某水库堆石混凝土坝施工缺陷原因分析及处理

黄秘昌

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

某水库是一座以供水、灌溉为主的综合利用小（1）型水库，总库容为631 万m3，水库正常蓄水位为215 m，相应库容为464万m3，多年平均引水量1993万m3。大坝设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为200年一遇。

水库拦河坝采用堆石混凝土重力坝，坝顶总长221 m，其中左岸非溢流坝段长35 m，右岸非溢流坝段长133 m，溢流坝段长53 m。坝顶宽5 m，坝顶高程220.2～221 m，最大坝高38 m，大坝典型断面图见图1。

图1 大坝断面图

大坝坝基岩性主要为泥盆系下统莲花山组粉砂质泥岩夹细砂岩，弱～微风化，岩层产状倾向下游，倾角较陡，强度较高，岩体节理裂隙较发育[1]。

工程于2013 年2 月1 日开工建设，2020 年7 月下闸蓄水投入使用。

2 施工缺陷问题及对大坝安全影响分析

2.1 施工缺陷问题

2013 年3 月拦河坝一期右岸4#～9#坝块开始施工，至2014年6月共浇筑堆石混凝土28仓，约1.3万m3堆石混凝土。2014 年6 月4 日，在对4#坝块左侧模板折除时，发现堆石混凝土浇筑层结合面存在有夹层物质，夹层物质强度极低，厚度为1～80 mm，低洼处较厚，从侧面往里探测深度达1.3 m。

为对大坝堆石混凝土层间接缝存在夹层物质的原因进行深入分析，对坝体堆石自密实混凝土的强度、抗渗等级、透水率及缺陷测试、坝体密度、空隙率和坝体层间结合面抗剪（断）强度等项目进行检测。检测主要结论为：①已浇筑堆石混凝土本体密实、质量合格，但浇筑层面存在严重施工缺陷，表现为局部夹泥、层面脱空，整个层面不粘连，接触面抗剪（断）强度试验结果表现为f′值为1.0（略低）、c′值为0.14 MPa（很低），f值为0.78（略低）；②4#、5#坝段共进行包含层面的压水检测10 段，除4#坝段的检1、检2孔上段压水与邻近灌浆孔发生串孔，透水率大于50 Lu 外；5#坝段检7 孔下段透水率为7.27 Lu；4#坝段检3孔上段透水率为1.88 Lu；其余6段均小于1 Lu；结合钻孔层面孔内电视的分析，大坝层面的缺陷并未形成大面积的连通，每处缺陷相对独立、面积较小。已浇筑堆石混凝土施工缺陷统计见表1。

表1 坝体已浇筑堆石混凝土施工缺陷统计表

2.2 大坝安全影响分析

根据质量检测提供的堆石混凝土层间结合面抗剪试验成果参数，对大坝稳定应力进行复核计算，计算参数按试验值的0.85倍折减。分别按抗剪断强度公式、抗剪强度公式计算，4#坝块、5#坝块各层面抗滑稳定安全系数K′=1.59～2.7、K=0.7～1.0，均不满足规范要求外，其余坝块抗滑稳定满足规范要求；各计算工况下，各坝块层面应力满足规范要求。

因此，对于坝体堆石混凝土存在的施工缺陷，必须采取有效措施消缺加固。

3 缺陷原因分析

根据施工现场揭露及检测成果，并结合施工过程控制环节，综合分析认为导致大坝堆石混凝土层间结合不良的原因是仓面污染：①石料未粗筛、清洗不干净就直接倒在仓内，甚至在仓内进行二次冲洗、二次清仓，造成污水排不干净或污水回流到已堆好石块底部，形成泥粉沉淀污染仓面；②雨天施工时，对已经堆好的块石未进行遮盖，也会导致雨水淋洗堆石，形成污水进入堆石底部污染仓面。

4 缺陷处理方案

大坝堆石混凝土层间施工缺陷处理原则是：采取有效措施提高坝体的整体性、抗渗性、抗滑稳定安全系数，确保大坝稳定安全。

4.1 4#坝块、5#坝块缺陷处理

采取“现状坝体水泥充填灌浆+增设排水孔+上游面贴补混凝土”措施进行加固处理。先在现状已浇筑坝体进行水泥充填灌浆处理，灌浆孔孔距、排距2.5～4 m，钻孔至建基面高程，灌浆采用P·O42.5纯水泥浆液；灌浆前，先在现状已浇筑坝体周边直墙面各层间处开三角楔形体槽，槽宽5 cm、深8 cm，再用丙乳砂浆封堵。距现状坝体上游面2.1 m处增设竖向排水孔Φ150@3 m，并在已浇筑坝顶面采用DN150×3.5镀锌钢管集中排水至下游。

