柳大鴻

(福建省壽寧縣水利局，福建壽寧355500)

0 前言

砌石拱壩是早期乃至現(xiàn)在水庫(kù)建設(shè)常用設(shè)施，在維護(hù)水資源調(diào)度分配過(guò)程中起到了一定的作用。因受早期砌石拱壩設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)規(guī)范、施工條件的限制，隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用，水庫(kù)壩體正面臨著多方面的病害風(fēng)險(xiǎn)，拱壩內(nèi)外部結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷超標(biāo)而限制了其使用性能。從水庫(kù)可持續(xù)利用角度考慮，對(duì)拱壩采取優(yōu)化加固處理是不可缺少的，壩體培厚處理工藝得到了普及應(yīng)用。

1 砌石拱壩病害特點(diǎn)

砌石拱壩以其受力結(jié)構(gòu)合理、能充分發(fā)揮砌體抗壓強(qiáng)度、節(jié)省工程量、就地取材以及節(jié)省水泥鋼筋等特點(diǎn)，在小型水庫(kù)建設(shè)中得到最廣泛的應(yīng)用。

1)由于受當(dāng)時(shí)計(jì)算手段的限制，拱壩體型多為定圓心、等半徑的單曲等厚拱壩體型，在壩體應(yīng)力計(jì)算方面，基本采用純拱法［1］。應(yīng)力控制又采用正應(yīng)力而不是主應(yīng)力。

2)壩體砌筑的膠結(jié)材料多以100#及以下強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的水泥砂漿或細(xì)石混凝土為壩體膠結(jié)材料，但抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低。

由于以上情況帶來(lái)的結(jié)果是:其抗壓強(qiáng)度基本可以滿足要求，壩體下部特別是靠近河床位置的往往出現(xiàn)較大的主拉應(yīng)力，有些拱壩拱冠上游面的主拉應(yīng)力甚至數(shù)倍于規(guī)范值。按照現(xiàn)有《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL25—2005):對(duì)于中、小型砌石拱壩主要宜控制壓應(yīng)力，但過(guò)大的拉應(yīng)力仍然使拱壩周邊容易產(chǎn)生裂縫并帶來(lái)漏水，如圖1，這對(duì)水庫(kù)安全及工程的耐久性帶來(lái)不可忽視的影響。

圖1 拱壩開裂示意圖

2 壩體培厚壩體的加固方案

目前砌石拱壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)力復(fù)核計(jì)算主要采用多拱梁法。對(duì)于原來(lái)采用純拱法計(jì)算應(yīng)力的壩體在計(jì)入梁向應(yīng)力后，壩體下部特別是靠近河床位置周邊，由于其梁向正應(yīng)力也較大，從而帶來(lái)主應(yīng)力急劇增大［2］。

針對(duì)上述分析:壩體下部周邊增大的應(yīng)力中梁向應(yīng)力占有的比例相對(duì)較大，結(jié)合小型拱壩基本是單曲拱壩的特點(diǎn)，所以在拱壩除險(xiǎn)加固中，采取對(duì)壩體下部進(jìn)行培厚，消除梁向應(yīng)力，進(jìn)而降低主應(yīng)力滿足規(guī)范要求，是最為有效和簡(jiǎn)單的方法。壩體培厚方案可選擇壩體上游培厚和壩體下游培厚兩種方案。兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)分別如下:

2.1 上游壩面培厚

優(yōu)點(diǎn):壩體上游面培厚防滲效果好。

缺點(diǎn):首先在施工期內(nèi)須全過(guò)程放空水庫(kù)，影響水庫(kù)工程對(duì)下游的用水。②壩基需設(shè)置施工導(dǎo)流，但除險(xiǎn)加固水庫(kù)一般已經(jīng)運(yùn)行30～40，庫(kù)底已經(jīng)有相當(dāng)?shù)挠俜e量，在庫(kù)內(nèi)淤積的基礎(chǔ)上施工圍堰不僅工程量大，難度也大。③上游面培厚需對(duì)兩岸壩肩上游側(cè)岸坡進(jìn)行擴(kuò)大開挖，為滿足壩肩開挖時(shí)的徑向要求，上游的培厚開挖也相應(yīng)較深，不僅工程量大，而且除險(xiǎn)加固的基礎(chǔ)開挖原則上只能以人工開挖為主，施工難度大，工程造價(jià)高。因此，壩體上游面培厚方案施工難度較大，工程造價(jià)高，工期也較長(zhǎng)，且存在一定的施工安全問(wèn)題。

2.2 下游壩面培厚

優(yōu)點(diǎn):①僅在部分施工時(shí)段放空水庫(kù)，無(wú)須全施工期都放空水庫(kù)，對(duì)下游用水影響較小。②不需要施工導(dǎo)流工程，不存在上游培厚需解決壩基施工導(dǎo)流問(wèn)題。③兩岸壩肩處的開挖工程量小，培厚工程量也比上游面培厚少，工程造價(jià)低。④培厚施工較簡(jiǎn)單，工期較短，投資省，施工安全。

