水库砌石混凝土大坝渗漏原因分析及处理

第０８期（总第４２３期）　【文章编号】１００９～２８４６（２０１７）０８—００２８—０３　吉　林　水利　２０１７年０８月　水库砌石混凝土大坝渗漏原因分析及处理　丁勇杰　（新疆阜康－＋－７ｇ．ｆ，］管理总站，新疆　阜康市８３１５００）　［摘要］为消除大坝高水位蓄水运行工况下，坝体中部和右岸坝肩局部渗漏安全隐患．确保大坝综合利用效益　正常发挥。根据大坝渗漏现状和钻芯取样分析资料，结合大坝结构应力和拱座整体稳定性复核结果，采取集外　包结构混凝土、增设混凝土防渗面板和增补帷幕灌浆等为一体的防渗补强除险加固方案。施工后经高水位蓄水　运行和汛期大流量防汛检验，渗漏补强工程质量合格率达１００％。大坝渗漏问题得到有效处理。　［关键词】砌石重力拱坝；水泥砂浆；充填灌浆；水电站　［中圈分类号］ＴＶ６４１．３＋２：ＴＶ６９７．３＊２　［文献标识码］Ｂ　月枯水期，结合工程运行状况采取帷幕灌浆补强　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、城市供水和生态旅游等功能的年调节水　库。坝址以上集雨面积２．３５８ｋｍ　，主河流长　３．５６ｋｍ，平均河床比降为３．１９％。水库正常蓄水位　８７６．５８ｍ．相应库容５０８．５６ｘ１０４ｍ　，总库容６３９．７５×　１０４ｍ　，属小（Ｉ）１Ｖ等水利工程。水库最大设计坝高　４５ｍ，坝顶高程８８１．５８，坝顶拱弧长１３５ｍ，坝顶宽　加固处理，共在水库８４６ｍ高程及右岸坝肩处设置　１２个帷幕灌浆孑Ｌ进行防渗处理。经处理后，坝体局　部渗漏问题得到控制，但依然存在局部渗漏问题．　由于渗漏量少，大坝虽未得到全面处理，但不影响　大坝运行安全，决定大坝处理后继续监视运行。　２０１３年汛期，大坝渗漏量突然急剧增大，尤其是正　常水位８７６．５８以上运行时，渗漏问题越来越严重，　渗漏量达到２６７．５Ｌ／ｓ，呈现射流状、孑Ｌ流渗水等问　题，已严重威胁到大坝的与运行安全，除险加固安　５ｍ，防浪墙高程８８２．５８，上游坡比１：３。首部枢纽主　要由砌石拱坝、输水涵管和溢流坝等组成。工程于　全评定为三类坝。　根据水库历史档案资料、运行管理资料、现场　１９９７年Ｏ３月开工，２００１年１０月建成交付使用。　大坝建成投运后，各部位运行状况良好。　地质勘探和坝体钻芯分析．水库大坝渗漏主要表　现为坝体散浸现象，施工材料质量达不到设计标　准、坝体填筑质量较差等是导致大坝渗漏的主要　原因。筑坝铺土过厚、砌石整体不均匀、碾压不实．　尤其是分期分块填筑存在少压、漏压等问题，加上　后期运行的风化侵蚀和白蚁蚁害，坝体内部隐裂　２　大坝渗漏原因分析　２００９年５月初，为了为汛期做准备．对水库进　行高水位蓄水试验时，在正常蓄水位８７６．５８高程　隙高度发育、蚁道相互串通导致坝体有效防渗厚　度和截面减少，部分砌石材料透水率远超规范５Ｌｕ　防渗限值，串孔、漏水等问题不断加剧Ｉ”。水库运行　至今近ｌ５年里，在诸多因素的共同作用下．坝体　和坝肩渗漏问题不断加剧，虽采取过工程措施进　以下，大坝整体运行良好。但当蓄水位超过正常蓄　水位０．５ｍ时．发现右岸８４８．５０ｍ高程以上坝体及　坝肩处存在局部渗漏问题．初步量算漏水量约　７６．２Ｌ／ｓ；左岸坝基及８４７．５０ｍ高程坝体存在局部渗　漏问题，漏水量约８１．３Ｌ／ｓ。当蓄水位不断升高时，　行防渗加固，但受资金、养护技术等因素的制约，　渗漏部位的渗水量不断增加，为了确保水库大坝　安全，决定降低水位全时段监视运行。