论文部分内容阅读
【摘 要】 小型病险水库拱坝经过多年运行之后，坝体通常会出现许多裂缝，渗漏严重，给工程带来安全隐患。本文通过拱坝加固的几个工程实例，介绍了小型病险水库拱坝的加固方法及取得的效果，以求能为同类工程提供一些经验。
【关键词】 拱坝;防渗漏;加固设计
1 基本情况
许多小型病险水库拱坝兴建于上世纪七、八十年代，经过几十年的运行，在防洪、灌溉及养殖等多方面发挥了较为明显的效益。但由于工程施工不规范、质量较差，工程老化失修，多年来一直带病运行，存在一系列问题，既危及工程自身及下游的防洪安全，又影响水库综合效益的发挥。
2 存在的问题
小型病险水库拱坝存在的主要问题通常包括坝体渗漏和坝基渗漏。坝基渗漏根据不同地质情况多采用固结灌浆或帷幕灌浆的处理方式，在此不再赘述，本文主要介绍坝体渗漏的加固方法。拱坝坝体渗漏分为单纯渗漏和拱坝坝体应力不满足要求兼渗漏两种情况。
3 加固设计中采取的措施
3.1单纯渗漏问题
对于坝体应力满足要求，单纯渗漏的小型拱坝，结合经济性和耐久性方面的考虑，通常可以采用上游坝面贴混凝土防渗面板或对坝体进行超细水泥灌浆的加固方法。
3.1.1上游坝面贴混凝土防渗面板方法
混凝土防渗面板的底部厚度宜为最大水头的1/30～1/60，且顶部厚度不应小于0.3m。从施工角度，如果贴面厚度太薄，仓口小，不利于施工，施工质量较难以保证，由于小型拱坝的坝高较低，综合考虑，防渗面板一般可采用厚度为0.3～0.5m。为了保证防渗面板与坝体牢靠连接，应在坝体上游防渗面板与原坝体之间设置连接锚筋，混凝土防渗面板迎水面应布置一层钢筋网，设置钢筋网可减小温度及原坝面对面板收缩约束产生的拉应力的影响，钢筋网应与坝体锚筋焊接牢固。同时结合投资情况，可在混凝土中掺入聚丙烯纤维或超纤维，以更有效的控制面板表面裂缝的开展。
工程实例一，C水库位于河北省张家口境内，控制流域面积144.6km2，水库库容214万m3，属于防洪、灌溉为主，兼顾养殖的小（1）型水库。拦河坝坝型为浆砌料石外壳埋石混凝土芯墙的双曲拱坝，最大坝高37m。水库于1976年兴建，1982年竣工。经过多年运行，拦河坝坝体出现多条纵横裂缝，坝体渗漏较为严重。经对拱坝坝体应力进行复核计算，满足规范要求，属于单纯渗漏问题。为了增强坝体防渗，设计采用了上游坝面贴混凝土防渗面板的加固方案。具体加固措施：在坝体迎水面新浇一层聚丙烯纤维钢筋混凝土防渗面板。防渗面板底部厚度0.5m，顶部厚度0.3m。面板混凝土采用C20W6F200，每立方米混凝土纤维掺量为0.9kg。防渗面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连。坝体上游防渗面板与原坝体之间设置连接锚筋，锚筋间距为2m，梅花型布置，锚筋直径为φ20，坝体锚入深度约1.2m。为防止面板混凝土产生裂缝，施工时采用分缝浇筑，每10m设置一道横缝，缝宽2cm，缝间设紫铜片止水一道，采用聚乙烯泡沫板隔缝，聚硫密封胶封堵。
C水库除险加固后，防渗效果明显。
3.1.2超细水泥灌浆方法
超细水泥灌浆的方法是为了提高坝体的整体性和抗渗性，对坝体裂缝进行超细水泥灌浆。水泥可以采用普通硅酸盐超细水泥，要求水泥的外比表面积为700～2000m2/kg。裂缝灌浆前要对冻融破坏的坝面进行清理，并冲洗干净，需勾缝的应重新嵌缝。对于坝体裂缝的处理，应沿坝面裂缝的走向凿成V型槽，然后采用手风钻齐缝钻孔，并将V型槽、钻孔、裂缝冲洗干净，预埋钻孔灌浆管，将V型槽用水泥砂浆勾缝抹平，通过预埋管对裂缝进行灌浆处理，灌浆顺序应自下而上，灌浆压力根据施工情况确定，灌浆材料为超细水泥浆液。
