水电站双曲混凝土拱坝坝体防渗加固技术研究

张 辉

(福建省建瓯市堤防管理所，福建 建瓯 353100)

双曲混凝土拱坝是指具有双向功能的弯曲形状拱坝(双向包括水平方向与竖直方向)，此种类型的拱坝属于堤坝中的代表性坝体类型，在上述提出的双向方向中，水平方向可以在坝体中发挥传统坝体“拱”的作用，而竖直方向可以实现对变直、曲变中心及拱坝曲率的统计计算。双曲混凝土拱坝在设计中，通常为上端部位的半径相比下端部位的半径要较大些，正由于堤坝的这种特性，可使堤坝的推力整体向内。目前，双曲混凝土拱坝是水电站中的典型坝体类型，可对水电站的建设与发展起到一定的支撑性作用。针对此方面的研究是我国上世纪五十年代后期提出的，此种坝体类型在很大程度上拓宽了拱坝在市场的应用范围，并且在应用中其优势较为显著。但也有研究学者认为双曲混凝土拱坝，属于对原有坝体结构的破坏，不仅会使堤坝整体的支撑强度削弱，甚至会在一定程度上对结构作用造成影响。严重情况下还会出现坝体渗漏塌方的问题出现，尽管这一问题属于有关研究学家提出的假设，但此方面的问题也是社会不得不关注的，一旦堤坝出现渗流现象，不仅从侧面反映了双曲混凝土拱坝结构的不合理性，也代表在建设施工过程中，防渗加固施工行为的不规范。为了解决这一问题，本文将以水电站双曲混凝土拱坝为例，针对坝体建设现状，开展对其的防渗加固研究。

1 水电站双曲混凝土拱坝坝体渗漏及原因分析

综合有关水力调查单位对双曲混凝土拱坝的实地勘查，发现在KZ1～KZ5拱坝的钻孔位置处，确实存在大范围的漏水现象，而综合双曲混凝土拱坝的整体水位变化情况，可知右侧水岸的水位线明显低于左侧水岸的水位线，这一现象也可认为在拱坝的整体结构中，右侧水岸存在水体渗漏现象[1]。以某水电站双曲混凝土拱坝为勘查点，其坝内水位为144.0 m，右侧坝内水位约为121.0 m，水位持续降低一段时间后，便无水位显著下降趋势，因此可以认为，出现水体渗漏现象的发生点位于高水位处，约121.0～144.0 m之间。通常情况下，坝体的渗漏现象是由于岩体出现裂缝所导致的，而坝体出现裂纹后，整体出现渗流问题，即外侧渗水，但由于水流量较小、水体流速较慢，因此十分不利于察觉[2]。但针对此种问题，若不及时的对其进行处理，便会导致缝隙持续变大，最终使水电站双曲混凝土拱坝出现塌方的风险。

综合上述分析，双曲混凝土拱坝产生裂缝问题，通常是在较长时间下积累的，且裂缝现象十分不易发现，而出现此种问题的原因通常为：对坝体养护工作的执行不到位；双曲混凝土拱坝施工行为不规范等，为了解决这一问题，下述将对双曲混凝土拱坝开展防渗加固的有关研究。

2 水电站双曲混凝土拱坝坝体防渗加固技术设计

2.1 定位双曲混凝土拱坝坝体加固钻孔点

由于双曲混凝土拱坝渗漏会影响到坝体整体结构的稳定性，严重情况下甚至会造成水电站无法持续储水的问题，因此本章提出布设坝体加固钻孔点的方式，对发生渗漏现象的位置进行定位[3]。要求施工过程中执行的所有钻孔与布设行为均应满足SL-62(/2014)文件提出标准。在实施钻孔行为前，应由施工单位进行前期的渗水范围检查，此过程可用压水实验代替。在水电站蓄水处于高水位状态时，应对双曲混凝土拱坝周围的松动岩石块进行清理，并使用高压水枪进行坝体内部的清洁处理，处理后，寻找渗水范围与发生渗漏问题的出水点。

在完成双曲混凝土拱坝出水点的定位后，使用岩心为150型号的钻孔机，在出水点进行挖钻，此过程中要确保钻孔的深度、钻孔的方位、钻孔的速度均与施工标准符合[4]。力求钻孔后上下孔洞直径保持一致，且双曲混凝土拱坝外部平滑光整。应注意钻孔的位置与实际要求位置偏差不得超过8.0 cm，钻孔的深度与实际要求深度偏差不得超过25.0 cm。