２０１０年１０　工程仍存在较大安全隐患。在大坝除险加固中，对　大坝整体安全稳定性进行全面复核．并结合复核　［收稿日期】２０１７—０４—１０　【作者简介］丁勇杰（１９７１一），男，新疆阜康人，工程师，主要从事水利工程运行管理工作。　２８—　一吉林水利　水库砌石混凝土大坝渗漏原因分析及处理　丁勇杰　２０１７年０８月　成果采取合理的工程措施进行防渗处理，确保水　标号为１２５号（Ｍ１２．５），砌体块石饱和抗压强度为　库大坝综合利用效益的安全稳定、高效优质发挥　３９—４７ＭＰａ．坝体内部防渗心墙混凝土强度为　尤为必要。　Ｃ１５。根据《水工建筑物荷载设计规范》（ＳＬ　７４４—　２０１６）中的推荐荷载组合［３１，选取基本组合（正常蓄　３　大坝稳定性安全复核　水位８７６．５８ｍ＋温降作用）和特殊组合（校核洪水位　８７７．８８ｍ＋温降作用＋地震荷载），两种荷载组合工　由于水库坝体和坝肩渗漏问题没有得到彻底　况对大坝结构应力和抗滑稳定性进行计算复核。　处理，高水位蓄水运行条件较差，长期处于带病运　３．２坝体结构应力复核　行工况，大面积渗漏和湿软问题严重影响到水库　坝体结构应力分析采用（ＡＤＳＣ—ＣＫ拱坝多拱　效益的正常发挥。尤其是水库蓄水位从未达到设　梁应力分析程序》，将整个拱坝看成由水平拱圈和　计校核洪水位．大坝是否安全稳定不确定。为准确　垂直悬臂梁两种主要结构体系组成．分载网格采　评估大坝结构整体安全稳定性，在大坝除险加固　用“７拱１５梁”拱梁网格布置，如图１所示。　过程中。对大坝结构应力和抗滑稳定性进行全面　采用拱坝多拱梁应力分析Ｉ４１，计算得各工况条　计算复核．为除险加固方案的合理确定提供详细　件下坝基、坝体及上、下游坝面的最大应力和位　技术参数指标Ｉ２１。　移，计算成果如表１所示。　３．１工程基本特性　从竣工资料可知拱坝拱圈中心角为１ｌ８ｏ。拱　半径５４．５ｍ，坝顶拱弧长１３５ｍ。拱坝为浆砌石填筑　结构，坝体内部设一层厚１．０ｍ素混凝土防渗心　墙。根据钻芯勘探结果，确定大坝坝基岩体为Ⅲ２　类一Ⅳ类玄武岩，浆砌石干密度为２．７２ｇ／ｃｍ　，砂浆　图１拱梁分载７拱ｌ５梁网格示意　表ｌ　坝体各工况条件下最大应力和位移计算成果　从表１可知，最大主压应力和最大主拉应力　梁），均小于规范要求的【６．１ＭＰａ］和【７．０ＭＰａ］的限值　均出现在大坝上游坝面．其中：在基本组合工况下　要求，符合规范要求。下部拱座７拱７梁～９梁虽　（正常蓄水位８７６．５８ｍ＋温降作用），坝体最大主压　存在局部拉应力，但最大拉应力也只有０．６２ＭＰａ，　应力和主拉应力为３．７９ＭＰａ（４拱９梁１和０．６２ＭＰａ　低于规范要求的【１．０ＭＰａ］限值指标，满足规范要　（６拱６梁）；特殊组合工况下（校核洪水位　求。　８７７．８８ｍ＋温降作用＋地震荷载），坝体最大主压应　３．３拱座稳定分析　力和主拉应力为３．５１ＭＰａ（１拱９梁１和０．３９（５拱６　大坝右岸含有裂隙的岩体，根据地质分析成　一２９—　吉林水利　水库砌石混凝土大坝渗漏原因分析及处理　丁勇杰　２０１７年０８月　果表明：拱座渗水部位存在的潜在滑裂面其摩擦　系数ｆ＝０．７５，粘聚力Ｃ＝０．６１ＭＰａ。岩体容重按　２３ｋＮ／ｍ，。拱座扬压力折减系数按ａ＝０．３６。采取刚　体极限平衡法进行计算，得出存在渗水问题的拱　座抗滑稳定安全系数成果，如表２所示。　