砌石坝新老混凝土面板结合技术与效果分析

彭琦，高大水，叶俊荣，杨志华

（1.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉，430010；3.江西省水利水电建设有限公司，江西南昌，330000）

砌石坝新老混凝土面板结合技术与效果分析

彭琦1,2，高大水1,2，叶俊荣1,2，杨志华3

（1.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉，430010；3.江西省水利水电建设有限公司，江西南昌，330000）

我国砌石坝数量众多，且绝大多数采用上游混凝土面板防渗。许多砌石坝因坝体变形且年久失修，防渗面板逐渐失效而发生渗漏，需要在老的混凝土防渗面板上游侧新建混凝土防渗面板，新老混凝土防渗面板之间的可靠结合是防渗加固成功与否的关键，但现行规范尚未对此提供成熟的加固技术方案。笔者提出采用锚固与粘结两种措施相结合的技术，对已采用该技术的某水库砌石坝新老混凝土防渗面板监测成果的分析表明，采用此技术可使新老混凝土防渗面板可靠结合，保障此类砌石坝面板加固后的防渗效果。

砌石坝；防渗面板；结合；监测

1 概述

目前，我国砌石坝数量众多，高度15 m以上的砌石坝已超过2 000多座，其中坝高超过70 m的有30多座[1]，大部分建造于改革开放以前，多数大坝运行至今超过40年，许多砌石坝逐渐出现了病险情，尤其是坝体渗漏问题日益严重，需进行防渗处理。

砌石坝防渗结构型式主要有三种：上游坝面混凝土防渗面板、坝体内混凝土防渗墙、坝体自身防渗。绝大多数采用的是上游坝面混凝土防渗面板型式，这种防渗型式对防渗面板的防渗性能要求较高，防渗面板一旦失效，将直接导致坝体渗漏。目前针对此类情况，可采用坝体灌浆重建垂直防渗体[2]、上游防渗面板表面涂刷防水涂料、水下浇筑不分散混凝土贴面、老防渗面板上游重新增设钢筋混凝土防渗面板等。坝体灌浆重建垂直防渗体方案对坝体结构破坏较大；上游防渗面板表面涂刷防水材料方案难以保障在高水头作用下防渗效果的长期耐久性；水下浇筑不分散混凝土贴面需要施工，施工难度较大，且不能直接处理淤积高程以下坝面，需要大量水下清淤工作[3]。老防渗面板上游重新增设钢筋混凝土防渗面板技术较为可靠，但对较高的浆砌石坝如何保障上游坝面垂直防渗面板结构稳定性及新老防渗面板结合的可靠性，是需要解决的技术难点，也是防渗加固成功与否的关键。以某水库已实施的浆砌石重力坝加固工程为例，介绍一种砌石坝新老防渗面板结合技术，并通过监测资料分析，说明该技术的可靠性和加固效果。

该水库大坝为浆砌石重力坝，坝顶高程215.2 m，顶宽8.0 m，最大坝高43.4 m，坝顶长357 m，大坝底部为混凝土基础，坝体为浆砌石砌筑，上游坝面为厚0.5～2.62 m的混凝土防渗面板，面板厚度从下至上分级递减。经多年运行后，混凝土防渗面板出现了多处裂缝、露筋、蜂窝、孔洞和析钙等缺陷，其混凝土抗渗等级不满足要求，防渗体系存在缺陷，运行期曾出现渗流险情，主坝渗流性态不安全。针对浆砌石主坝上游混凝土防渗面板存在的问题，采取了在老混凝土防渗面板上增设钢筋混凝土防渗面板的处理措施。

2 新老混凝土面板结合技术

2.1 新老混凝土防渗面板结合布置

新建混凝土防渗面板为贴合老混凝土防渗面板的薄层钢筋混凝土结构，底部坐落于主坝上游坝踵基岩上，面板顶高程与坝顶高程相同，为215.20 m。新建混凝土防渗面板采用折线形，折点处高程为190.00 m，190.00 m高程以下防渗面板坡比为1∶0.25、厚度为1.46 m，190.00 m以上的面板厚度为0.5～1.0 m。坝踵处防渗面板厚度与其最大水头比值为1.46/43.4=1/37，比值在规范要求的1/30～1/60范围内。新建混凝土防渗面板混凝土等级为C25，混凝土的抗渗等级为W8，抗冻等级为F100。

