论述高拱坝坝踵开裂问题与解决措施

摘要：通过查阅国内外高拱坝的相关信息，再通过计算分析、模型试验，我们得出了高拱坝、特别是那些坝体达到几百米的超高拱坝的坝踵部位因为各种因素影响，很难确定它是否会在基础部位或者坝体部位出现裂缝。如果坝踵出现裂缝，将会导致坝体承受的压力增大，使得裂缝会进一步加深或者扩大，这样的后果轻则影响拱坝正常运作，重则有可能导致坝体崩塌，大水将直接威胁到老百姓的生命财产安全。本文提出了一种新的思路，在坝踵上游的约束区增设一条柔性防渗体系，从而缓解水流对坝踵的冲击，保障坝踵的安全。

关键词：高拱坝 坝踵开裂 柔性防渗体系

随着经济的发展，我国的水利事业也有了长足的进步。最能源资源珍贵的今天，保障能源供应，是一个世界性的难题，加强水利事业的发展、增建水利设施有助于能源供应与积累，进而促进国力的发展。高拱坝不论是在经济作用还是具体实用性上，都是水利事业中重要的工程之一。本文简单介绍了关于高拱坝坝踵开裂问题的解决措施。

1、国内外高拱坝坝踵开裂问题

中国有修筑水坝和修筑拱桥的悠久历史，但修建拱坝则是近代才开始的。第一座拱坝建造于1927年，即厦门市的上里浆砌石拱坝，坝高27m。大规模开始建设拱坝是在20世纪70、 80年代，在1988 年出版的大坝统计中， 中国坝高高于15m 的拱坝有756 座，占世界拱坝总数的47%，成为名副其实的拱坝大国，但高坝较少。到目前为止， 我国已建拱坝中坝高高于200m 的仅二滩（高 240m） 1座，坝高介于150～ 200m的高坝也仅有德基（中国台湾， 181m） 、 龙羊峡（ 178m） 、东风（ 168m） 等7 座。在大坝采用现代技术理论进行设计和施工的150年历史中， 实践证明拱坝是各种挡水坝中最为安全的一种。依据国际大坝委员会的统计， 全世界已建1 600多座高于15m的拱坝中，真正溃决失事的仅6座，失事率0.37%。另外，全世界（除中国外） 统计到的高于15m的大坝的318 座溃坝事例中，拱坝仅为 6 座， 说明拱坝的安全性是比较好的。

2、新的解决方案——坝踵增设柔性防渗体系

将防水卷材等柔性材料，特别是合成高分子防水卷材用于大坝，满足大坝长期抗渗性和安全性要求，到目前为止约有半个世纪之久。最初是在堆石坝上应用合成高分子防水卷材防水， 如1959 在意大利修建的Contrada Sabetta坝与1960 年斯洛伐克修建的Dobsina坝。

近二十年来，随着碾压混凝土筑坝技术、面板堆石坝筑坝技术、老坝除险加固技术的发展，混凝土坝表面柔性防渗技术取得了较大进步。根据A.M. Scuero等人的统计， 世界范围内有232座大坝（含27座碾压混凝土坝） 采用PVC 薄膜防渗，其中47%在设计阶段采用， 53%是在后期修补过程中采用PVC 薄膜进行修补。27座采用薄膜防渗的碾压混凝土坝中，有10 座在美国。目前，采用坝面薄膜防渗的最高的碾压混凝土坝是哥伦比亚的Miel I 坝，该坝坝高 188m， 2002 年投入运行，渗漏量为 8.5L/ s，其中仅有2.5L/ s 来自坝体。

国内双曲拱坝中也有一些采用防渗薄膜对上游面裂缝进行修补的工程。紧水滩双曲拱坝上游面曾用多元丁基橡胶膜修补； 东江双曲拱坝上游面裂缝除采用结构措施处理外，还在拱坝上游面粘贴人造橡胶膜作防渗处理，共完成粘贴面积2 239.5m2；东风拱坝曾采用粘贴锚固三元乙丙橡胶膜技术对胸墙上游面进行处理， 总粘贴面积4 220m2。我国的工程技术人员还开发应用了多种止水防水新技术。例如，岩滩上游面使用了聚合物砂浆防渗层；温泉堡上游坝面铺设了4 000多平方米PVC 复合土工膜； 130m高的沙牌碾压混凝土拱坝在死水位以下部位使用了二布六涂弹性防水涂层；为了保温防渗，汾河二库碾压混凝土坝在整个上游坝面喷涂了约5cm厚的弹性发泡聚氨酯防渗层。