从表２可知，拱座结构稳定安全系数基本组　合工况下最小３．５６，特殊组合工况下最小３．０６，均　大于规范要求的［３．０１和『２．５１要求，拱座整体安全稳　定性较好。　４　大坝防渗补强加固处理　４．１　大坝除险加固措施　大坝坝体结构应力和右岸拱座抗滑稳定分析　成果表明，大坝结构整体安全稳定性较好。但由于　坝体中部和右岸坝肩存在渗流问题．尤其是在高　水位蓄水运行条件下，渗漏量增大给大坝安全稳　定运行埋下巨大安全隐患闭。因此，针对大坝坝体　渗漏问题，结合大坝渗漏主要是由于施工质量差、　砌石密实度低等原因引起等分析结果。主要采取　以下措施对大坝进行防渗除险加固处理．即：　（１）外包混凝土增加坝体防渗性能：在坝体坝　基、左岸坝肩和右岸坝肩三边布置外包混凝土，其　中坝基处最高可达１６．０ｍ，厚度在坝冠处为０．８一　１．８ｍ，坝端处为３．０—４．０ｍ。基座底部混凝土深入　坝基岩石内部约１．５ｍ。通过外包混凝土，让坝体下　部所受荷载应力向坝肩岩体传导，可以有效增加　坝体和坝基防渗帷幕结构的整体抗滑稳定性。　（２）增设钢筋混凝土面板：坝体原采用混凝土　防渗心墙防渗，但由于施工质量较差，坝体在高水　位蓄水运行时渗漏较严重，在坝体上游表面增设　钢筋混凝土防渗面板，可以有效增加坝体整体防　渗性能。防渗面板顶部至校核洪水位８７７．８８ｍ以　上０．５ｍ，底部坝基与新建的外包混凝土连接。根据　大坝整体结构和上游防渗指标要求，混凝土防渗　一３０一　面板厚约４０—６５ｅｍ，即顶部宽４０ｅｒａ，底部宽　６５ｃｍ，与左、右岸坝肩连接部位防渗板厚约２ｍ。　（３）增补帷幕灌浆：在坝基和两岸坝肩增补帷　幕灌浆，沿坝基座延伸到左右岸坝肩岩体内部．形　成连续、完整的防渗帷幕体，有效增强坝体和坝肩　防渗性能和降低渗透压力，有效防治坝体渗漏问　题。灌浆孔按照单排布置，孔距２．０ｍ，最大孔深达　３５ｍ。　４．２大坝防渗补强应用效果分析　（１）坝体透水率检测：经防渗加固处理后的混　凝土砌石拱坝，坝体整体得到有效加长、加厚，使　坝体结构原有应力重新分布，安全稳定性得到有　效增强。为检测防渗结果，根据坝体整体结构，共　选择２４个试验段（右岸ｌ２个、左岸６个和坝基６　个）进行测试分析，结果表明：２４个试验段砌体透　水率为０．７９—４．２８Ｌｕ，均满足规范要求的５Ｌｕ指　标，防渗合格率为１００％，大坝坝体和坝肩渗漏问　题得到有效处理。　（２）运行效果：２０１４年１１月０１日，大坝防渗　除险加固工程竣工投运，历经２０１５年和２０１６年　高位蓄水运行和汛期考验，坝体及两岸坝肩渗漏　量监测值均为零，也未发现局部湿软问题。增设防　渗面板及增补帷幕灌浆，大坝整体防渗效果良好．　渗漏问题得到有效处理。口　参考文献：　［１】吴建廉．文子水库大坝渗漏原因分析及处理『Ｊ】．广东水利水电，　２０１１，（１０）：４８－５０．　【２】朱伯方．拱坝设计与研究【Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００２：　３１０—３ｌ５．　【３】刘华丽，彭辉．基于多拱梁分栽法的高拱坝应力分析　．云南水力　发电，２ｏｏ９，２５（０３）：２６—２９．　ｆ４】张永祥，张林洪，于国荣，等．某水库大坝除险加固措施的设计及　验证［Ｊ】．科学技术与工程，２０１１，（２６）：６４８２—６４８５．　【５】潘永，徐生有．小型砌石拱坝坝体漏水处理方案探讨［Ｊ】．小水电，　２０１０，（Ｏ１）：１５－１７．