浪详水电站砌石重力拱坝安全复核及除险加固防渗处理

谭剑波，杨 武，甘雪峰

（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；2.贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州贵阳550002；3.西北农林科技大学，陕西杨凌712100）

浪详水电站砌石重力拱坝安全复核及除险加固防渗处理

谭剑波1，杨 武2，甘雪峰3

（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；2.贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州贵阳550002；3.西北农林科技大学，陕西杨凌712100）

浪详水电站水库大坝高水位运行中，存在砌石拱坝坝体渗漏、砌石材料强度低等问题。为了消除水库大坝的安全隐患，提高大坝运行的安全可靠性，根据大坝渗漏现状和钻探分析资料，结合大坝坝基垂直正应力和稳定性复核成果，优选水泥砂浆充填灌浆为主的防渗补强除险加固方案。补强灌浆防渗处理后，经测试30个试验段透水率均在5 Lu控制范围内，坝体密实度得到有效增强，合格率达100%，并历经2年的高水位蓄水运行考验，工程整体运行状况良好。

砌石重力拱坝；水泥砂浆；充填灌浆；水电站

浪详水电站位于贵州荔波县打狗河上，是一座具备引水发电、农业灌溉和生态旅游等功能的综合水能利用工程［1］，最大设计水头79 m，设计装机2台，总装机30 000 kW，属中水头小型水力发电站。拦河大坝为混凝土砌石双曲拱坝，建基面高程342.00 m，坝顶高程391.60 m，最大坝高49.60 m，顶宽4.0 m，坝轴线长149.67 m，厚高比0.18 m。工程于2004年01月开工，2006年02月主体工程全部竣工，并于当年5月并网发电。

1 大坝渗漏现状及渗漏原因分析

1.1 水库大坝坝体渗漏现状

水库蓄水试验时，在正常蓄水位以下大坝各部位整体运行状况较好，在最高蓄水位超过正常蓄水位0.3 m时，发现左岸359.50 m高程以上坝体及拱端基岩基础面处存在漏水问题，漏水量约50 L/s；右岸361.20 m高程以上坝体及拱端基岩基础面处存在漏水问题，漏水量约40 L/s。在高水位压力作用下，坝体内部渗漏通道不断扩大，渗水点及量不断增多增大，局部漏水点渗漏甚至呈射流状。监测数据表明，坝体渗水量和渗漏点高程均与库水位有关，库水位越高，渗漏越严重［2］。针对坝体渗漏问题，水库管理局于2007年对坝体和坝肩采取过一次单排灌浆处理，共设置28个灌浆孔，孔距为2.5 m～3.5 m，总进尺1 468 m，并在大坝引水面上喷一层约6 cm厚水泥砂浆进行防渗加固处理。经处理后，坝体整体渗漏得到有效控制，渗漏点减少、渗漏量降低，但由于灌浆防渗处理不够彻底，加上后期又运行近10年，坝体填筑材料流水侵蚀、冻融破坏等不断加剧，尤其是当库水位上升到379.50 m高程以上时，坝体与坝肩接触面渗漏问题不断加重，渗漏破坏已严重威胁到大坝的安全稳定运行［3］。

1.2 坝体渗漏破坏原因分析

原大坝坝体填筑材料设计采用800号石材，胶结材料采用150号水泥砂浆，但由于受当时施工技术水平、建设理念等因素的综合制约，从料场中开采出来的黑云母花岗岩，绝大部分只有600号，部分也仅能达到700号。加上后期运行，坝体填筑砌石风化程度不断加深，有隐裂隙高度发育，导致砌石整体强度不断变低。坝体铺砌施工时，局部存在不规则含有裂隙的块体铺筑在坝体内体，铺砌质量偏差［4-5］。水泥砂浆胶结性能不满足设计要求，仅达到100号左右，同时铺砌水泥砂浆时部分砌缝存在漏铺，导致坝体内部存在较多缝隙及孔洞，留下较多渗水通道，蓄水运行时串孔、漏水现象较明显。从坝体除险加固钻探取芯分析成果表明：坝体砌筑砂浆孔洞较多、孔径较大，多数直径在1.2 mm～3.5 mm，部分孔洞还相互连通形成完整渗流通道。砌石材料透水率为2.6 Lu～7.5 Lu，部分材料远超过规范要求的5 Lu防渗底线。在反复升降温度应力和冻胀破坏作用下，坝体砌石材料强度和性能不断降低，钻孔取样5组试件分析成果表明：坝体砌筑材料整体强度标号仅有300号～500号，材料强度远低于设计要求。鉴于以上情况，在大坝除险加固中，决定对大坝结构应力和稳定性进行全面安全复核，进一步优化坝体渗漏处理方案，巩固大坝防渗补强质量，彻底消除大坝渗漏问题［6-7］。

