彭琦，高大水，葉俊榮，楊志華

（1.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢，430010；3.江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西南昌，330000）

砌石壩新老混凝土面板結(jié)合技術(shù)與效果分析

彭琦1,2，高大水1,2，葉俊榮1,2，楊志華3

（1.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心，湖北武漢，430010；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢，430010；3.江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西南昌，330000）

我國(guó)砌石壩數(shù)量眾多，且絕大多數(shù)采用上游混凝土面板防滲。許多砌石壩因壩體變形且年久失修，防滲面板逐漸失效而發(fā)生滲漏，需要在老的混凝土防滲面板上游側(cè)新建混凝土防滲面板，新老混凝土防滲面板之間的可靠結(jié)合是防滲加固成功與否的關(guān)鍵，但現(xiàn)行規(guī)范尚未對(duì)此提供成熟的加固技術(shù)方案。筆者提出采用錨固與粘結(jié)兩種措施相結(jié)合的技術(shù)，對(duì)已采用該技術(shù)的某水庫(kù)砌石壩新老混凝土防滲面板監(jiān)測(cè)成果的分析表明，采用此技術(shù)可使新老混凝土防滲面板可靠結(jié)合，保障此類砌石壩面板加固后的防滲效果。

砌石壩；防滲面板；結(jié)合；監(jiān)測(cè)

1 概述

目前，我國(guó)砌石壩數(shù)量眾多，高度15 m以上的砌石壩已超過(guò)2 000多座，其中壩高超過(guò)70 m的有30多座[1]，大部分建造于改革開(kāi)放以前，多數(shù)大壩運(yùn)行至今超過(guò)40年，許多砌石壩逐漸出現(xiàn)了病險(xiǎn)情，尤其是壩體滲漏問(wèn)題日益嚴(yán)重，需進(jìn)行防滲處理。

砌石壩防滲結(jié)構(gòu)型式主要有三種：上游壩面混凝土防滲面板、壩體內(nèi)混凝土防滲墻、壩體自身防滲。絕大多數(shù)采用的是上游壩面混凝土防滲面板型式，這種防滲型式對(duì)防滲面板的防滲性能要求較高，防滲面板一旦失效，將直接導(dǎo)致壩體滲漏。目前針對(duì)此類情況，可采用壩體灌漿重建垂直防滲體[2]、上游防滲面板表面涂刷防水涂料、水下澆筑不分散混凝土貼面、老防滲面板上游重新增設(shè)鋼筋混凝土防滲面板等。壩體灌漿重建垂直防滲體方案對(duì)壩體結(jié)構(gòu)破壞較大；上游防滲面板表面涂刷防水材料方案難以保障在高水頭作用下防滲效果的長(zhǎng)期耐久性；水下澆筑不分散混凝土貼面需要施工，施工難度較大，且不能直接處理淤積高程以下壩面，需要大量水下清淤工作[3]。老防滲面板上游重新增設(shè)鋼筋混凝土防滲面板技術(shù)較為可靠，但對(duì)較高的漿砌石壩如何保障上游壩面垂直防滲面板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及新老防滲面板結(jié)合的可靠性，是需要解決的技術(shù)難點(diǎn)，也是防滲加固成功與否的關(guān)鍵。以某水庫(kù)已實(shí)施的漿砌石重力壩加固工程為例，介紹一種砌石壩新老防滲面板結(jié)合技術(shù)，并通過(guò)監(jiān)測(cè)資料分析，說(shuō)明該技術(shù)的可靠性和加固效果。

該水庫(kù)大壩為漿砌石重力壩，壩頂高程215.2 m，頂寬8.0 m，最大壩高43.4 m，壩頂長(zhǎng)357 m，大壩底部為混凝土基礎(chǔ)，壩體為漿砌石砌筑，上游壩面為厚0.5～2.62 m的混凝土防滲面板，面板厚度從下至上分級(jí)遞減。經(jīng)多年運(yùn)行后，混凝土防滲面板出現(xiàn)了多處裂縫、露筋、蜂窩、孔洞和析鈣等缺陷，其混凝土抗?jié)B等級(jí)不滿足要求，防滲體系存在缺陷，運(yùn)行期曾出現(xiàn)滲流險(xiǎn)情，主壩滲流性態(tài)不安全。針對(duì)漿砌石主壩上游混凝土防滲面板存在的問(wèn)題，采取了在老混凝土防滲面板上增設(shè)鋼筋混凝土防滲面板的處理措施。

2 新老混凝土面板結(jié)合技術(shù)

