某水庫堆石混凝土壩施工缺陷原因分析及處理

黃秘昌

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

某水庫是一座以供水、灌溉為主的綜合利用小（1）型水庫，總庫容為631 萬m3，水庫正常蓄水位為215 m，相應庫容為464萬m3，多年平均引水量1993萬m3。大壩設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇。

水庫攔河壩采用堆石混凝土重力壩，壩頂總長221 m，其中左岸非溢流壩段長35 m，右岸非溢流壩段長133 m，溢流壩段長53 m。壩頂寬5 m，壩頂高程220.2～221 m，最大壩高38 m，大壩典型斷面圖見圖1。

圖1 大壩斷面圖

大壩壩基巖性主要為泥盆系下統蓮花山組粉砂質泥巖夾細砂巖，弱～微風化，巖層產狀傾向下游，傾角較陡，強度較高，巖體節理裂隙較發育[1]。

工程于2013 年2 月1 日開工建設，2020 年7 月下閘蓄水投入使用。

2 施工缺陷問題及對大壩安全影響分析

2.1 施工缺陷問題

2013 年3 月攔河壩一期右岸4#～9#壩塊開始施工，至2014年6月共澆筑堆石混凝土28倉，約1.3萬m3堆石混凝土。2014 年6 月4 日，在對4#壩塊左側模板折除時，發現堆石混凝土澆筑層結合面存在有夾層物質，夾層物質強度極低，厚度為1～80 mm，低洼處較厚，從側面往里探測深度達1.3 m。

為對大壩堆石混凝土層間接縫存在夾層物質的原因進行深入分析，對壩體堆石自密實混凝土的強度、抗滲等級、透水率及缺陷測試、壩體密度、空隙率和壩體層間結合面抗剪（斷）強度等項目進行檢測。檢測主要結論為：①已澆筑堆石混凝土本體密實、質量合格，但澆筑層面存在嚴重施工缺陷，表現為局部夾泥、層面脫空，整個層面不粘連，接觸面抗剪（斷）強度試驗結果表現為f′值為1.0（略低）、c′值為0.14 MPa（很低），f值為0.78（略低）；②4#、5#壩段共進行包含層面的壓水檢測10 段，除4#壩段的檢1、檢2孔上段壓水與鄰近灌漿孔發生串孔，透水率大于50 Lu 外；5#壩段檢7 孔下段透水率為7.27 Lu；4#壩段檢3孔上段透水率為1.88 Lu；其余6段均小于1 Lu；結合鉆孔層面孔內電視的分析，大壩層面的缺陷并未形成大面積的連通，每處缺陷相對獨立、面積較小。已澆筑堆石混凝土施工缺陷統計見表1。

表1 壩體已澆筑堆石混凝土施工缺陷統計表

2.2 大壩安全影響分析

根據質量檢測提供的堆石混凝土層間結合面抗剪試驗成果參數，對大壩穩定應力進行復核計算，計算參數按試驗值的0.85倍折減。分別按抗剪斷強度公式、抗剪強度公式計算，4#壩塊、5#壩塊各層面抗滑穩定安全系數K′=1.59～2.7、K=0.7～1.0，均不滿足規范要求外，其余壩塊抗滑穩定滿足規范要求；各計算工況下，各壩塊層面應力滿足規范要求。

因此，對于壩體堆石混凝土存在的施工缺陷，必須采取有效措施消缺加固。

3 缺陷原因分析

根據施工現場揭露及檢測成果，并結合施工過程控制環節，綜合分析認為導致大壩堆石混凝土層間結合不良的原因是倉面污染：①石料未粗篩、清洗不干凈就直接倒在倉內，甚至在倉內進行二次沖洗、二次清倉，造成污水排不干凈或污水回流到已堆好石塊底部，形成泥粉沉淀污染倉面；②雨天施工時，對已經堆好的塊石未進行遮蓋，也會導致雨水淋洗堆石，形成污水進入堆石底部污染倉面。

4 缺陷處理方案

大壩堆石混凝土層間施工缺陷處理原則是：采取有效措施提高壩體的整體性、抗滲性、抗滑穩定安全系數，確保大壩穩定安全。

4.1 4#壩塊、5#壩塊缺陷處理

采取“現狀壩體水泥充填灌漿+增設排水孔+上游面貼補混凝土”措施進行加固處理。先在現狀已澆筑壩體進行水泥充填灌漿處理，灌漿孔孔距、排距2.5～4 m，鉆孔至建基面高程，灌漿采用P·O42.5純水泥漿液；灌漿前，先在現狀已澆筑壩體周邊直墻面各層間處開三角楔形體槽，槽寬5 cm、深8 cm，再用丙乳砂漿封堵。距現狀壩體上游面2.1 m處增設豎向排水孔Φ150@3 m，并在已澆筑壩頂面采用DN150×3.5鍍鋅鋼管集中排水至下游。