2 大坝坝体结构整体安全复核

浪详水电站水库大坝枢纽，受当时历史条件、建设资金和施工技术等因素的制约，工程存在砌石材料强度不够、施工质量不佳等问题，水库高水位蓄水运行时存在严重渗漏，大坝结构整体稳定性与否不确定。因此，在大坝除险加固过程中，需对大坝结构整体安全性进行全面复核与评价，为大坝提出技术可行、经济合理的防渗补强加固处理方案［8-9］。

2.1 工程基本特性

为了评价大坝结构整体安全性，结合大坝整体布置，分别对大坝坝踵和坝趾的垂直正应力和左、右岸非溢流坝及中部溢流坝的抗滑稳定性进行计算分析。根据钻探成果，确定大坝坝基岩体为Ⅱ～Ⅲ类花岗岩岩石。大坝坝高49.60 m，C25混凝土重度为24 kN/m3，水重度为9.8 kN/m3［10］，泥沙浮重度为7.6 kN/m3。坝体混凝土与基岩间的抗剪断摩擦系数为1.0，抗剪断黏聚力为0.85 MPa。参考文献［11 -12］，选取基本组合（正常蓄水位380.00 m）和特殊组合（校核洪水位380.90 m），两种工况进行结构应力复核和抗滑稳定性分析。

2.2 坝体结构应力及抗滑稳定安全复核

坝体稳定复核采用规范要求的刚体极限平衡法［13-14］，计算得非溢流坝坝段坝踵和坝趾处的垂直正应力，以及左、右岸非溢流坝段的抗滑稳定计算成果，如表1和表2所示。

表1 非溢流坝垂直正应力计算成果单位：MPa

表2 左、右岸非溢流坝抗滑稳定计算成果

在《工程建设标准强制性条文.水工部分》（2016版）中明确规定：“坝踵垂直应力不应出现拉应力”［15-16］。但从表1可知，在校核洪水位380.90 m特殊组合工况下，非溢流坝坝段坝踵处出现0.16 MPa的拉应力，主要是由于坝体外部材料弹模偏低引起，需要采取合理的加固措施进行处理。其他组合工况下，坝踵和坝趾垂直正应力，均满足基岩容许压应力要求。

左、右岸非溢流坝其抗滑稳定安全系数计算成果为：基本组合条件下，左岸为3.68，右岸为3.24；特殊组合条件下，左岸为2.57，右岸为3.11，均大于规范最小安全限值要求。

按规范要求，计算得溢流坝坝基垂直正应力及抗滑稳定性成果，如表3和表4所示。

表3 溢流坝坝基垂直正应力计算成果单位：MPa

表4 溢流坝坝基抗滑稳定计算成果

计算结果表明：溢流坝坝基垂直正应力Kc计算值＞［Kc］规范值，坝基垂直正应力和抗滑稳定性均满足规范要求，结构整体稳定性较好。

3 坝体防渗补强加固处理

3.1 补强灌浆防渗方案

由大坝溢流坝和非溢流坝坝基垂直正应力和抗滑稳定复核成果可知，大坝结构整体稳定性较好，针对坝体渗漏及主要渗漏部位处于大坝中下部（359.90 m～368.80 m高程），考虑到渗漏主要是由于坝体砌筑材料强度不够、施工质量偏差等原因导致，经技术、经济等方面的综合比选，决定采用补强灌浆措施对大坝进行补强灌浆加固处理，即：坝体369.50 m高程处坝宽约6.85 m，在坝体距上游引水面约2.5 m处和距下游面2.0 m处共布置44个（上游侧和下游侧各22个）补强灌浆孔，孔距3.0 m～4.5 m，用0.8 MPa～1.0 MPa压力灌注32.5 MPa普通硅酸盐水泥砂浆进行充填灌浆。按照先上游（一序孔）后下游（二序孔）灌浆顺序进行，待灌浆完毕后，在上、下游灌浆孔之间增加一排补强三序孔，通过充填灌浆以封堵坝体内部由于缝隙等存在的渗水通道和砌筑石材间的空隙，以增强大坝结构的整体安全稳定性。坝体充填灌浆防渗补强方案，如图1所示。

