張 輝

(福建省建甌市堤防管理所，福建 建甌 353100)

雙曲混凝土拱壩是指具有雙向功能的彎曲形狀拱壩(雙向包括水平方向與豎直方向)，此種類型的拱壩屬于堤壩中的代表性壩體類型，在上述提出的雙向方向中，水平方向可以在壩體中發(fā)揮傳統(tǒng)壩體“拱”的作用，而豎直方向可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變直、曲變中心及拱壩曲率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。雙曲混凝土拱壩在設(shè)計(jì)中，通常為上端部位的半徑相比下端部位的半徑要較大些，正由于堤壩的這種特性，可使堤壩的推力整體向內(nèi)。目前，雙曲混凝土拱壩是水電站中的典型壩體類型，可對(duì)水電站的建設(shè)與發(fā)展起到一定的支撐性作用。針對(duì)此方面的研究是我國上世紀(jì)五十年代后期提出的，此種壩體類型在很大程度上拓寬了拱壩在市場(chǎng)的應(yīng)用范圍，并且在應(yīng)用中其優(yōu)勢(shì)較為顯著。但也有研究學(xué)者認(rèn)為雙曲混凝土拱壩，屬于對(duì)原有壩體結(jié)構(gòu)的破壞，不僅會(huì)使堤壩整體的支撐強(qiáng)度削弱，甚至?xí)谝欢ǔ潭壬蠈?duì)結(jié)構(gòu)作用造成影響。嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)壩體滲漏塌方的問題出現(xiàn)，盡管這一問題屬于有關(guān)研究學(xué)家提出的假設(shè)，但此方面的問題也是社會(huì)不得不關(guān)注的，一旦堤壩出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，不僅從側(cè)面反映了雙曲混凝土拱壩結(jié)構(gòu)的不合理性，也代表在建設(shè)施工過程中，防滲加固施工行為的不規(guī)范。為了解決這一問題，本文將以水電站雙曲混凝土拱壩為例，針對(duì)壩體建設(shè)現(xiàn)狀，開展對(duì)其的防滲加固研究。

1 水電站雙曲混凝土拱壩壩體滲漏及原因分析

綜合有關(guān)水力調(diào)查單位對(duì)雙曲混凝土拱壩的實(shí)地勘查，發(fā)現(xiàn)在KZ1～KZ5拱壩的鉆孔位置處，確實(shí)存在大范圍的漏水現(xiàn)象，而綜合雙曲混凝土拱壩的整體水位變化情況，可知右側(cè)水岸的水位線明顯低于左側(cè)水岸的水位線，這一現(xiàn)象也可認(rèn)為在拱壩的整體結(jié)構(gòu)中，右側(cè)水岸存在水體滲漏現(xiàn)象[1]。以某水電站雙曲混凝土拱壩為勘查點(diǎn)，其壩內(nèi)水位為144.0 m，右側(cè)壩內(nèi)水位約為121.0 m，水位持續(xù)降低一段時(shí)間后，便無水位顯著下降趨勢(shì)，因此可以認(rèn)為，出現(xiàn)水體滲漏現(xiàn)象的發(fā)生點(diǎn)位于高水位處，約121.0～144.0 m之間。通常情況下，壩體的滲漏現(xiàn)象是由于巖體出現(xiàn)裂縫所導(dǎo)致的，而壩體出現(xiàn)裂紋后，整體出現(xiàn)滲流問題，即外側(cè)滲水，但由于水流量較小、水體流速較慢，因此十分不利于察覺[2]。但針對(duì)此種問題，若不及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行處理，便會(huì)導(dǎo)致縫隙持續(xù)變大，最終使水電站雙曲混凝土拱壩出現(xiàn)塌方的風(fēng)險(xiǎn)。

