浆砌石拱坝坝体防渗问题分析

景红军

（运城市苦池蓄滞洪区管理中心 山西运城044000）

1 浆砌石拱坝概述

浆砌石拱坝历史悠久，上世纪七十年代以来，我国砌石拱坝发展迅速，型式也多样化（单曲拱、双曲拱、变截面拱、设周边缝拱坝等）。砌石拱坝之所以广泛运用，究其原因主要有两方面：一方面是拱坝所具有的安全性和经济性强的优点在中小工程中显得更为突出；另一方面，是砌石拱坝同样具有其它当地材料坝的优点，如就地取材、施工简易，温控问题相对易于解决（与混凝土坝相比）等。但在砌石拱坝发展过程中，防渗防裂、允许应力的合理确定等问题一直不能彻底解决，有待于进一步研究分析。本文以山西省运城市境内的几座浆砌石拱坝运行及除险加固方案为例，通过研究分析，对浆砌石拱坝坝体防渗提供参考。

2 渗漏病害及成因分析

浆砌块石坝一般块石占65%～70%，其余30%～35%为砂浆填塞。分析其渗漏原因，主要是由于实际施工中坝体砌筑质量掌握不好，砂浆质量不佳，且砌缝中砂浆填砌不满以及养护不够等原因。如果不采取防渗措施，一般均会有漏水现象。

以运城市境内绛县陈村峪水库、紫家峪水库及平陆县大河庙水库为例，三座水库均修建于上世纪七十年代，坝型均为单曲重力拱坝。1）陈村峪水库自1974年12月水库竣工蓄水以来，由于坝址地形条件复杂，左右两坝肩岩体裂隙发育，风化较厚，两坝肩渗漏严重，建成后一直未敢高水位运行。水库于1975年、1981年、1986年、1995年先后对其进行过四次灌浆处理，当时以大坝左、右坝肩和坝基固结灌浆和局部防渗灌浆为主，蓄水位有所提高，但渗漏问题并未得到彻底处理。随着运行时间的增长及水位的增高，蓄水位以下坝体下游面全面积渗漏，渗漏量在除险加固前实测值为0.012 m3/s，坝体内大量的游离CaO 析出，集结于坝体表面，背水面勾缝砂浆大面积脱落。根据除险加固地质资料显示，砌石大都具有不同程度的风化，从岩石试验成果可看出，强度差异较大，水泥砂浆充填不均匀，吃浆不饱满。2）紫家峪水库与陈村峪水库同属涑水河流域上游，1972年蓄水运行，坝肩也长期存在渗漏，由于渗漏量较小，未进行防渗处理，但坝体渗漏量呈逐年增大趋势，坝体水泥中分离出的游离氧化钙随渗漏水流淅出，集结于坝体表面，使渗漏裂隙进一步发育。2011年水库除险加固中对坝体、坝肩及坝基采用全断面帷幕灌浆，渗漏问题基本消除。3）大河庙水库自1977年10月完工蓄水以来，坝体及坝端存在明显渗漏。其后四次对大坝进行了防渗处理，1980年、1986年对坝体迎水面进行了两次煤焦油防渗处理；1986年、1993年对坝基及两坝肩进行了固结灌浆处理。但由于受水位变幅影响，随着水库运行年限增加，其防渗效果锐减，从1994年开始，坝体渗流量急剧加大，1998年9月1日和2004年9月10日在相同库水位（928.50 m）时所测渗流量分别为15.0 L/s 和19.8 L/s。

坝体渗漏不仅影响水库蓄水，而且由于渗透水流在坝体内将水泥带走，破坏了砂浆的粘结作用，降低了砌石体强度，还会影响坝体安全。因此，对于浆砌石坝的防渗应有足够的重视。

3 防渗加固处理方案

3.1 坝体的一般处理方法

砌石坝防渗加固一般从坝体防渗和坝面防渗两个方面考虑。

1）坝体防渗

（1）坝体固结灌浆：通过灌浆加固，堵塞漏洞和缝隙，形成防渗体，提高防渗性能。

（2）坝体帷幕灌浆：将水泥浆液灌入坝体的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量。结合坝体结构及渗漏情况，灌浆轴线一般与坝轴线平行，灌浆深度应根据地质勘察情况确定。

