張喜武，侯福江，王 楊，溫 斌，孫煜東

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林長春130021；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司科學(xué)研究院，吉林長春130021）

1 工程概況

蓋下壩水電站位于重慶市云陽縣和奉節(jié)縣境內(nèi)長江一級支流-長灘河中上游河段，距下游長江入口處故陵鎮(zhèn)約45 km，距云陽縣城約72 km，水庫總庫容3.54×108m3，電站總裝機容量132 MW。大壩及泄水建筑物為1級建筑物，消能建筑物為3級建筑物，引水發(fā)電建筑物為3級建筑物。

2 壩體體形及結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

2.1 拱壩體形優(yōu)化

拱壩經(jīng)優(yōu)化選定的體形為橢圓雙曲拱壩，最大壩高160.00 m，拱壩基本體形141 m，是我國最高橢圓雙曲拱壩，壩頂長153.2 m，拱冠梁底厚14.96 m，厚高比0.106，已建、運行的最薄高拱壩，國內(nèi)外超薄高拱壩參數(shù)統(tǒng)計。

2.2 取消壩體排水孔及排水廊道

由于工程無冰凍問題，且屬于超薄拱壩，故取消了壩體排水孔，進而取消了壩體排水廊道，避免了排水廊道對超薄拱壩壩體的削弱及壩體局部孔洞應(yīng)力集中，節(jié)省了投資，更重要的是簡化施工工藝，縮短了工期、減少施工干擾，便于混凝土入倉、平倉、震搗，對于保證混凝土澆筑質(zhì)量和進度都是有益的。此項設(shè)計優(yōu)化在國內(nèi)同級別拱壩建設(shè)中也是大膽的嘗試，并取得了良好的效果。

3 超薄拱壩增設(shè)柔性防護體系必要性

1）工程在技施階段取消了壩體排水孔及排水廊道，對于提高混凝土澆筑質(zhì)量，加快澆筑進度是有好處的。然而取消壩體排水孔，壩體內(nèi)滲透壓力勢必有增大趨勢，提高混凝土抗?jié)B性能對減少壩體滲透壓力進而減小水力劈裂是有好處的。提高混凝土抗?jié)B性能的常規(guī)辦法是增加混凝土水泥用量，但增加水泥用量導(dǎo)致混凝土水化熱增加，加大了溫控難度和成本。壩體上游面設(shè)置柔性防護體系，既不增加混凝土中水泥的用量，又提高了壩體防滲性能，噴涂聚脲。

2）工程取消了壩體排水廊道，河床部位保留了基礎(chǔ)灌漿廊道。由于壩體超薄，基礎(chǔ)灌漿廊道距離大壩上游面距離較近，基礎(chǔ)灌漿廊道距離大壩上游面最小距離只有8.0 m，混凝土最大比降17，接近規(guī)范規(guī)定的上限值20，故采取一定的防護措施提高混凝土抗?jié)B能力，對保證混凝土耐久性，減少裂縫產(chǎn)生和開展是有宜的。

3）大壩施工中產(chǎn)生的裂縫，大多是壩體內(nèi)外溫差引起的表面裂縫或水平施工縫張開，而混凝土壩上游面的表面裂縫，有在蓄水之后發(fā)展為深層裂縫的可能，如美國德沃夏克壩和加拿大雷沃斯托克壩的情況[1]。所以混凝土壩的保溫，防裂、防滲等一系列問題是相互關(guān)聯(lián)的，也是人們極為關(guān)心的問題。工程原計劃壩體上游防滲與施工期保溫結(jié)合，同步進行，后由于施工進度問題分步實施。

4）對于常態(tài)混凝土壩而言，混凝土自身并不存在防滲問題，但國內(nèi)外的工程實踐、計算分析、模型試驗表明，高拱壩強約束區(qū)運行期應(yīng)力復(fù)雜，常常難以分析清楚是否會在基礎(chǔ)或壩體部位出現(xiàn)裂縫，而壩踵部位的裂縫有可能會因為高水頭水壓力作用發(fā)生水力劈裂，進一步擴展，甚至使防滲帷幕拉裂，影響工程的正常運行。國內(nèi)外高拱壩的實踐經(jīng)驗表明，有些高拱壩在運行期出現(xiàn)壩踵開裂漏水事故，影響了工程正常運行，如薩揚舒申斯克拱壩、柯恩布萊因拱壩、茲勒格倫特拱壩、石門拱壩等在運行期均出現(xiàn)壩踵開裂。借鑒碾壓混凝土壩上游面薄膜防滲的經(jīng)驗，在高拱壩上游面壩踵附近設(shè)置柔性防護體系，可以防止高拱壩運行期壩踵開裂后漏水、避免高壓庫水進入壩踵裂縫引起的危害，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步提高壩體安全度。