反应型无溶剂高弹性聚脲防渗材料和专用快速喷涂工艺是美国近年来开发出来的一种新型防渗技术，因施工速度快、效率高等特点，最近已在我国工程上大量应用。

新建碾压混凝土坝上游面设置柔性防渗体系和老混凝土坝上游面裂缝修复过程中采用柔性材料的成功经验，为特高常规混凝土拱坝坝踵区域开裂问题的解决提供了新的设计思路，即在特高拱坝坝踵区域一定范围内设置柔性防渗体系。该柔性防渗体系不是为了提高混凝土自身的防渗性能，而是期望能够覆盖坝踵区的裂缝，从而阻止高压库水进入坝踵裂缝，避免因坝踵开裂导致的漏水和高压库水进入坝踵裂缝后有可能产生的其它危害，从而提高坝体安全度。高拱坝超载能力高，采用柔性防渗体系，将承载能力和防止坝踵开裂漏水分开解决，有利于避开设置底缝、 周边缝的复杂工艺，同时又保障大坝的安全运行。

3、坝踵柔性防渗体系技术要求及可采用的材料

本文所介绍的新思路，柔性防渗体系其实就是一道预防措施，主要针对的是高拱坝坝踵出现裂缝之后，能够暂时缓解其带来的不良影响以及危害。具体来说，就是在高拱坝坝踵出现裂缝之后，我们可以立即启用柔性防渗体系，该体系的主要作用是缓解水给拱坝所带来的压力，保障拱坝坝踵裂缝不再恶化，给予我们充分的时间对坝踵裂缝进行维修。防身体系要起到降低水压的作用，就必须满足以下要求：（1）防渗系统的可靠性。防渗系统，顾名思义，其主要功能自然就是防渗。防渗系统是多个小部分通过物理装置连接而成的，部分损坏不会影响到整体的功能，这是该系统最大的优势。如果防渗系统还能够针对裂缝进行准确定位，那么就能够起到针对裂缝部位的减压功能，给修理工作赢得足够的时间。（2）防渗系统的强力抗压能力。防身系统主要的目的就是为了在坝踵产生裂缝之后，降低水压对裂缝的压迫，阻止裂缝的扩大。那么，降低的这一部分水压自然由防渗系统承担。如果防身系统没有很好的抗压能力，就无法起到效果，那么整个防渗系统就完全失去了作用。要想拥有强大的抗压能力，那么，我们就应该在防渗系统的设计和材料上面做文章。设计中，我们可以依据物理力学的一些原理，来尽可能的减少水流对系统的压迫，并且采用高抗压材料来作为整个系统的主要材料。（3）耐久性。着同样要依靠第二点所说的物理力学和材料来实现。好的设计自然是能够增加系统的使用周期，好的材料同样也能够延长系统的寿命。（4）工艺简洁。在耐久可靠地基础之上，如果系统的模型能够更加的简洁，便于施工，那么，这个系统就更加完美了。

4、结语

我国的水资源较为丰富，拱坝的建设成为必然趋势。目前，我国正在着手大力建设大批的高拱坝，这对我国的发展有着重要的意义。由于高拱坝体积较大，坝踵位置一旦出现裂缝，修补将会变得非常困难，而且花费极高，施工难度也很高。坝踵裂缝会严重影响拱坝的正常运作，甚至会危及坝体主体，是严重的安全隐患。正因为如此，我们在施工期间，就必须将这些因素通通考虑周全，为了防止坝踵开裂以及开裂之后做带来的安全隐患，必须在施工中就采取一些必要措施来防范坝踵开裂所带来的危害。本文提供了一种叫做柔性防渗体系的创新思路，至于该体系最终能够达到的效果，还得要通过具体的试验来证实，这就需要政府部门的支持了。总之，研究高拱坝坝踵开裂问题与解决措施在我国水利事业发展的进程中具有深远的意义。