2.1 新老混凝土防滲面板結(jié)合布置

新建混凝土防滲面板為貼合老混凝土防滲面板的薄層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底部坐落于主壩上游壩踵基巖上，面板頂高程與壩頂高程相同，為215.20 m。新建混凝土防滲面板采用折線形，折點(diǎn)處高程為190.00 m，190.00 m高程以下防滲面板坡比為1∶0.25、厚度為1.46 m，190.00 m以上的面板厚度為0.5～1.0 m。壩踵處防滲面板厚度與其最大水頭比值為1.46/43.4=1/37，比值在規(guī)范要求的1/30～1/60范圍內(nèi)。新建混凝土防滲面板混凝土等級(jí)為C25，混凝土的抗?jié)B等級(jí)為W8，抗凍等級(jí)為F100。

新建混凝土防滲面板與上游壩面老混凝土防滲面板間同時(shí)采用錨固與粘結(jié)兩種措施相結(jié)合的技術(shù)，一種措施是在原防滲面板內(nèi)鉆孔植入鋼筋，再澆筑新混凝土防滲面板，通過(guò)植筋將新防滲面板錨固在老防滲面板上；另一種措施是鑿毛老混凝土防滲面板表面并清洗干凈后，涂刷無(wú)機(jī)界面膠以粘結(jié)新老混凝土面板。

2.2 結(jié)合材料與技術(shù)

2.2.1 植筋

新老混凝土防滲面板間采用了植筋錨固措施，采用直徑20 mm的植筋膠錨桿錨固，如圖1所示，錨桿間、排距1.5 m，錨桿外側(cè)端頭設(shè)10 cm直鉤，錨桿內(nèi)側(cè)偏向水平方向以下5°，錨固深度50 cm，抗拉力≥110 kN。

植筋施工程序：測(cè)量放線→手風(fēng)鉆鉆孔→高壓風(fēng)槍將孔清洗干凈→檢查驗(yàn)收→拌制、灌注植筋膠并灌實(shí)→安插錨筋→靜置固化。

2.2.2 無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠

圖1 新老混凝土防滲面板錨筋布置Fig.1 Layout of anchor bars of new and old concrete face slabs

新老防滲面板間采用了混凝土界面粘結(jié)措施，在鑿毛后的新老混凝土結(jié)合面均勻涂抹一層無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠[4]，然后澆筑新混凝土防滲面板。無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indexes of inorganic interface adhesive

無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠由無(wú)機(jī)界面膠、普通硅酸鹽水泥與水按一定配比配制而成，涂刷厚度2 mm左右。

2.3 新老混凝土防滲面板結(jié)合施工

在老防滲面板植筋前，需用鋼筋探測(cè)儀測(cè)出老防滲面板內(nèi)鋼筋的分布情況，確定植筋孔位置，孔位必須避開(kāi)鋼筋位置。用電錘鉆孔，孔徑?56 mm，再用吹風(fēng)機(jī)吸出孔內(nèi)的灰塵，用酒精清洗孔壁，用棉紗擦干凈，保持孔內(nèi)干燥，再注入無(wú)機(jī)植筋膠，將錨筋除銹，用酒精清洗，將錨筋放入孔底，直至植筋膠固化即完成植筋。7 d后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)90處植筋進(jìn)行拉拔力無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)試驗(yàn)平均值116 kN，合格率90%。無(wú)機(jī)界面粘結(jié)膠施工時(shí)，先將原混凝土防滲面板表面打毛并沖洗干凈，刷膠前呈飽和面干狀態(tài)，再邊刷膠邊澆混凝土，然后與混凝土一起養(yǎng)護(hù)。新老防滲面板結(jié)合實(shí)施前后對(duì)比見(jiàn)圖2所示。

圖2 新老防滲面板結(jié)合實(shí)施前后對(duì)比Fig.2 Comparison of upstream dam face before and after rein?forcement

3 新老混凝土面板結(jié)合效果監(jiān)測(cè)分析

為確保新建防滲面板的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新老防滲面板的接縫開(kāi)度，澆筑新防滲面板前，在新老防滲面板結(jié)合面部位埋設(shè)若干測(cè)縫計(jì)，布置在Y0+090.00、Y0+143.00和Y0+197.00三個(gè)典型斷面，每個(gè)斷面分別在防滲面板底部、1/3壩高和2/3壩高部位附近各埋設(shè)1支單向測(cè)縫計(jì)，其中壩高最高的Y0+197.00斷面測(cè)縫計(jì)布置如圖3所示。

新建混凝土防滲面板測(cè)縫計(jì)電纜沿新老防滲面板結(jié)合面引至壩頂電纜保護(hù)管后，再集中引至MCU自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每支測(cè)縫計(jì)埋設(shè)方式如圖4所示。

圖3 新老混凝土面板結(jié)合面測(cè)縫計(jì)布置Fig.3 Layout of joint meters at bonding surface of new and old concrete face

圖4 測(cè)縫計(jì)埋設(shè)圖Fig.4 Installation of joint meter

測(cè)縫計(jì)安裝于2012年2月，在埋設(shè)初期，測(cè)值具有較為明顯的時(shí)效作用，一般是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，縫寬有張開(kāi)趨勢(shì)。埋設(shè)半年后，測(cè)縫計(jì)也仍具有較小的張開(kāi)時(shí)效作用，但變化幅度明顯減小。將2014年8月～2015年11月期間的測(cè)縫計(jì)測(cè)值減初始值得到縫寬，縫寬特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2所示。