5）拱壩施工過程中，溫度控制要求嚴格，溫控、養(yǎng)護措施落實不到位，混凝土在施工期極易出現(xiàn)細微裂縫，而這種裂縫在蓄會后有進一步開展的可能，由微裂縫發(fā)展成規(guī)模比較大的裂縫，影響壩體整體性、耐久性，甚至影響工程的正常使用，這在混凝土壩施工中也是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。大壩上游柔性防護體系體有效地限制了細微裂縫進一步開展，有效地彌補了混凝土脆性材料抗裂性能差的不足。

6）壩體施工過程中分層澆筑，水平施工縫處理不當會出現(xiàn)沿水平施工縫的滲漏通道；由于混凝土入倉機械故障、送電線路故障、天氣等各方面因素，施工冷縫在施工過程中也很難完全避免，這是很多工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的施工質(zhì)量缺陷，給壩體蓄水后的滲漏埋下了隱患，而且處理難度極大，處理成本高。壩體上游面柔性防護體系的設(shè)置，可有效地對水平施工縫及施工冷縫等質(zhì)量缺陷進行補救，截斷層間滲漏通道，避免蓄水后混凝土澆筑質(zhì)量缺陷帶來壩體滲漏的難題。

7）壩體在運行期一旦出現(xiàn)裂縫，在高水頭下進行裂縫處理難度大、代價高，這也是水工界的共識。在高拱壩上游面設(shè)置柔性防護體系，可以防止高拱壩運行期微裂縫開展，減少或避免水下裂縫修補加固，為工程的運行、維護創(chuàng)造有利條件，大大降低了運行期修補加固難度和成本。

4 柔性防護體系技術(shù)方案

4.1 壩縫及裂縫處理

采用水鉆騎壩縫鉆直孔，孔深為30 cm，孔間垂直間距60～100 cm，鉆孔部位須橫縫灌漿結(jié)束。每條壩縫鉆孔完畢后，須用高壓空氣進行沖洗。裂縫表面封閉后，應(yīng)首先用（0.1～0.2）MPa壓縮空氣檢查壩縫封閉效果和鉆孔情況。

用直徑2 cm的鋼管做灌漿嘴，灌漿嘴的埋設(shè)深度應(yīng)小于8 cm，灌漿嘴露出混凝土表面長度應(yīng)大于5 cm。封縫前，混凝土表面用丙酮脫脂，在混凝土表面順縫采用結(jié)構(gòu)膠封縫，封縫厚5～8 mm,寬40 mm。

壩體裂縫寬度小于0.2 mm的裂縫，采用水泥基抗?jié)B微結(jié)晶材料進行涂刷。水泥基抗?jié)B微結(jié)晶材料抗?jié)B指標1.5 MPa,線膨脹系數(shù)（0.6～0.8）×10-5℃。表面清理液涂刷2遍。

4.2 化學(xué)灌漿

灌漿材料選用高分散性灌漿材料，灌漿壓力根據(jù)生產(chǎn)性試驗及現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，一般采用0.15～0.3 MPa。配制漿液應(yīng)在干燥環(huán)境中進行，嚴防配漿中漿液發(fā)生暴聚現(xiàn)象，灌漿過程中如發(fā)生暴聚，應(yīng)立即棄掉。灌漿漿液在使用前應(yīng)攪拌均勻，漿液自制備至用完的時間不宜超過1 h。灌漿順序為先深后淺，在灌漿過程中發(fā)生冒漿、串漿等情況時，宜在不中斷灌漿的情況下采用快速堵漏、降壓方法進行處理，待快速堵漏材料達到一定強度后，才能繼續(xù)灌漿；若灌漿被迫中斷，應(yīng)爭取在漿液凝固前及早恢復(fù)。灌漿結(jié)束的標準是吃漿量很小且臨孔冒漿，此時應(yīng)保持規(guī)定壓力15 min。灌漿結(jié)束標準是以不吸漿為原則，如吸漿率小于10 ml/min，并將灌漿壓力保持恒壓15 min，即可結(jié)束灌漿。

灌漿結(jié)束24 h后割掉灌漿嘴，采用環(huán)氧水泥漿液封孔，所有灌漿工序完成后清除混凝土表面結(jié)構(gòu)膠，采用砂輪打磨，恢復(fù)原結(jié)構(gòu)斷面，保證原結(jié)構(gòu)斷面的平整度，避免對結(jié)構(gòu)表面造成破壞。