綜合上述分析，雙曲混凝土拱壩產(chǎn)生裂縫問題，通常是在較長(zhǎng)時(shí)間下積累的，且裂縫現(xiàn)象十分不易發(fā)現(xiàn)，而出現(xiàn)此種問題的原因通常為：對(duì)壩體養(yǎng)護(hù)工作的執(zhí)行不到位；雙曲混凝土拱壩施工行為不規(guī)范等，為了解決這一問題，下述將對(duì)雙曲混凝土拱壩開展防滲加固的有關(guān)研究。

2 水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 定位雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點(diǎn)

由于雙曲混凝土拱壩滲漏會(huì)影響到壩體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重情況下甚至?xí)斐伤娬緹o法持續(xù)儲(chǔ)水的問題，因此本章提出布設(shè)壩體加固鉆孔點(diǎn)的方式，對(duì)發(fā)生滲漏現(xiàn)象的位置進(jìn)行定位[3]。要求施工過程中執(zhí)行的所有鉆孔與布設(shè)行為均應(yīng)滿足SL-62(/2014)文件提出標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施鉆孔行為前，應(yīng)由施工單位進(jìn)行前期的滲水范圍檢查，此過程可用壓水實(shí)驗(yàn)代替。在水電站蓄水處于高水位狀態(tài)時(shí)，應(yīng)對(duì)雙曲混凝土拱壩周圍的松動(dòng)巖石塊進(jìn)行清理，并使用高壓水槍進(jìn)行壩體內(nèi)部的清潔處理，處理后，尋找滲水范圍與發(fā)生滲漏問題的出水點(diǎn)。

在完成雙曲混凝土拱壩出水點(diǎn)的定位后，使用巖心為150型號(hào)的鉆孔機(jī)，在出水點(diǎn)進(jìn)行挖鉆，此過程中要確保鉆孔的深度、鉆孔的方位、鉆孔的速度均與施工標(biāo)準(zhǔn)符合[4]。力求鉆孔后上下孔洞直徑保持一致，且雙曲混凝土拱壩外部平滑光整。應(yīng)注意鉆孔的位置與實(shí)際要求位置偏差不得超過8.0 cm，鉆孔的深度與實(shí)際要求深度偏差不得超過25.0 cm。

為了進(jìn)一步滿足雙曲混凝土拱壩的灌漿加固施工需求，應(yīng)在完成上述有關(guān)行為的基礎(chǔ)上，對(duì)定位的鉆孔點(diǎn)與相關(guān)位置進(jìn)行水壓檢測(cè)[5]。檢測(cè)中沖水的壓流應(yīng)控制在同段灌漿區(qū)域壓力的70.0%～80.0%，保證加固鉆孔位置與實(shí)際施工行為具備一定適配性的條件下，完成對(duì)雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點(diǎn)的定位。

2.2 基于壩體滲漏壓力實(shí)施壩體灌漿加固與封孔處理

在完成對(duì)壩體加固鉆孔點(diǎn)定位的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)壩體滲漏的實(shí)際壓力，對(duì)雙曲混凝土拱壩壩體進(jìn)行灌漿加固處理。可將此行為的實(shí)施劃分為三個(gè)步驟，根據(jù)加固孔洞的疏密程度，依次對(duì)其進(jìn)行加工處理[6]。例如，要求第一序的灌漿加固順序應(yīng)距離8.0 m；第二序的灌漿加固順序應(yīng)距離4.0 m；第三序的灌漿加固順序應(yīng)距離2.0 m，采用循環(huán)灌漿的方式，對(duì)雙曲混凝土拱壩壩體進(jìn)行分段澆筑。