图1 坝体防渗补强充填灌浆钻孔布置方案

通过坝体充填补强加固灌浆，利用压力将水泥砂浆充填灌注到坝体内部的裂隙和填筑砌体内空隙中进行粘合，可以有效增强砌体的抗冻胀和抗渗性能，确保坝体内部渗漏通道得到有效堵塞，彻底解决坝体渗漏问题。

3.2 坝体补强灌浆防渗应用效果分析

（1）砌体透水率检测

渗漏处理结束后，为检测坝体水泥砂浆充填灌浆效果，根据大坝整体布置共选择30个试验段（上游侧15个、下游侧10个、中部5个），对坝体砌体透水率进行检测分析，检测结果表明：30个试验段透水率检测值为0.82 Lu～4.56 Lu，均满足混凝土砌石坝要求透水率5 Lu控制限值，补强灌浆防渗合格率为100%。其中，有8个连续试验段其透水率检测值低于1.0 Lu，达到优秀防渗水平，完全形成连续、完整的防渗帷幕体，防渗加固效果非常明显。

（2）运行效果

2013年10月18日，水库除险加固工程顺利竣工并蓄水运行。运行近3年来，坝体量水堰测定的渗漏水量一直为零。2014年7月初水库开始进入汛期，水库维持在超过正常蓄水位1 m的380.50 m高水位条件下运行达35 d；2015年6月底，水库维持在380.20 m高水位条件下运行达21 d，坝体、坝肩等均未出现有渗漏问题，量水堰测定渗漏水量也为零，表明坝体渗漏问题得到有效处理，水泥砂浆充填灌浆防渗效果良好。

4 结 论

浪详水电站水库大坝由于砌筑材料自身强度不足、砌筑质量差密实度较低、水泥砂浆与石料间胶结性能不良存在空隙、砌石局部架空存在缝隙等原因，导致大坝在高水位运行时，坝体存在大面积渗漏问题，严重威胁到大坝的安全稳定运行，必须经全面的安全复核评价，以采取合理的除险加固处理方案，进行防渗补强处理。

（1）大坝蓄水运行时，坝体串孔、漏水现象非常明显。钻探取芯分析，坝体局部砌筑材料强度标号仅有300～500号远低于设计要求的700号，透水率远高于5 Lu的防渗底线。

（2）溢流坝和非溢流坝坝基垂直正应力和稳定性复核成果表明，除特殊工况下非溢流坝坝踵存在0.16 MPa拉应力需采取防渗加固补强处理外，各工况下坝体结构应力和稳定性基本满足规范要求，整体稳定性较好。

（3）在369.50 m高程采取引水面、背水面和中部各设一排水泥砂浆充填灌注孔，通过“先上游、再下游、最后中部”的三序孔灌注充填坝体内部空洞和裂隙，进行防渗补强加固施工，有效增强了坝体密实度和砌筑石材间的胶结强度。检测结果表明30个试验段，补强灌浆防渗合格率为100%，并历经2年的高水位蓄水运行考验，渗漏水量为零，坝体渗漏问题得到有效处理。

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Safety Checking and Anti－seepage Treatment Reinforcement for Masonry Gravity Arch Dam from Langxiang Hydropower Station

TAN Jianbo1，YANG Wu2，GAN Xuefeng3
（1.Yangling Vocational&Technical College，Yangling，Shaanxi 712100，China；2.Guizhou Qianshui Engineering Supervision Co.，Ltd.，Guiyang，Guizhou 550002，China；3.Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

The problems of body seepage at high operating water level and low masonry material strength in the masonry arch dam of Langxiang hydropower station was introduced first.In order to eliminate the security risk and enhance its safety and reliability，according to the dam seepage observation situation and drilling analyzing data，combining the dam foundation vertical positive－stress and stability checking results，the anti－seepage reinforcement scheme with cement mortar filling and grouting has been optimally adopted.The test results show that after the anti－seepage reinforcement treatment the water permeability rate of 30 test sections with 100%pass rate which is within 5 Lu，which can effectively enhance the density of the dam.The dam has experienced two years high water level operating tests，and the overall running is in good condition.

masonry gravity arch dam；cement mortar；filling and grouting；hydropower station

TV698；TV697.3

A

1672—1144（2016）05—0215—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.041

2016－06－08

2016－07－04

杨凌职业技术学院科学研究基金项目（A2016003）

谭剑波（1983—），男，四川江安人，硕士，讲师，工程师，主要从事水利水电建筑工程教学与设计工作。E－mail：tjb19841@126.com

甘雪峰（1958—），男，陕西武功人，副教授，主要从事水利水电工程教学及设计工作。E－mail：1057233488@qq.com