工程实例二，H水库位于河北省张家口境内，是一座以防洪为主，兼顾灌溉的小（1）型水库。水库控制流域面积251.2km2，水库总库容187万m3。拦河坝坝型为浆砌石外壳、埋石混凝土芯墙的薄壁双曲拱坝，最大坝高26m。水库于1975年竣工。经过多年运行，拦河坝坝体出现多条纵横裂缝，坝体渗漏较为严重。由于投资等原因，设计最终采用超细水泥灌浆的方法提高坝体的防渗能力。
H水库除险加固后，防渗效果不十分理想。分析其原因，由于拦河坝修建时施工质量较差，加上老化失修，裂缝较多，坝面冻融破坏严重，灌浆施工难度较大，灌浆压力不好控制，所以超细水泥灌浆的施工质量较难得到保证。在工程投资允许的情况下，不推荐采用此方法解决坝体渗漏问题，若要采用，最好和其它措施相结合使用。
3.2拱坝坝体应力不满足要求兼渗漏问题
经复核拱坝坝体应力不满足规范要求时，可以采用加厚坝体拱圈厚度的方法进行加固，通常选择在坝体上游坝面贴混凝土贴面，使坝体应力满足规范要求，同时可以起到防渗的效果。混凝土贴面不设伸缩缝，浇筑完成后与原坝体形成整体结构，共同受力，贴面厚度根据坝力应力计算确定。为了防止贴混凝土裂缝，贴面施工时应采用分缝浇筑，可以每15m～20m预留一道施工宽缝，在面板混凝土达到稳定温度后浇微膨胀二期混凝土浇筑密实，为保证宽缝的防渗效果，宜在宽缝两侧各设一道止水。
工程实例三，Y水库位于河北省秦皇岛境内，控制流域面积4.5km2，水库库容61.07万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、生态等综合利用的小（2）型水库。拦河坝坝型为圆弧型等半径浆砌石单曲拱坝，混凝土心墙防渗，最大坝高18.7m。水库于1970年兴建，1974年竣工。工程建成投入使用以来，攔河坝坝体渗漏严重，经过对拱坝坝体应力进行复核计算，最大拉应力大于允许拉应力，不满足规范要求。除险加固设计，采用了上游坝面贴混凝土的措施。经计算，上游贴面混凝土在坝基处最大厚度为0.8m，坝顶处厚0.5m，混凝土采用C25W6F200。面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连，面板基础深入弱风化深度基岩应不少于1.0m。贴面浇筑前应将上游坝面凿毛、清洗干净，重新剔勾缝。坝体上游混凝土面板与原坝体之间设置连接锚筋，锚筋直径为φ20，坝体锚入深度为1.3m。锚筋间距为1m，梅花型布置。施工时采用分缝浇筑，每15m预留一道施工宽缝，缝宽1m，在贴面混凝土达到稳定温度后浇微膨胀二期混凝土浇筑密实，等级为C25W6F200，为保证宽缝的防渗效果，在宽缝两侧各设一道橡胶止水带。混凝土面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连。
Y水库除险加固后，取得了不错的效果。
4 结语
针对小型病险水库拱坝坝体渗漏问题，文中介绍了几种加固设计方法，并结合几个工程实例，说明了不同加固方法取得的效果。希望能为同类工程加固设计提供一些经验。
参考文献：
[1]黄国兴，陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京：中国水利水电出版社，1998.
[2]周氏，章定国，钮新强.水工混凝土结构设计手册[K].北京：中国水利水电出版社，1998.
[3] SL282-2003，混凝土拱坝设计规范[S].
[4] DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].
[5] SL25-2006，砌石坝设计规范[S].
