砌石重力拱坝渗漏原因分析及防渗加固处理实例研究

摘 要：大坝出现坝基坝体渗漏、坝肩失稳等问题，将会严重影响到水库挡蓄水功能的正常发挥。为此，要充分结合《水库大坝安全鉴定办法》、《水库大坝安全评价导则》等相关规范，合理采取与工程实际相匹配的除险加固方案。文章在对砌石拱坝坝体渗漏的主要原因进行归纳总结后，结合一工程实例，对砌石拱坝防渗除险加固处理方案进行了探讨，通过合理工程措施，有效提高大坝结构整体的安全稳定性。

关键词：砌石拱坝；大坝渗漏；防渗；除险加固

引言

拱坝作为一种便于就地取材，工程量相比重力坝约少40%，且可以实现坝顶溢流的经济性和安全性均较优越的坝型，从70年代开始得到广泛推广采用，约占我国修筑拱坝总数的90%以上。从大量文献资料表明，目前已建砌石重力拱坝，主要防渗结构大多采用混凝土心墙或混凝土面板来实现。但砌石拱坝和混凝土拱我谎，由于其是一种超静定结构，在日常运行过程中地基变形、温度变化等诸多因素对坝体结构应力的影响较其他坝型更大，加上历史设计标准偏低、施工原材料采用不达标、施工质量较差等，以及随运营时间的推移，许多砌石拱坝产生较为严重的坝体裂缝、坝基及坝体渗漏、坝肩及两岸边坡岩体失稳崩塌等问题，严重影响到大坝挡蓄水功能和经济效益的正常发挥。大坝一旦发生渗漏问题，将会给大坝结构应力和拱座稳定埋下巨大的安全隐患，必须密切观测其变化并采取合理的除险加固工程措施，以提高坝体整体安全稳定性。

1 砌石拱坝渗漏原因分析

从大量砌石拱坝除险加固踏勘和竣工资料分析，造成坝体出现渗漏问题主要是由于设计缺欠和施工质量差等原因引起。

1.1 设计标准偏低

由于受历史建设理念和投资资金等因素的影响，很多拱坝当时设计标准选择偏低或施工时没有严格按照设计要求进行质量管控，导致坝体整体质量偏差，运行中出现渗漏问题具体表现在以下多个方面：（1）混凝土防渗面板标号偏低，如：按照浆砌石坝设计规范（SL25-2006）（以下统称：“规范”）[1]，当坝址最低月平均气温在零下10℃以下时，其混凝土防渗面板等级应该在C23以上，但是从大量病险水库拱坝调查资料发现，很多大坝其混凝土防渗面板抗冻强度等级普遍达不到C23标准，绝大多数只有C18，有的甚至仅有C15，严重降低了坝体整体防渗抗冻性能。（2）在“规范”中明确要求死水位以下9m坝高范围内，应设置2道止水设施，但实际很多大坝没设或仅设一道止水设施，导致后期运行过程中出现坝体渗漏问题。（3）在“规范”中明确要求在设置横缝止水后，为了便于渗水顺利排走需增设竖向排水管，但实际很多大坝没有设置竖向排水导致渗水无法顺利排出而影响坝体内部应力分布，有的甚至都没有设置横缝止水，止水设计和施工达不到“规范”要求，在止水位置形成了渗漏通道。另外，当时设计时受投资资金影响，为了省钱导致所设计坝体断面过于单薄，坝体刚度不足，结构应力环境温度变化适应力较差等，导致坝体容易出现裂缝，引起严重的渗漏破坏。

1.2 施工质量差

混凝土施工质量差，施工中存在模板移位、混凝土错台等现象，导致混凝土出现蜂窝、狗洞等质量缺陷，给坝体埋下较大安全隐患；施工中混凝土温/湿度控制不达标，混凝土干缩性能控制不好，导致混凝土初期出现表面裂缝，在后期水压作用下，不断扩展演变成渗流通道；施工中质量监管不到位，混凝土振捣不充分、砌石错位、胶结材料不密实等导致坝体结构内部存在一定孔隙，最终在水压和重力等多方作用下，形成渗漏渠道；止水材料不合格、止水带宽不足、止水带人为施工破坏等造成运行过程中出现绕带渗漏、横缝漏水等，巨大渗流量严重威胁到大坝的稳定运行。

