大壩壩內(nèi)涵洞封堵加固方案設(shè)計與探討

張旭輝 黃春華 袁明道

（廣東省水利水電科學研究院、廣東省大壩安全技術(shù)管理中心，廣東廣州 510635）

珠三角某水庫是一宗以防洪、供水為一體的Ⅲ等中型水利工程，工程建于 1955年，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高20.5m，壩頂高程為19.50m（相對高程，以水庫涵管進口底高程為0m），壩頂寬6.5m，壩長150m。工程主要水工建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。

1 土壩滲漏水及壩內(nèi)涵洞情況

2012年1月，水庫管理人員日常巡視檢查發(fā)現(xiàn)，大壩壩后左側(cè)防汛路旁山坡存在漏水。大壩壩后發(fā)現(xiàn)漏水前階段，水庫一直處于12m以上的較高水位運行，是近幾年水庫較高蓄水位?，F(xiàn)壩后防汛路旁漏水位置表面原來一直小范圍有濕潤，但沒有明顯流動水，直到前階段水庫高水位運行后突然發(fā)現(xiàn)漏水量增大，挖開漏水點后，發(fā)現(xiàn)為一報廢舊涵管出水。漏水情況發(fā)生后，技術(shù)人員到現(xiàn)場查勘調(diào)查，并使用管道內(nèi)窺儀等設(shè)備進行探查，但受管內(nèi)淤積泥土阻擋無法深入。

經(jīng)了解，漏水的舊涵管為鋼管，前接水庫舊輸水涵洞內(nèi)（輸水涵洞為水庫左側(cè)舊溢洪道改建），輸水涵洞已于大壩培厚加高時封堵，涵管以前主要是為舊水廠供水，20世紀80年代已報廢。因舊輸水涵洞和舊涵管改造時間已超過 20年，舊涵洞和涵管的相關(guān)工程資料全無。經(jīng)當年施工人員回憶，舊涵洞總長約30m，斷面為正方形，寬、高約1.5m，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 漏水原因分析

大壩壩后漏水情況發(fā)現(xiàn)后，水庫涵管放水降低庫水位。據(jù)觀測，水庫水位為 12.33m時，舊涵管出水量約為 16m3/h （4.44L/s），經(jīng)水庫放水降至11.83m時，舊涵管出水量約為11m3/h（3.06L/s），涵管出水量隨庫水位下降明顯減小。

通過現(xiàn)場情況及調(diào)查分析，大壩 20多年前加固時，舊涵洞洞內(nèi)空腔未封堵。在持續(xù)的滲流水頭作用下，特別是在近期的高水頭作用下，壩體內(nèi)滲透水從洞內(nèi)側(cè)墻及頂板的施工伸縮縫、側(cè)墻與底板之間施工縫和側(cè)墻、頂板混凝土蜂窩等滲入涵洞，由舊涵管流出。同時帶走周邊壩體填土而出現(xiàn)了滲流破壞，其周邊回填土出現(xiàn)接觸沖刷，舊涵管出現(xiàn)了淤積。說明舊涵洞周邊回填土體因滲流破壞而被帶出，舊涵洞周邊已出現(xiàn)集中滲漏通道。

3 涵洞封堵方案比選

土壩壩內(nèi)舊涵洞封堵加固措施初擬三種方案。

方案一：開挖土壩后拆除舊涵洞回填粘土壓實。

方案二：封堵舊涵洞采用粘土漿或水泥粘土漿充填涵洞內(nèi)空腔。

方案三：封堵舊涵洞采用自密實混凝土充填涵洞內(nèi)空腔。

方案一的大開挖方案總體處理效果較好，但舊涵洞埋深較深，開挖需將大壩左側(cè)壩體大部挖開，工程量大，開挖及回填碾壓需大型機械進場施工，特別是臨近汛期，挖開大壩對汛期防洪安全十分不利，新舊壩體接觸部位處理不好也易滲水。

方案二采用粘土漿或水泥粘土漿充填涵洞內(nèi)空腔，可在壩面直接鉆孔后灌漿施工，施工方法簡便，但處理效果一般，難以完全填充涵洞空腔，未根本解決滲水和接觸沖刷問題，易留下安全隱患。

方案三采用 C20自密實混凝土充填涵洞內(nèi)空腔，可在壩面直接鉆孔灌注。在自密實混凝土充滿涵洞的基礎(chǔ)上，配合采用涵洞二次灌水泥漿和充填灌漿封堵涵洞周邊集中滲漏通道，可有效解決涵洞的接觸滲流和接觸沖刷問題，且該方案與方案二同樣施工簡便，也無方案一開挖大壩造成的防汛安全問題，方案實施造價不高。

根據(jù)大壩地質(zhì)勘察相關(guān)成果，舊涵洞是在水庫舊溢洪道改建而成，基礎(chǔ)條件較好，為弱風化花崗巖，涵洞充填完成后不會產(chǎn)生較大的沉降和變形。

經(jīng)綜合對比分析，選用方案三的采用自密實混凝土充填涵洞內(nèi)空腔的涵洞封堵方案。

4 自密實混凝土技術(shù)

