小型砌石拱坝加固培厚与处理工艺

柳大鸿

(福建省寿宁县水利局，福建寿宁355500)

0 前言

砌石拱坝是早期乃至现在水库建设常用设施，在维护水资源调度分配过程中起到了一定的作用。因受早期砌石拱坝设计理论与设计规范、施工条件的限制，随着长时间的使用，水库坝体正面临着多方面的病害风险，拱坝内外部结构承载负荷超标而限制了其使用性能。从水库可持续利用角度考虑，对拱坝采取优化加固处理是不可缺少的，坝体培厚处理工艺得到了普及应用。

1 砌石拱坝病害特点

砌石拱坝以其受力结构合理、能充分发挥砌体抗压强度、节省工程量、就地取材以及节省水泥钢筋等特点，在小型水库建设中得到最广泛的应用。

1)由于受当时计算手段的限制，拱坝体型多为定圆心、等半径的单曲等厚拱坝体型，在坝体应力计算方面，基本采用纯拱法［1］。应力控制又采用正应力而不是主应力。

2)坝体砌筑的胶结材料多以100#及以下强度标号的水泥砂浆或细石混凝土为坝体胶结材料，但抗拉强度相对较低。

由于以上情况带来的结果是:其抗压强度基本可以满足要求，坝体下部特别是靠近河床位置的往往出现较大的主拉应力，有些拱坝拱冠上游面的主拉应力甚至数倍于规范值。按照现有《砌石坝设计规范》(SL25—2005):对于中、小型砌石拱坝主要宜控制压应力，但过大的拉应力仍然使拱坝周边容易产生裂缝并带来漏水，如图1，这对水库安全及工程的耐久性带来不可忽视的影响。

图1 拱坝开裂示意图

2 坝体培厚坝体的加固方案

目前砌石拱坝除险加固中的应力复核计算主要采用多拱梁法。对于原来采用纯拱法计算应力的坝体在计入梁向应力后，坝体下部特别是靠近河床位置周边，由于其梁向正应力也较大，从而带来主应力急剧增大［2］。

针对上述分析:坝体下部周边增大的应力中梁向应力占有的比例相对较大，结合小型拱坝基本是单曲拱坝的特点，所以在拱坝除险加固中，采取对坝体下部进行培厚，消除梁向应力，进而降低主应力满足规范要求，是最为有效和简单的方法。坝体培厚方案可选择坝体上游培厚和坝体下游培厚两种方案。两种方案的优缺点分别如下:

2.1 上游坝面培厚

优点:坝体上游面培厚防渗效果好。

缺点:首先在施工期内须全过程放空水库，影响水库工程对下游的用水。②坝基需设置施工导流，但除险加固水库一般已经运行30～40，库底已经有相当的淤积量，在库内淤积的基础上施工围堰不仅工程量大，难度也大。③上游面培厚需对两岸坝肩上游侧岸坡进行扩大开挖，为满足坝肩开挖时的径向要求，上游的培厚开挖也相应较深，不仅工程量大，而且除险加固的基础开挖原则上只能以人工开挖为主，施工难度大，工程造价高。因此，坝体上游面培厚方案施工难度较大，工程造价高，工期也较长，且存在一定的施工安全问题。

2.2 下游坝面培厚

优点:①仅在部分施工时段放空水库，无须全施工期都放空水库，对下游用水影响较小。②不需要施工导流工程，不存在上游培厚需解决坝基施工导流问题。③两岸坝肩处的开挖工程量小，培厚工程量也比上游面培厚少，工程造价低。④培厚施工较简单，工期较短，投资省，施工安全。

缺点:在下游面培厚坝体，总体防渗不如上游面培厚方案。

下游面培厚坝体方案与上游面培厚坝体方案相比，投资较省，施工简单，工期短，干扰少，不存在上游面培厚需要解决坝基施工导流问题，且无须在整个施工期间放空水库，对下游用水影响小，重要的是解决了施工安全问题。同时小型拱坝总坝高一般不高，总体防渗可通过下游培厚解决。另外，根据坝体应力分布情况进行分析，下游培厚对改善应力将更为有利。因此，坝体培厚一般采用下游面培厚坝体方案。

3 坝体培厚施工处理工艺

3.1 坝体培厚的结构要求

根据坝体应力复核成果，通过工程措施改善拱坝坝体应力。对拱坝进行培厚，并对新旧坝体采用钢筋锚固与接触灌浆处理。

1)培厚形式。培厚坝体一般选择等厚培厚方案，紧贴旧坝体上游面或下游面进行拱圈布置。

2)材料选择。要求选择与原坝体强度指标相同的培厚坝体材料，满足应力计算的材料要求。

3.2 坝体培厚施工处理工艺控制重点

1)培厚坝体基础开挖。一般应开挖至新鲜微风化或弱风化的中、下部基岩。整个坝基利用岩面的纵坡应平顺而无突变，基础开挖要求采用人工开挖为主，一般不采用炸药特别是大药量的爆破，以不影响拱肩岩体稳定。开挖过程中应时刻注意拱肩的稳定情况。

2)培厚坝基固结灌浆。培厚基础须采取全面固结灌浆，以增加基岩的整体性。当基础节理裂隙发育、抗渗性较差时尚须采用深孔固结灌浆和扩大固结灌浆范围。对于坡度大于50°～60°的陡壁面，坝基接触面以及基岩中开挖的所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，尚应进行接触灌浆，以提高接触面上的抗剪强度和抗压强度，防止沿接触面渗漏。

3)帷幕灌浆。帷幕线一般布置在压应力区，并尽可能靠近上游面。当坝体较薄或未设廊道时，尽可能在上游坝脚处进行。当有绕坝渗漏，将影响拱座岩体稳定，或将引起库水的水量损失时，防渗帷幕还应深入两岸山坡内，与重力坝的情况类似，但要求应更严格。

4)新旧坝体接触面。新旧坝体接触面处理包括原坝体与旧坝体接触面的清洁，以及新旧坝体接触面的接触灌浆，并对新旧坝体采用钢筋锚固，接触灌浆选择合适的灌浆时间和严格控制灌浆压力和回浆压力。防止新旧坝体脱离。

5)坝体培厚砌筑。对拱坝进行培厚，上游坝面培厚须在全施工期都放空水库状态下进行，下游坝面培厚，无须全施工期都放空水库，仅在部分施工时段如坝体培厚砌筑时段放空水库。坝体培厚立模与坝腹砌筑同时进行，两岸坝肩设置厚0.5 m的C15素混凝土垫层。对于培厚部位的新旧坝体接触面，应进行清理，清除坝面的钙化物质、苔藓等，将原坝体下游面条石砌石的勾缝砂浆凿除，用高压水冲洗干净。砌体中的胶结材料终凝后，对砌体进行洒水养护，当现场气温高于年平均气温或＜5℃时应停止砌筑。

［1］翟政东，舒仲英，李龙国.下涧口砌石拱坝除险加固方案优化［J］. 中国农村水利水电，2007(01):115-118，121.

［2］朱友聪，王林素.浅析某水电站大坝裂缝对工程正常使用的影响［J］.浙江水利科技，2004(05):14-15.