灌浆处理完成后，在现状已浇筑坝体上游面贴补混凝土，贴补混凝土顶部从205.5 m 高程以1∶0.3坡比放坡至下部坝基开挖面。在已浇筑坝体顶层面新旧混凝土接触面设骑缝钢筋（主筋用Φ28@250，分布钢筋用Φ20@250），贴补混凝土在已浇筑坝体高程以下采用常态混凝土C20（3），以上部分采用C15 堆石混凝土并与上部坝体混凝土整体浇筑。上游坝面新旧混凝土凿毛处理并埋设插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m 的钢筋，纵横间距均为0.75 m。缺陷处理典型断面图见图2。

图2 4#坝块缺陷处理断面图

4.2 7#坝块、8#坝块、9#坝块缺陷处理

采取“现状坝体水泥充填灌浆+上游迎水面增设钢筋混凝土防渗面板”措施进行加固处理。先在现状已浇筑坝体进行水泥充填灌浆处理，灌浆孔孔距、排距2.5～3 m，钻孔至建基面高程，灌浆采用P·O42.5纯水泥浆液；灌浆前，先在现状已浇筑坝体周边直墙面各层间处开三角楔形体槽，槽宽5 cm、深8 cm，再用丙乳砂浆封堵。

灌浆处理完成后，在现状已浇筑坝体上游迎水面增设钢筋混凝土防渗面板，面板嵌入混凝土底板30 cm，面板厚35 cm，采用C25 混凝土，面层配钢筋网Φ10@200×200。上游坝面新旧混凝土凿毛处理并埋设插筋，插筋采用Φ20、L=1.5 m的钢筋，纵横间距均为0.75 m。缺陷处理典型断面图见图3。

图3 7#坝块缺陷处理断面图

4.3 施工工艺改进

为确保大坝工程质量，根据已施工堆石混凝土质量缺陷，设计对施工工艺进行以下优化：

（1）堆石料必须经过初筛，入仓前须经过高压水冲洗，严禁将泥、水带入仓内。堆石仓面上游1/2区域严禁自卸汽车进入。

（2）严禁在仓面内用水对堆石料或层面进行清洗。对已经开始堆石的仓面应做好防雨准备，严禁雨水冲刷堆石料流入仓内。

（3）堆石混凝土抗压强度达到2.5 MPa 以前，不得进行下一仓面的准备工作。施工水平缝应采用风镐进行凿毛处理。

（4）调整控制混凝土配合比，减少自密实混凝土浇筑过程中出现的泡沫物、黑炭浮浆，并及时清除。

（5）浇筑块仓面要求微倾向上游，下游端高过上游端20 cm。堆石混凝土收仓时，必须使适量块石高出浇筑面50～150 mm，且不集中。

（6）在周边模板附近留出空间解决仓面注入混凝土后发生的堆石底部污物被挤出、聚集到周边模板附近现象，避免造成浇筑块四周接合面出现不良夹层密集现象。

5 缺陷处理效果

坝体充填灌浆后层间实测抗剪强度参数f值最小为0.76，坝体增设排水孔后底部扬压力按0.3 系数折减，计算得4#坝块、5#坝块各层面抗滑稳定安全系数K分别为1.31、1.35，均满足规范K不小于1.05要求；同时各计算工况下，各坝块层面应力满足规范要求。

改进施工工艺后，大坝上部未出现类似施工缺陷现象。2020年7月大坝下闸蓄水至今，已经历正常蓄水及高水位考验，大坝变形正常，下游坝面未见层间渗水现象，说明大坝施工缺陷处理方案是可行有效的。

6 结语

堆石混凝土是新技术，是由清华大学水利水电工程系发明并获得国家发明专利授权的新型大体积混凝土施工技术，其技术特征是使用专用自密实混凝土，浇筑时依靠其自动流动，无需振捣而达到密实，充填堆石体空隙所形成完整密实的堆石混凝土，具有低碳环保、低水热化、工艺简单、造价低廉、施工速度快等特点。在应用该新技术时，需重视埋石施工质量，必须严格按照规程规范及其专用施工技术要求施工，才能确保施工质量和工程安全。