綜合雙曲混凝土拱壩壩體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在條件允許的情況下，通常選擇存在較高滲漏壓力的出水點(diǎn)進(jìn)行先導(dǎo)性施工。此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于可有效的避免灌漿液持續(xù)滲入導(dǎo)入通道中，采用此種方式也有助于提升對(duì)雙曲混凝土拱壩壩體灌漿加固的效率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工成本的有效降低[7]。綜合常規(guī)水電站的壩體滲漏現(xiàn)象，可選擇0.80～1.20 MPa的壓力實(shí)施灌漿。此過程中應(yīng)同時(shí)注意灌漿加固行為發(fā)生中的灌漿凝固時(shí)間、灌漿速度、灌漿液體的配合比例、雙曲混凝土拱壩壩體的開裂情況以及在加固處理過程中對(duì)于一些緊急突發(fā)情況的處理方案等。此外，當(dāng)灌漿過程中出現(xiàn)脫空問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)的對(duì)脫空位置進(jìn)行補(bǔ)漿處理，以此避免加固中存在一些不標(biāo)準(zhǔn)的加固行為影響最終質(zhì)量。

在完成對(duì)雙曲混凝土拱壩壩體的灌漿加固處理行為后，使用與壩體相同的混凝土對(duì)灌漿點(diǎn)進(jìn)行封孔處理，并詳細(xì)的對(duì)施工行為與雙曲混凝土拱壩壩體滲漏點(diǎn)進(jìn)行人工記錄，以此完成對(duì)水電站雙曲混凝土拱壩壩體的防滲加固技術(shù)研究。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選擇某水電樞紐作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該水電站建設(shè)在河流直流位置上，整體為雙曲混凝土拱壩壩體結(jié)構(gòu)類型，該水電站當(dāng)中除了包含混凝土拱壩壩段以外，還包含了廠房壩段和泄洪閘段的給水機(jī)構(gòu)。該水電站整體為三級(jí)工程，并且其初步施工等級(jí)為2級(jí)。當(dāng)前該水電站自運(yùn)行以來，使用年限超過了15 a。為了確保其未來幾年的正常運(yùn)行，需要對(duì)壩體進(jìn)行防滲加固處理。分別利用本文提出的水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)和傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)對(duì)該壩體進(jìn)行處理。表1為壩體未經(jīng)處理前的各參數(shù)情況。

表1 壩體未經(jīng)處理前各參數(shù)情況

為方便對(duì)兩種防滲加固方法的對(duì)比，本文選擇將裂縫位置的滲漏量作為對(duì)比指標(biāo)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在完成兩種防滲加固實(shí)施后，將最終的技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行記錄，并對(duì)大壩中原有的裂縫進(jìn)行隨機(jī)抽取5處裂縫位置，并分別對(duì)其滲漏量進(jìn)行記錄，將記錄結(jié)果繪制成如圖1。

圖1 兩種防滲加固技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖1中，在裂縫A和B兩個(gè)位置上，本文防滲加固技術(shù)處理后其滲漏量均為零，并且在C、D、E位置上的滲漏量也明顯小于傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)處理后的結(jié)果。同時(shí)，利用本文防滲加固技術(shù)處理后的壩體其承載力也明顯得到提升，可實(shí)現(xiàn)對(duì)更大水流量的防滲，進(jìn)一步提高了水電站雙曲混凝土拱壩壩體質(zhì)量，使其使用年限得以延長(zhǎng)。因此，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明，本文提出的水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效解決傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的加固質(zhì)量差問題。

4 結(jié)語

本文從定位雙曲混凝土拱壩壩體加固鉆孔點(diǎn)與基于壩體滲漏壓力實(shí)施壩體灌漿加固與封孔處理兩個(gè)方面，對(duì)水電站雙曲混凝土拱壩壩體防滲加固技術(shù)展開研究，并采用設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，驗(yàn)證了本文防滲加固技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效解決傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的加固質(zhì)量差問題，具有更高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，而為了更好的解決堤壩滲漏的問題，在后期的研究中有關(guān)單位應(yīng)綜合本文提出的研究成果，在此基礎(chǔ)上，對(duì)此方面開展進(jìn)一步的深入研究，在真正意義上解決堤壩滲漏等有關(guān)問題。