[6] GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].
作者简介：杨艳军（1978-），男（汉族），河南滑县人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。
【关键词】 拱坝;防渗漏;加固设计
1 基本情况
许多小型病险水库拱坝兴建于上世纪七、八十年代，经过几十年的运行，在防洪、灌溉及养殖等多方面发挥了较为明显的效益。但由于工程施工不规范、质量较差，工程老化失修，多年来一直带病运行，存在一系列问题，既危及工程自身及下游的防洪安全，又影响水库综合效益的发挥。
2 存在的问题
小型病险水库拱坝存在的主要问题通常包括坝体渗漏和坝基渗漏。坝基渗漏根据不同地质情况多采用固结灌浆或帷幕灌浆的处理方式，在此不再赘述，本文主要介绍坝体渗漏的加固方法。拱坝坝体渗漏分为单纯渗漏和拱坝坝体应力不满足要求兼渗漏两种情况。
3 加固设计中采取的措施
3.1单纯渗漏问题
对于坝体应力满足要求，单纯渗漏的小型拱坝，结合经济性和耐久性方面的考虑，通常可以采用上游坝面贴混凝土防渗面板或对坝体进行超细水泥灌浆的加固方法。
3.1.1上游坝面贴混凝土防渗面板方法
混凝土防渗面板的底部厚度宜为最大水头的1/30～1/60，且顶部厚度不应小于0.3m。从施工角度，如果贴面厚度太薄，仓口小，不利于施工，施工质量较难以保证，由于小型拱坝的坝高较低，综合考虑，防渗面板一般可采用厚度为0.3～0.5m。为了保证防渗面板与坝体牢靠连接，应在坝体上游防渗面板与原坝体之间设置连接锚筋，混凝土防渗面板迎水面应布置一层钢筋网，设置钢筋网可减小温度及原坝面对面板收缩约束产生的拉应力的影响，钢筋网应与坝体锚筋焊接牢固。同时结合投资情况，可在混凝土中掺入聚丙烯纤维或超纤维，以更有效的控制面板表面裂缝的开展。
工程实例一，C水库位于河北省张家口境内，控制流域面积144.6km2，水库库容214万m3，属于防洪、灌溉为主，兼顾养殖的小（1）型水库。拦河坝坝型为浆砌料石外壳埋石混凝土芯墙的双曲拱坝，最大坝高37m。水库于1976年兴建，1982年竣工。经过多年运行，拦河坝坝体出现多条纵横裂缝，坝体渗漏较为严重。经对拱坝坝体应力进行复核计算，满足规范要求，属于单纯渗漏问题。为了增强坝体防渗，设计采用了上游坝面贴混凝土防渗面板的加固方案。具体加固措施：在坝体迎水面新浇一层聚丙烯纤维钢筋混凝土防渗面板。防渗面板底部厚度0.5m，顶部厚度0.3m。面板混凝土采用C20W6F200，每立方米混凝土纤维掺量为0.9kg。防渗面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连。坝体上游防渗面板与原坝体之间设置连接锚筋，锚筋间距为2m，梅花型布置，锚筋直径为φ20，坝体锚入深度约1.2m。为防止面板混凝土产生裂缝，施工时采用分缝浇筑，每10m设置一道横缝，缝宽2cm，缝间设紫铜片止水一道，采用聚乙烯泡沫板隔缝，聚硫密封胶封堵。
C水库除险加固后，防渗效果明显。
3.1.2超细水泥灌浆方法
超细水泥灌浆的方法是为了提高坝体的整体性和抗渗性，对坝体裂缝进行超细水泥灌浆。水泥可以采用普通硅酸盐超细水泥，要求水泥的外比表面积为700～2000m2/kg。裂缝灌浆前要对冻融破坏的坝面进行清理，并冲洗干净，需勾缝的应重新嵌缝。对于坝体裂缝的处理，应沿坝面裂缝的走向凿成V型槽，然后采用手风钻齐缝钻孔，并将V型槽、钻孔、裂缝冲洗干净，预埋钻孔灌浆管，将V型槽用水泥砂浆勾缝抹平，通过预埋管对裂缝进行灌浆处理，灌浆顺序应自下而上，灌浆压力根据施工情况确定，灌浆材料为超细水泥浆液。