新建混凝土防渗面板与上游坝面老混凝土防渗面板间同时采用锚固与粘结两种措施相结合的技术，一种措施是在原防渗面板内钻孔植入钢筋，再浇筑新混凝土防渗面板，通过植筋将新防渗面板锚固在老防渗面板上；另一种措施是凿毛老混凝土防渗面板表面并清洗干净后，涂刷无机界面胶以粘结新老混凝土面板。

2.2 结合材料与技术

2.2.1 植筋

新老混凝土防渗面板间采用了植筋锚固措施，采用直径20 mm的植筋胶锚杆锚固，如图1所示，锚杆间、排距1.5 m，锚杆外侧端头设10 cm直钩，锚杆内侧偏向水平方向以下5°，锚固深度50 cm，抗拉力≥110 kN。

植筋施工程序：测量放线→手风钻钻孔→高压风枪将孔清洗干净→检查验收→拌制、灌注植筋胶并灌实→安插锚筋→静置固化。

2.2.2 无机界面粘结胶

图1 新老混凝土防渗面板锚筋布置Fig.1 Layout of anchor bars of new and old concrete face slabs

新老防渗面板间采用了混凝土界面粘结措施，在凿毛后的新老混凝土结合面均匀涂抹一层无机界面粘结胶[4]，然后浇筑新混凝土防渗面板。无机界面粘结胶技术指标见表1。

表1 无机界面粘结胶技术指标Table 1 Technical indexes of inorganic interface adhesive

无机界面粘结胶由无机界面胶、普通硅酸盐水泥与水按一定配比配制而成，涂刷厚度2 mm左右。

2.3 新老混凝土防渗面板结合施工

在老防渗面板植筋前，需用钢筋探测仪测出老防渗面板内钢筋的分布情况，确定植筋孔位置，孔位必须避开钢筋位置。用电锤钻孔，孔径ϕ56 mm，再用吹风机吸出孔内的灰尘，用酒精清洗孔壁，用棉纱擦干净，保持孔内干燥，再注入无机植筋胶，将锚筋除锈，用酒精清洗，将锚筋放入孔底，直至植筋胶固化即完成植筋。7 d后现场对90处植筋进行拉拔力无损检测，检测试验平均值116 kN，合格率90%。无机界面粘结胶施工时，先将原混凝土防渗面板表面打毛并冲洗干净，刷胶前呈饱和面干状态，再边刷胶边浇混凝土，然后与混凝土一起养护。新老防渗面板结合实施前后对比见图2所示。

图2 新老防渗面板结合实施前后对比Fig.2 Comparison of upstream dam face before and after rein⁃forcement

3 新老混凝土面板结合效果监测分析

为确保新建防渗面板的结构稳定，实时监测新老防渗面板的接缝开度，浇筑新防渗面板前，在新老防渗面板结合面部位埋设若干测缝计，布置在Y0+090.00、Y0+143.00和Y0+197.00三个典型断面，每个断面分别在防渗面板底部、1/3坝高和2/3坝高部位附近各埋设1支单向测缝计，其中坝高最高的Y0+197.00断面测缝计布置如图3所示。

新建混凝土防渗面板测缝计电缆沿新老防渗面板结合面引至坝顶电缆保护管后，再集中引至MCU自动化监测系统，每支测缝计埋设方式如图4所示。

图3 新老混凝土面板结合面测缝计布置Fig.3 Layout of joint meters at bonding surface of new and old concrete face

图4 测缝计埋设图Fig.4 Installation of joint meter

测缝计安装于2012年2月，在埋设初期，测值具有较为明显的时效作用，一般是随着时间的增长，缝宽有张开趋势。埋设半年后，测缝计也仍具有较小的张开时效作用，但变化幅度明显减小。将2014年8月～2015年11月期间的测缝计测值减初始值得到缝宽，缝宽特征值统计见表2所示。