为了进一步满足双曲混凝土拱坝的灌浆加固施工需求，应在完成上述有关行为的基础上，对定位的钻孔点与相关位置进行水压检测[5]。检测中冲水的压流应控制在同段灌浆区域压力的70.0%～80.0%，保证加固钻孔位置与实际施工行为具备一定适配性的条件下，完成对双曲混凝土拱坝坝体加固钻孔点的定位。

2.2 基于坝体渗漏压力实施坝体灌浆加固与封孔处理

在完成对坝体加固钻孔点定位的基础上，应根据坝体渗漏的实际压力，对双曲混凝土拱坝坝体进行灌浆加固处理。可将此行为的实施划分为三个步骤，根据加固孔洞的疏密程度，依次对其进行加工处理[6]。例如，要求第一序的灌浆加固顺序应距离8.0 m；第二序的灌浆加固顺序应距离4.0 m；第三序的灌浆加固顺序应距离2.0 m，采用循环灌浆的方式，对双曲混凝土拱坝坝体进行分段浇筑。

综合双曲混凝土拱坝坝体整体结构的稳定性，在条件允许的情况下，通常选择存在较高渗漏压力的出水点进行先导性施工。此种方式的优点在于可有效的避免灌浆液持续渗入导入通道中，采用此种方式也有助于提升对双曲混凝土拱坝坝体灌浆加固的效率，可实现对施工成本的有效降低[7]。综合常规水电站的坝体渗漏现象，可选择0.80～1.20 MPa的压力实施灌浆。此过程中应同时注意灌浆加固行为发生中的灌浆凝固时间、灌浆速度、灌浆液体的配合比例、双曲混凝土拱坝坝体的开裂情况以及在加固处理过程中对于一些紧急突发情况的处理方案等。此外，当灌浆过程中出现脱空问题时，应及时的对脱空位置进行补浆处理，以此避免加固中存在一些不标准的加固行为影响最终质量。

在完成对双曲混凝土拱坝坝体的灌浆加固处理行为后，使用与坝体相同的混凝土对灌浆点进行封孔处理，并详细的对施工行为与双曲混凝土拱坝坝体渗漏点进行人工记录，以此完成对水电站双曲混凝土拱坝坝体的防渗加固技术研究。

3 对比实验

3.1 实验准备

选择某水电枢纽作为实验对象，该水电站建设在河流直流位置上，整体为双曲混凝土拱坝坝体结构类型，该水电站当中除了包含混凝土拱坝坝段以外，还包含了厂房坝段和泄洪闸段的给水机构。该水电站整体为三级工程，并且其初步施工等级为2级。当前该水电站自运行以来，使用年限超过了15 a。为了确保其未来几年的正常运行，需要对坝体进行防渗加固处理。分别利用本文提出的水电站双曲混凝土拱坝坝体防渗加固技术和传统防渗加固技术对该坝体进行处理。表1为坝体未经处理前的各参数情况。

表1 坝体未经处理前各参数情况

为方便对两种防渗加固方法的对比，本文选择将裂缝位置的渗漏量作为对比指标。

3.2 实验结果分析

根据上述实验准备，在完成两种防渗加固实施后，将最终的技术应用效果进行记录，并对大坝中原有的裂缝进行随机抽取5处裂缝位置，并分别对其渗漏量进行记录，将记录结果绘制成如图1。

图1 两种防渗加固技术实验结果对比图

图1中，在裂缝A和B两个位置上，本文防渗加固技术处理后其渗漏量均为零，并且在C、D、E位置上的渗漏量也明显小于传统防渗加固技术处理后的结果。同时，利用本文防渗加固技术处理后的坝体其承载力也明显得到提升，可实现对更大水流量的防渗，进一步提高了水电站双曲混凝土拱坝坝体质量，使其使用年限得以延长。因此，通过对比实验及实验结果进一步证明，本文提出的水电站双曲混凝土拱坝坝体防渗加固技术在实际应用中能够有效解决传统防渗加固技术在实际应用中存在的加固质量差问题。

4 结语

本文从定位双曲混凝土拱坝坝体加固钻孔点与基于坝体渗漏压力实施坝体灌浆加固与封孔处理两个方面，对水电站双曲混凝土拱坝坝体防渗加固技术展开研究，并采用设计对比实验的方式，验证了本文防渗加固技术在实际应用中能够有效解决传统防渗加固技术在实际应用中存在的加固质量差问题，具有更高的市场应用价值，而为了更好的解决堤坝渗漏的问题，在后期的研究中有关单位应综合本文提出的研究成果，在此基础上，对此方面开展进一步的深入研究，在真正意义上解决堤坝渗漏等有关问题。