（3）坝下游面局部固结灌浆：下游面有漏水或游离CaO 集结层形成的地方，布设水平孔或斜孔，埋注浆管进行灌浆，以减少渗漏量。

2）坝面防渗

坝面防渗，即在大坝迎水面构筑或加固防渗体进行防渗。坝面防渗的方式主要有以下几种：

（1）混凝土防渗面板防渗方式，分为钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板；

（2）聚合物砂浆或者煤焦油防渗方式；

（3）坝面卷材防渗方式，分为聚乙烯丙纶复合防水卷材和复合土工膜；

（4）坝面重新勾缝、剔缝防渗方式：采用高标号水泥砂浆、干硬性预缩水泥砂浆和防水材料配制高标号水泥砂浆勾缝。

在实际施工过程中，往往采用多种防渗形式结合的方式对坝体进行防渗加固。

3.2 坝体防渗实施方案

1）陈村峪水库

坝体防渗采用在上游坝面正常蓄水位以下进行固结灌浆，坝面防渗采用钢筋混凝土防渗墙。施工前先清除坝表面的水泥砂浆抹面和钙质凝结物，然后在清理过的表面上按1.2 m 间距梅花形布孔进行固结灌浆，孔径60 mm，孔深2 m，灌浆压力为0.2～0.25 MPa。灌浆完成后插入Φ25 钢筋以利于坝体与钢筋混凝土面板的有效结合，钢筋深入坝体0.75 m，外露75～95 cm。面板顶部厚0.8 m，向下逐渐变厚为1 m，平均厚为0.85 m，为了防止开裂，在表面布设Φ12 的防裂钢筋，间距150 mm。

2）大河庙水库

坝面防渗采用煤焦油防渗，坝体主要对正常蓄水位以下进行固结灌浆。灌浆孔由下游坝面钻孔，梅花形布置，孔距2.0 m，排距2.0 m，孔径50 mm，水平向下倾斜5°，孔深至坝内原C20 混凝土防渗心墙，灌浆压力为0.2～0.25 MPa。

3）紫家峪水库

结合坝肩及坝基防渗，沿坝轴线对坝体、坝肩及坝基进行全断面帷幕灌浆，坝面重新勾缝。灌浆孔采用三序，间距1 m。水泥标号强度等级采用C42.5 以上，灌浆方式采用全孔分段自上而下分段灌浆法，每段5 m。灌浆压力通过试验确定，以不抬动坝体砌石为原则。

4 防渗加固实施过程中存在的问题

三座水库防渗均采用了坝体防渗和坝面防渗相结合的方式，除险加固实施后，坝体渗漏情况明显减少，说明防渗加固方案均达到了预期效果。但在实施过程中，许多细节值得探讨。

帷幕灌浆整体防渗较好，但由于在坝体内灌浆，坝体相对较薄，灌浆压力不好控制，容易造成局部跑浆，影响防渗加固效果，且由于拱坝坝顶一般情况下较薄，且砌石坝体一般设有心墙，灌浆轴线及机具工作范围容易受限制。

坝体上游浇筑钢筋混凝土面板，防渗效果及施工条件均较好。工程中主要存在问题：1）在坝面设置钢筋混凝土防渗层后，混凝土防渗体和坝身砌石材料物理学性能存在差异，混凝土变形与浆砌石坝体不相适应，容易产生裂缝，所以混凝土标号不宜太高，水灰比应控制在0.55 以下，并根据面板应力、变形及施工条件进行分缝分块；2）坝面扭曲不规则，混凝土浇筑立模困难；3）混凝土面板与两坝端结合处，容易产生绕渗。

煤焦油防渗优点在于拉伸性能较好，不会因为坝体正常变形而断裂，施工时不需对坝体作特殊处理，但需注意基面的清洗及处理，否则容易影响与基面的粘结性，层间结合不理想，其主要缺点是易对环境造成污染。

铺设复合防水卷材或复合土工膜需要使卷材扭曲以贴合坝体，但卷材与坝体充分粘结比较困难，且其耐紫外线、耐老化性能不理想，并容易破裂。

5 结论及建议

本文以运城市三座砌石拱坝运行及除险加固实施情况为例，对坝体防渗的多种方案及优缺点进行了比较分析。从分析来看，各种防渗方案各有利弊，但在防渗过程中多种形式优化结合，会大大提高防渗效果。

由于拱坝坝顶一般较薄，且砌石坝体内一般均设有心墙，坝体灌浆工作范围容易受限制，且压力控制不好，易对坝体砌石造成抬动现象。故建议坝体尽量使用坝面防渗。