缺點(diǎn):在下游面培厚壩體，總體防滲不如上游面培厚方案。

下游面培厚壩體方案與上游面培厚壩體方案相比，投資較省，施工簡(jiǎn)單，工期短，干擾少，不存在上游面培厚需要解決壩基施工導(dǎo)流問(wèn)題，且無(wú)須在整個(gè)施工期間放空水庫(kù)，對(duì)下游用水影響小，重要的是解決了施工安全問(wèn)題。同時(shí)小型拱壩總壩高一般不高，總體防滲可通過(guò)下游培厚解決。另外，根據(jù)壩體應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析，下游培厚對(duì)改善應(yīng)力將更為有利。因此，壩體培厚一般采用下游面培厚壩體方案。

3 壩體培厚施工處理工藝

3.1 壩體培厚的結(jié)構(gòu)要求

根據(jù)壩體應(yīng)力復(fù)核成果，通過(guò)工程措施改善拱壩壩體應(yīng)力。對(duì)拱壩進(jìn)行培厚，并對(duì)新舊壩體采用鋼筋錨固與接觸灌漿處理。

1)培厚形式。培厚壩體一般選擇等厚培厚方案，緊貼舊壩體上游面或下游面進(jìn)行拱圈布置。

2)材料選擇。要求選擇與原壩體強(qiáng)度指標(biāo)相同的培厚壩體材料，滿足應(yīng)力計(jì)算的材料要求。

3.2 壩體培厚施工處理工藝控制重點(diǎn)

1)培厚壩體基礎(chǔ)開挖。一般應(yīng)開挖至新鮮微風(fēng)化或弱風(fēng)化的中、下部基巖。整個(gè)壩基利用巖面的縱坡應(yīng)平順而無(wú)突變，基礎(chǔ)開挖要求采用人工開挖為主，一般不采用炸藥特別是大藥量的爆破，以不影響拱肩巖體穩(wěn)定。開挖過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意拱肩的穩(wěn)定情況。

2)培厚壩基固結(jié)灌漿。培厚基礎(chǔ)須采取全面固結(jié)灌漿，以增加基巖的整體性。當(dāng)基礎(chǔ)節(jié)理裂隙發(fā)育、抗?jié)B性較差時(shí)尚須采用深孔固結(jié)灌漿和擴(kuò)大固結(jié)灌漿范圍。對(duì)于坡度大于50°～60°的陡壁面，壩基接觸面以及基巖中開挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的頂部，尚應(yīng)進(jìn)行接觸灌漿，以提高接觸面上的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，防止沿接觸面滲漏。

3)帷幕灌漿。帷幕線一般布置在壓應(yīng)力區(qū)，并盡可能靠近上游面。當(dāng)壩體較薄或未設(shè)廊道時(shí)，盡可能在上游壩腳處進(jìn)行。當(dāng)有繞壩滲漏，將影響拱座巖體穩(wěn)定，或?qū)⒁饚?kù)水的水量損失時(shí)，防滲帷幕還應(yīng)深入兩岸山坡內(nèi)，與重力壩的情況類似，但要求應(yīng)更嚴(yán)格。

4)新舊壩體接觸面。新舊壩體接觸面處理包括原壩體與舊壩體接觸面的清潔，以及新舊壩體接觸面的接觸灌漿，并對(duì)新舊壩體采用鋼筋錨固，接觸灌漿選擇合適的灌漿時(shí)間和嚴(yán)格控制灌漿壓力和回漿壓力。防止新舊壩體脫離。

5)壩體培厚砌筑。對(duì)拱壩進(jìn)行培厚，上游壩面培厚須在全施工期都放空水庫(kù)狀態(tài)下進(jìn)行，下游壩面培厚，無(wú)須全施工期都放空水庫(kù)，僅在部分施工時(shí)段如壩體培厚砌筑時(shí)段放空水庫(kù)。壩體培厚立模與壩腹砌筑同時(shí)進(jìn)行，兩岸壩肩設(shè)置厚0.5 m的C15素混凝土墊層。對(duì)于培厚部位的新舊壩體接觸面，應(yīng)進(jìn)行清理，清除壩面的鈣化物質(zhì)、苔蘚等，將原壩體下游面條石砌石的勾縫砂漿鑿除，用高壓水沖洗干凈。砌體中的膠結(jié)材料終凝后，對(duì)砌體進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)氣溫高于年平均氣溫或＜5℃時(shí)應(yīng)停止砌筑。

［1］翟政東，舒仲英，李龍國(guó).下澗口砌石拱壩除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化［J］. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2007(01):115-118，121.

［2］朱友聰，王林素.淺析某水電站大壩裂縫對(duì)工程正常使用的影響［J］.浙江水利科技，2004(05):14-15.