表2 新老面板接缝统计表Table 2 Statistics of joints of new and old concrete face

图5 各测点测缝值变幅线Fig.5 Measured value by each joint meter

库水水温在接近蓄水位处受气温影响变化较大，夏季水温会上升，冬季水温将下降，库底水温受气温影响则较小。从历时监测过程线可见，新老防渗面板间缝宽变化受温度变化影响明显，与温度有明显的负相关。接近蓄水位的上部测点在夏季温度升高缝宽小，冬季温度降低则缝宽增大，变幅主要在±0.15 mm范围内，变幅很小。库底水温变化不明显，因而下部测点J11、J20、J21、J30、J31测值基本无变化，变幅趋近于零。

图6 各测点测缝值偏离程度Fig.6 Deviation of measured value by each joint meter

4 防渗效果分析

4.1 防渗面板抗渗等级抽样检测

该水库工程主坝防渗面板重构完工后进行了第三方质量抽检，采用钻芯取样检测，抗渗等级共抽检6组，抽检成果见表3所示。

主坝上游防渗面板抗渗等级检测结果达到W8的设计要求。现场检查新浇混凝土防渗面板表面也无明显裂缝和渗水析钙缺陷。

表3 新浇混凝土防渗面板抗渗等级抽检成果Table 3 Sampling results of impermeability grade of new con⁃crete face slabs

4.2 加固前后渗压监测分析

对加固前后坝基渗压监测资料进行分析，加固前于1995年7月14日测得坝基渗压最大值，加固后于2015年9月15日测得渗压最大值，见表4所示。

从表4可知，渗压最大值时坝前相应库水位差别不大，在加固后比加固前库水位略高的情况下，加固后防渗面板后渗压降低3.66 m，加固后廊道内测压管渗压最大值比加固前低。由此可见，经防渗加固后，坝体、坝基渗压有所降低，防渗效果明显。

表4 加固前后坝基扬压力监测成果对比Table 4 Monitored uplift pressure of dam foundation before and after reinforcement

5 结语

对已实施的某水库砌石坝新建防渗面板进行监测资料分析表明：同时采用锚固与粘结两种措施相结合的技术，可使新老混凝土防渗面板可靠结合，保障此类砌石坝面板加固后的结构稳定和防渗效果，可为类似工程提供借鉴参考。

[1]SL 25-2006,砌石坝设计规范[S].

[2]邱友红,贾山.浆砌石大坝面板加固处理方案实例剖析[J].黑龙江水利科技,2009,37(4):52-53.

[3]许志亮.云霄水库除险加固工程大坝防渗面板设计[J].甘肃水利水电技术,2009,45(5):34-36.

[4]宋应玉,周启,高大水,等.CYJ-J1混凝土无机界面胶材料研究[J].人民长江,2011,42(12):45-49.

Combination technology and effect analysis of new and old concrete face slab for masonry dam

PENG Qi,GAO Da-shui,YE Jun-rong and YANG Zhi-hua

National Dam Safety Research Center

There are a large number of masonry dams in China,most of which use concrete face slab as upstream seepage prevention.Because of dam deformation and disrepair,many face slabs of masonry dam gradually fail and leak.It is necessary to build a new concrete face slab on the upper side of the old.The reliable combination of the new and old concrete face slab is the key to anti-seepage reinforce⁃ment,but the existing codes have not yet provided a mature technical scheme.In this paper,a technique scheme of combining anchorage and bond is proposed.Based on the monitoring result analysis of the project that has adopted the technology,it is indicated that the new technology can make reliable combi⁃nation of the new and old concrete face slab.

masonry dam;anti-seepage face slab;combination;monitoring

TV641.3

：B

：1671-1092（2017）04-0052-05

2017-05-19；

2017-05-22

彭琦（1981-），男，湖北武汉人，高级工程师，主要从事水工设计、咨询及病险水库安全评价、鉴定工作。

作者邮箱：pengqi@cjwsjy.com.cn