大坝发生渗漏问题，不仅会造成大量水资源浪费，影响水库运行经济效益，同时还可能对坝体内部结构造成损坏，尤其是在冻融破坏和游离钙质析出等作用下，坝体混凝土将会出现疏松等问题，降低混凝土层间抗剪能力和耐久性，严重威胁到大坝运行的安全稳定性[2]。为了采取与工程特性相匹配的除险加固方案，必须对大坝渗漏原因进行全面调查和分析，确保除险加固方案具有较高可行性、可实施性和经济性。

2 拱坝防渗加固实例研究

2.1 工程概况

某水库是一座以农业灌溉为主，兼顾防洪、引水发电、城市供水等功能，具有综合效益的中型水库。坝址以上集雨面积1.8624km2，主河流长2.67km，平均河床比降为2.76%。工程于1988年11月动工兴建，于1993年4月竣工投运。水库最大坝高59.80m，坝顶弧长267.50m，坝顶宽4.0m，正常蓄水位633.50m，相应库容2688.5×104m3，总库容2756.80×104m3。水库上、下游面采用细石混凝土砌条石，厚为0.8m；坝体为细石混凝土砌块石结构，内部设置混凝土防渗心墙，心墙底宽2.05m，顶宽0.6m。大坝建成投运前期，坝体各部位运行状况良好。1998年汛期，在巡视检查中发现大坝下游面出现大面积漏水问题，同时随蓄水位增高漏水量增大。

2.2 坝体渗漏原因分析

为了分析坝体渗漏，结合相关资料对拱坝应力进行了安全复核，复核结果表明：最大主拉应力为0.89MPa，最大主压应力为2.67MPa，均小于设计要求的[1.20MPa]和[4.80MPa]要求，表明坝体结构应力整体状态安全，也就是说大坝下游面出现大面积漏水不是由于坝体应力过大致使裂缝引起。为了准确查出大坝渗漏原因，考虑到混凝土防渗心墙是大坝主要防渗体，决定采取钻芯取样进行分析，钻探结果表明：大坝坝体内部存在局部难以取芯、岩芯整体完整度较差、芯样破碎度较大、RQD值较低、砌石局部架空不密实、砌石中充填胶结细石混凝土密度性差等问题。钻孔水文地质试验结果可知，大坝下半部透水率为6.8-12.2Lu，远大于3Lu指标，存在裂隙高度发育、透水率较大等问题，急需采取全面的防渗加固措施。

2.3 充填灌浆防渗处理

根据工程特性，选择上游坝面防渗膜帖面、上游坝面喷混凝土、上游坝面增设混凝土防渗面板和坝体充填灌浆四种防渗处理方案进行对比分析。经综合比较，采用防渗膜帖面、喷混凝土以及增设混凝土防渗面板等存在施工难度大、混凝土与条石坝面结合性能不好、方案实施难度较大等问题[3]。最终从可靠性、安全性和经济性等方面，优选坝体充填灌浆方案，即在坝顶、下游坝面及灌浆排水廊道内部设置坝体充填灌浆孔，按结构部位进行水泥浆或水泥砂浆充填灌浆防渗。在坝顶设斜向灌浆孔，在下游坝面和排水廊道内部设置斜向或水平向灌浆孔，共3排均布，排距0.8m，间距2.5m，梅花形布置。分两序进行灌浆，即I序孔为上、下游坝面，按先下游后上游次序灌浆；II序孔为中间排。

3 结束语

渗漏不仅会影响到大坝结构应力，同时还会影响到坝体整体稳定性，必须要根据工程特性和相关设计、地质勘探资料，合理分析渗漏原因及特点，并结合结构应力和抗滑稳定安全复核结果，根据工程实际情况从技术、经济等方面优选砌石拱坝坝体防渗加固处理工程措施，确保防渗处理达到预期效果，消除大坝渗漏问题，提高其运营经济效益和安全稳定性。

参考文献

[1]SL25-2006.浆砌石坝设计规范[S].北京：中国电力出版社，2006.

[2]刘华丽，彭辉.基于多拱梁分载法的高拱坝应力分析[J].云南水力发电，2009，25（3）：26-29.

[3]冯蕊，何蕴龙，曹学兴.混凝土心墙对砌石拱坝应力和变形的影响分析[J].武汉大学学报，2014，47（2）：177-178.

作者简介：柴云飞（1974，08-），男，汉族，内蒙古自治区赤峰市，大学，副高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作。