表2 新老面板接縫統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of joints of new and old concrete face

圖5 各測(cè)點(diǎn)測(cè)縫值變幅線Fig.5 Measured value by each joint meter

庫(kù)水水溫在接近蓄水位處受氣溫影響變化較大，夏季水溫會(huì)上升，冬季水溫將下降，庫(kù)底水溫受氣溫影響則較小。從歷時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程線可見(jiàn)，新老防滲面板間縫寬變化受溫度變化影響明顯，與溫度有明顯的負(fù)相關(guān)。接近蓄水位的上部測(cè)點(diǎn)在夏季溫度升高縫寬小，冬季溫度降低則縫寬增大，變幅主要在±0.15 mm范圍內(nèi)，變幅很小。庫(kù)底水溫變化不明顯，因而下部測(cè)點(diǎn)J11、J20、J21、J30、J31測(cè)值基本無(wú)變化，變幅趨近于零。

圖6 各測(cè)點(diǎn)測(cè)縫值偏離程度Fig.6 Deviation of measured value by each joint meter

4 防滲效果分析

4.1 防滲面板抗?jié)B等級(jí)抽樣檢測(cè)

該水庫(kù)工程主壩防滲面板重構(gòu)完工后進(jìn)行了第三方質(zhì)量抽檢，采用鉆芯取樣檢測(cè)，抗?jié)B等級(jí)共抽檢6組，抽檢成果見(jiàn)表3所示。

主壩上游防滲面板抗?jié)B等級(jí)檢測(cè)結(jié)果達(dá)到W8的設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場(chǎng)檢查新澆混凝土防滲面板表面也無(wú)明顯裂縫和滲水析鈣缺陷。

表3 新澆混凝土防滲面板抗?jié)B等級(jí)抽檢成果Table 3 Sampling results of impermeability grade of new con?crete face slabs

4.2 加固前后滲壓監(jiān)測(cè)分析

對(duì)加固前后壩基滲壓監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，加固前于1995年7月14日測(cè)得壩基滲壓最大值，加固后于2015年9月15日測(cè)得滲壓最大值，見(jiàn)表4所示。

從表4可知，滲壓最大值時(shí)壩前相應(yīng)庫(kù)水位差別不大，在加固后比加固前庫(kù)水位略高的情況下，加固后防滲面板后滲壓降低3.66 m，加固后廊道內(nèi)測(cè)壓管滲壓最大值比加固前低。由此可見(jiàn)，經(jīng)防滲加固后，壩體、壩基滲壓有所降低，防滲效果明顯。

表4 加固前后壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)成果對(duì)比Table 4 Monitored uplift pressure of dam foundation before and after reinforcement

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)已實(shí)施的某水庫(kù)砌石壩新建防滲面板進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料分析表明：同時(shí)采用錨固與粘結(jié)兩種措施相結(jié)合的技術(shù)，可使新老混凝土防滲面板可靠結(jié)合，保障此類砌石壩面板加固后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和防滲效果，可為類似工程提供借鑒參考。

[1]SL 25-2006,砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]邱友紅,賈山.漿砌石大壩面板加固處理方案實(shí)例剖析[J].黑龍江水利科技,2009,37(4):52-53.

[3]許志亮.云霄水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩防滲面板設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù),2009,45(5):34-36.

[4]宋應(yīng)玉,周啟,高大水,等.CYJ-J1混凝土無(wú)機(jī)界面膠材料研究[J].人民長(zhǎng)江,2011,42(12):45-49.

Combination technology and effect analysis of new and old concrete face slab for masonry dam

PENG Qi,GAO Da-shui,YE Jun-rong and YANG Zhi-hua

National Dam Safety Research Center

There are a large number of masonry dams in China,most of which use concrete face slab as upstream seepage prevention.Because of dam deformation and disrepair,many face slabs of masonry dam gradually fail and leak.It is necessary to build a new concrete face slab on the upper side of the old.The reliable combination of the new and old concrete face slab is the key to anti-seepage reinforce?ment,but the existing codes have not yet provided a mature technical scheme.In this paper,a technique scheme of combining anchorage and bond is proposed.Based on the monitoring result analysis of the project that has adopted the technology,it is indicated that the new technology can make reliable combi?nation of the new and old concrete face slab.

masonry dam;anti-seepage face slab;combination;monitoring

TV641.3

：B

：1671-1092（2017）04-0052-05

2017-05-19；

2017-05-22

彭琦（1981-），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，主要從事水工設(shè)計(jì)、咨詢及病險(xiǎn)水庫(kù)安全評(píng)價(jià)、鑒定工作。

作者郵箱：pengqi@cjwsjy.com.cn