自密實混凝土是具有高流動性、不離析、均勻性和穩(wěn)定性。澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實的混凝土。1988年在日本首次提出后發(fā)展迅速，國內(nèi)逐漸應(yīng)用成熟，被稱為“近幾十年中混凝土建筑技術(shù)最具革命性的發(fā)展”。

自密實混凝土的優(yōu)點如下。

（1）保證混凝土良好地密實。

（2）提高生產(chǎn)效率，由于不需要振搗，混凝土澆筑需要的時間大幅度縮短。

（3）改善混凝土的表面質(zhì)量。不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補。

（4）增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的自由度，不需要振搗，可以澆筑成型形狀復雜、薄壁和密集配筋的結(jié)構(gòu)。

（5）改善工作環(huán)境和安全性。

（6）提高施工速度、減小工期、降低工程整體造價等。

本工程采用的C20自密實混凝土配制原材料選擇如下。

(1)水泥：采用 P·O42.5R級水泥，標準稠度用水量低。

(2)摻合物：優(yōu)質(zhì)II級粉煤灰。

(3)外加劑：選用萘系高效減水劑、增稠劑、膨脹劑。

(4)粗骨料：選用級配良好，粒徑為 5～16mm，含泥量 ≤0.5%的碎石。

(5)細骨料：細度模數(shù)2.6，砂中所含粒徑小于0.125mm的細粉不低于10%。

表1 C20自密實混凝土配合比

選擇合理的原材料，選擇適當?shù)挠盟颗c外加劑摻量，使高流動性和高抗離析性達到最佳的平衡狀態(tài)，并使混凝土具有低水化熱、良好的力學性能、抗裂性能和耐久性能。

5 涵洞封堵加固實施

涵洞封堵方案實施程序如下。

（1）水庫進行控制性放水，令庫水位在施工前緩降至涵洞底板以下高程。

（2）在舊鐵涵管出口處用混凝土封堵，并預(yù)埋灌漿管從出口進行充填粘土水泥漿。

圖1 涵洞封堵施工平面布置圖

（3）平行舊涵洞軸線離左右側(cè)墻0.5m各布置一排灌漿孔，對左右側(cè)墻、底板和頂板進行充填灌漿，灌漿孔孔距3m，孔深進入舊涵洞底板外側(cè)以下1.0m，灌漿孔深為8～13m，布置充填灌漿孔14個。

（4）沿洞軸線在洞頂每隔 5m（水平距離）鉆直徑130mm充填自密實混凝土（塌落度為15～25），并安裝好PVC管，共布置6個充填混凝土孔，使用混凝土泵車通過管道向 PVC管內(nèi)灌注自密實混凝土，自壩后背水坡孔向壩前迎水坡孔灌注，直至充滿涵洞。

（5）混凝土封堵完成一個月后在洞軸線上布置6個充填素水泥漿的灌漿孔，目的充填混凝土脫空區(qū)。灌漿孔進入洞頂板以下0.3m，灌漿孔深為7～12m。

圖2 涵洞封堵施工橫剖面圖

（6）本次充填灌漿洞軸線上的灌漿孔采用素水泥漿，水灰比為2:1～1:1；涵洞左右兩側(cè)灌漿孔采用粘土水泥漿，水泥占粘土干料的15﹪，充填灌漿壓力采用0.25MPa，沿線充填灌漿孔復灌2次連續(xù)2次達到設(shè)計壓力后終孔。

6 涵洞封堵效果及試驗檢查

（1）工程完工1個月后在舊涵洞兩側(cè)鉆檢查孔進行注水試驗，壩體滲透系數(shù)k均小于1×10-4cm/s。

（2）工程完工后 3個月內(nèi)，控制水庫在低于涵洞底高程水位運用，3個月后逐漸回蓄正常高水位。水庫在正常高水位運用時，經(jīng)巡查觀測，舊涵管及大壩涵洞附近壩后均不漏水，封堵效果明顯。

7 結(jié) 語

隨著一大批水利水電工程除險加固工程的開展實施，大壩壩內(nèi)廢棄的涵洞、涵管等穿壩、穿堤建筑物的處理應(yīng)引起高度重視，加固工程應(yīng)特別注意封堵措施的有效性和可靠性，避免埋下安全隱患，確保工程長久安全運行。

該土壩壩內(nèi)涵洞封堵加固設(shè)計方案結(jié)合工程實際情況綜合對比，應(yīng)用自密實混凝土技術(shù)，采用多種手段并用，著重封堵的可行性、有效性和可靠性，供其他工程涵洞、涵管等建筑物封堵工程參考。

[1]CECS203-2006自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國計劃出版社,2006

[2]CECS02-2004自密實混凝土設(shè)計與施工指南[S].北京:中國計劃出版社,2004

[3]詹國良,彭瑞鴻,鄧旭華,陳洪毅,楊智榮.C20低強度自密實混凝土的試驗研究及工程應(yīng)用[J].混凝土.2011(9):128-130