施工階段需要在防滲墻開挖澆筑下游側設置加錨筋、鍵槽等工具進行壩體連結，為確定壩體加固后效果，可以對施工前后壩體壩頂、壩踵位移情況進行對比，得出結果如下。

表2 施工前后灌洋水庫混凝土重力壩體壩頂、壩踵位移情況對比表

由表2可知，因防滲墻加固作用，混凝土重力壩分縫模型水平向最大位移出現在壩頂位置，加固后壩塊出現協調變形，水平位移、豎向沉降位移均有所增大，且處于連續狀態，表明灌洋水庫防滲墻加固施工作業結束后壩塊處于完全協同狀態，可以改善壩體應力狀態，提高壩體防滲能力。

3 總結

綜上所述，經過防滲加固后的灌洋水庫混凝土重力壩的壩體廊道內、背水坡壩身滲漏現象基本消除，擋水壩集中漏水口位置也基本干涸，達到了除險加固目標。因此，施工技術人員應根據灌洋水庫混凝土重力壩裂縫位置及特點，結合混凝土重力壩設計規范及抗滲等級要求，選擇恰當的防滲加固技術，科學施工，保證灌洋水庫混凝土重力壩防滲加固施工效果，提高灌洋水庫混凝土重力壩的社會效益、經濟效益。