灌漿處理完成后，在現狀已澆筑壩體上游面貼補混凝土，貼補混凝土頂部從205.5 m 高程以1∶0.3坡比放坡至下部壩基開挖面。在已澆筑壩體頂層面新舊混凝土接觸面設騎縫鋼筋（主筋用Φ28@250，分布鋼筋用Φ20@250），貼補混凝土在已澆筑壩體高程以下采用常態混凝土C20（3），以上部分采用C15 堆石混凝土并與上部壩體混凝土整體澆筑。上游壩面新舊混凝土鑿毛處理并埋設插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m 的鋼筋，縱橫間距均為0.75 m。缺陷處理典型斷面圖見圖2。

圖2 4#壩塊缺陷處理斷面圖

4.2 7#壩塊、8#壩塊、9#壩塊缺陷處理

采取“現狀壩體水泥充填灌漿+上游迎水面增設鋼筋混凝土防滲面板”措施進行加固處理。先在現狀已澆筑壩體進行水泥充填灌漿處理，灌漿孔孔距、排距2.5～3 m，鉆孔至建基面高程，灌漿采用P·O42.5純水泥漿液；灌漿前，先在現狀已澆筑壩體周邊直墻面各層間處開三角楔形體槽，槽寬5 cm、深8 cm，再用丙乳砂漿封堵。

灌漿處理完成后，在現狀已澆筑壩體上游迎水面增設鋼筋混凝土防滲面板，面板嵌入混凝土底板30 cm，面板厚35 cm，采用C25 混凝土，面層配鋼筋網Φ10@200×200。上游壩面新舊混凝土鑿毛處理并埋設插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m的鋼筋，縱橫間距均為0.75 m。缺陷處理典型斷面圖見圖3。

圖3 7#壩塊缺陷處理斷面圖

4.3 施工工藝改進

為確保大壩工程質量，根據已施工堆石混凝土質量缺陷，設計對施工工藝進行以下優化：

（1）堆石料必須經過初篩，入倉前須經過高壓水沖洗，嚴禁將泥、水帶入倉內。堆石倉面上游1/2區域嚴禁自卸汽車進入。

（2）嚴禁在倉面內用水對堆石料或層面進行清洗。對已經開始堆石的倉面應做好防雨準備，嚴禁雨水沖刷堆石料流入倉內。

（3）堆石混凝土抗壓強度達到2.5 MPa 以前，不得進行下一倉面的準備工作。施工水平縫應采用風鎬進行鑿毛處理。

（4）調整控制混凝土配合比，減少自密實混凝土澆筑過程中出現的泡沫物、黑炭浮漿，并及時清除。

（5）澆筑塊倉面要求微傾向上游，下游端高過上游端20 cm。堆石混凝土收倉時，必須使適量塊石高出澆筑面50～150 mm，且不集中。

（6）在周邊模板附近留出空間解決倉面注入混凝土后發生的堆石底部污物被擠出、聚集到周邊模板附近現象，避免造成澆筑塊四周接合面出現不良夾層密集現象。

5 缺陷處理效果

壩體充填灌漿后層間實測抗剪強度參數f值最小為0.76，壩體增設排水孔后底部揚壓力按0.3 系數折減，計算得4#壩塊、5#壩塊各層面抗滑穩定安全系數K分別為1.31、1.35，均滿足規范K不小于1.05要求；同時各計算工況下，各壩塊層面應力滿足規范要求。

改進施工工藝后，大壩上部未出現類似施工缺陷現象。2020年7月大壩下閘蓄水至今，已經歷正常蓄水及高水位考驗，大壩變形正常，下游壩面未見層間滲水現象，說明大壩施工缺陷處理方案是可行有效的。

6 結語

堆石混凝土是新技術，是由清華大學水利水電工程系發明并獲得國家發明專利授權的新型大體積混凝土施工技術，其技術特征是使用專用自密實混凝土，澆筑時依靠其自動流動，無需振搗而達到密實，充填堆石體空隙所形成完整密實的堆石混凝土，具有低碳環保、低水熱化、工藝簡單、造價低廉、施工速度快等特點。在應用該新技術時，需重視埋石施工質量，必須嚴格按照規程規范及其專用施工技術要求施工，才能確保施工質量和工程安全。