4.3 施工要求

柔性防護體系作為一種新型的混凝土防護手段，在蓄水前實施，可有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B、抗凍、抗溶蝕能力；可避免或減少結(jié)構(gòu)細微裂縫在蓄水后繼續(xù)開展；可對于水平施工縫處理缺陷造成的滲漏起到補救作用；可提高結(jié)構(gòu)耐久性和延長結(jié)構(gòu)使用年限，降低運行期維護費用。

柔性防護體系包括：大壩上游混凝土面清理（包括保溫板拆除）、打磨；壩縫防滲密封材料鋪設(shè)；壩踵上游2.5 m范圍內(nèi)巖石表面清理、找平；壩踵上游2.5 m范圍內(nèi)巖石基層界面處理；壩踵及上游環(huán)氧砂漿局部找平；壩面混凝土基層界面處理；防滲涂膜的噴涂；防滲涂膜養(yǎng)護。

大壩上游柔性防護工程嚴禁在雨天、雪天施工，五級風及其以上時不得施工；施工中途下雨雪時，應(yīng)做好周邊的防護工作。大壩上游防滲界面處理劑、防滲涂膜、防滲密封材料的施工環(huán)境氣溫均應(yīng)在5～35℃之間。

4.4 基面處理

柔性防護體系基面處理尤為重要，壩面及壩踵上游2.5 m范圍內(nèi)巖石找平；壩面找平表面平整度的允許偏差為5 mm；局部表面鋼筋頭割除打磨，并不得有局部突起現(xiàn)象；壩踵與上游巖石接觸部位采用環(huán)氧砂漿填充成弧形，園弧半徑不應(yīng)小于50 mm；混凝土表面磨平后進行表面清理，必須保證混凝土表面干凈、干燥。

柔性防護體系基面找平打磨后，涂刷基層處理劑，基層處理劑應(yīng)與上面覆蓋的柔性涂膜、壩縫化學(xué)灌漿封閉材料、環(huán)氧砂漿相容?；鶎犹幚韯┗鶎用姹仨毟蓛?、干燥；基層處理劑應(yīng)準確計量，充分攪拌，涂刷均勻，覆蓋完全。

4.5 表面柔性防護涂層實施

表面柔性防護涂層配比、涂刷遍數(shù)應(yīng)通過工藝試驗選定；表面防護涂層應(yīng)分遍和多遍涂布，待先涂的涂層干燥成膜后，方可涂布后一遍涂層，且前后兩遍涂層的涂布方向應(yīng)相互垂直；大壩上游防滲涂膜應(yīng)薄涂多遍，不得有流淌和堆積現(xiàn)象；防滲涂膜的收頭處理可采用防滲涂料多遍涂布。

5 結(jié)語

混凝土本身為脆性材料，施工及運行過程中受配合比、溫度、濕度、工藝、受力、基礎(chǔ)變形等因素影響產(chǎn)生不同性質(zhì)的裂縫，裂縫在水荷載作用下有進一步開展的可能，裂縫的出現(xiàn)對混凝土薄壁結(jié)構(gòu)整體性、耐久性、安全性影響敏感；即使有些裂縫不會進一步開展，但會出現(xiàn)沿縫滲水、漏水情況，導(dǎo)致混凝土鈣質(zhì)析出，影響結(jié)構(gòu)耐久性和建筑物外觀。有些壩體裂縫在蓄水后進一步惡化，此時進行裂縫處理無論是降水旱地施工還是水下施工，處理難度均較大，經(jīng)濟代價巨大，甚至有些裂縫的滲水、漏水根本無法處理，找不到上游的滲漏點，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀。故混凝土薄拱壩設(shè)置柔性防護是必要的，從施工、運行、維護綜合考慮也是經(jīng)濟的。

由于柔性防護體系在水電、水利行業(yè)應(yīng)用時間相對較晚，工程案例較少，柔性防護采用的材料種類繁多，參數(shù)復(fù)雜，施工工藝迥異，不同的部位、施工條件、環(huán)境因素、運行條件對材料要求差異較大，故在設(shè)計、采購、施工過程中需進行充分的分析、論證，選擇合適的材料；壩體柔性防護采用新材料和新工藝，施工工藝復(fù)雜，界面處理要求嚴格，故在施工過程中要選擇正規(guī)、有經(jīng)驗的施工隊伍；壩體柔性防護體系施工受到混凝土澆筑、養(yǎng)護、溫控、蓄水過程等影響，在施工過程中要做好施工組織工作，保證各工序之間有序進行，避免施工干擾和各工序之間的影響，保證施工質(zhì)量和進度。