工程实例二，H水库位于河北省张家口境内，是一座以防洪为主，兼顾灌溉的小（1）型水库。水库控制流域面积251.2km2，水库总库容187万m3。拦河坝坝型为浆砌石外壳、埋石混凝土芯墙的薄壁双曲拱坝，最大坝高26m。水库于1975年竣工。经过多年运行，拦河坝坝体出现多条纵横裂缝，坝体渗漏较为严重。由于投资等原因，设计最终采用超细水泥灌浆的方法提高坝体的防渗能力。
H水库除险加固后，防渗效果不十分理想。分析其原因，由于拦河坝修建时施工质量较差，加上老化失修，裂缝较多，坝面冻融破坏严重，灌浆施工难度较大，灌浆压力不好控制，所以超细水泥灌浆的施工质量较难得到保证。在工程投资允许的情况下，不推荐采用此方法解决坝体渗漏问题，若要采用，最好和其它措施相结合使用。
3.2拱坝坝体应力不满足要求兼渗漏问题
经复核拱坝坝体应力不满足规范要求时，可以采用加厚坝体拱圈厚度的方法进行加固，通常选择在坝体上游坝面贴混凝土贴面，使坝体应力满足规范要求，同时可以起到防渗的效果。混凝土贴面不设伸缩缝，浇筑完成后与原坝体形成整体结构，共同受力，贴面厚度根据坝力应力计算确定。为了防止贴混凝土裂缝，贴面施工时应采用分缝浇筑，可以每15m～20m预留一道施工宽缝，在面板混凝土达到稳定温度后浇微膨胀二期混凝土浇筑密实，为保证宽缝的防渗效果，宜在宽缝两侧各设一道止水。
工程实例三，Y水库位于河北省秦皇岛境内，控制流域面积4.5km2，水库库容61.07万m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、生态等综合利用的小（2）型水库。拦河坝坝型为圆弧型等半径浆砌石单曲拱坝，混凝土心墙防渗，最大坝高18.7m。水库于1970年兴建，1974年竣工。工程建成投入使用以来，攔河坝坝体渗漏严重，经过对拱坝坝体应力进行复核计算，最大拉应力大于允许拉应力，不满足规范要求。除险加固设计，采用了上游坝面贴混凝土的措施。经计算，上游贴面混凝土在坝基处最大厚度为0.8m，坝顶处厚0.5m，混凝土采用C25W6F200。面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连，面板基础深入弱风化深度基岩应不少于1.0m。贴面浇筑前应将上游坝面凿毛、清洗干净，重新剔勾缝。坝体上游混凝土面板与原坝体之间设置连接锚筋，锚筋直径为φ20，坝体锚入深度为1.3m。锚筋间距为1m，梅花型布置。施工时采用分缝浇筑，每15m预留一道施工宽缝，缝宽1m，在贴面混凝土达到稳定温度后浇微膨胀二期混凝土浇筑密实，等级为C25W6F200，为保证宽缝的防渗效果，在宽缝两侧各设一道橡胶止水带。混凝土面板迎水面布置一层φ12@200的钢筋网，钢筋网与坝体连接锚筋相连。
Y水库除险加固后，取得了不错的效果。
4 结语
针对小型病险水库拱坝坝体渗漏问题，文中介绍了几种加固设计方法，并结合几个工程实例，说明了不同加固方法取得的效果。希望能为同类工程加固设计提供一些经验。
参考文献：
[1]黄国兴，陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京：中国水利水电出版社，1998.
[2]周氏，章定国，钮新强.水工混凝土结构设计手册[K].北京：中国水利水电出版社，1998.
[3] SL282-2003，混凝土拱坝设计规范[S].
[4] DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].
[5] SL25-2006，砌石坝设计规范[S].
[6] GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范[S].
作者简介：杨艳军（1978-），男（汉族），河南滑县人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。