寒冷地區(qū)壩體混凝土防滲性能分析與評(píng)價(jià)

宋恩來(lái)

（東北電網(wǎng)有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110181）

0 概 述

混凝土壩由于本身密實(shí)性較好，早期不考慮其抗?jié)B性能，如豐滿大壩在設(shè)計(jì)時(shí)除對(duì)混凝土強(qiáng)度有要求外，沒(méi)有抗?jié)B和抗凍要求。隨著壩體混凝土滲漏引起各種病害，影響大壩的安全及耐久性，才逐步認(rèn)識(shí)到抗?jié)B的重要性。但由于滲漏經(jīng)常遇到，引起的病害一般都屬于“慢性病”，有時(shí)還不被重視，至今仍沒(méi)有很好解決。在文獻(xiàn)[2]調(diào)查的32座高壩中，100%存在不同程度的滲漏病害，有的還很嚴(yán)重，甚至影響大壩的安全運(yùn)用。

東北電力行業(yè)水電站大壩，最早的修建于1937年，有豐滿大壩和中朝兩國(guó)共有的水豐大壩。上世紀(jì)50年代以后，陸續(xù)建成桓仁、回龍山、太平哨、白山、紅石和中朝合建的云峰、渭原和太平灣大壩等，均為混凝土壩。20世紀(jì)90年代開(kāi)始修建面板堆石壩，有蓮花、小山、松山和雙溝大壩等?；炷翂涡钏\(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的是水豐和豐滿大壩，至今已近70 a，紅石和太平灣大壩蓄水至今也超過(guò)25 a。本文根據(jù)這些工程實(shí)例，分析滲漏及引起的各種病害對(duì)電站發(fā)電和大壩安全及耐久性的影響，并對(duì)幾種防滲措施進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 混凝土滲漏引起的各種病害

1.1 水量損失

為保證壩體混凝土的抗?jié)B性，規(guī)范規(guī)定了壩體各部位的抗?jié)B等級(jí)。對(duì)于重力壩，壩體內(nèi)部混凝土抗?jié)B等級(jí)為W2，其它部位混凝土按水力坡降考慮分成W4～W10。大壩蓄水運(yùn)行后，判斷壩體混凝土抗?jié)B性的常用方法是監(jiān)測(cè)滲流量，但目前尚無(wú)監(jiān)控指標(biāo)，本文用滲漏量占大壩所在河流的多年平均流量百分比來(lái)判斷水量損失。表1列出了東北幾座混凝土壩的壩體滲漏情況。

從表1可以看出，各座大壩壩體滲漏量遠(yuǎn)小于壩址所在河流多年平均流量的1%～0.1%。顯然，壩體滲漏對(duì)電站的發(fā)電效益影響有限。

1.2 混凝土溶蝕

1.2.1 混凝土溶蝕過(guò)程

由于滲漏水的流動(dòng)及水質(zhì)對(duì)混凝土又有溶出性侵蝕，造成混凝土溶蝕。溶蝕過(guò)程是混凝土中Ca（OH）2隨滲漏而不斷流失，引起其它水化產(chǎn)物不斷分解并逐步失去膠凝性。混凝土的微孔結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)生變化，由密實(shí)體逐步發(fā)展為疏松體。研究表明[2]：在壓力水作用下，溶蝕速度在初期逐步增大，中期基本穩(wěn)定，而后期又逐步呈下降趨勢(shì)；混凝土中Ca（OH）2的不斷流失使其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不斷下降，當(dāng)Ca（OH）2溶出（以CaO量計(jì)）達(dá)25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度將下降35.8%，抗拉強(qiáng)度將下降66.4%；隨著Ca（OH）2的不斷流失，混凝土的宏觀密實(shí)度將不斷下降，當(dāng)Ca(OH)2溶出達(dá)25%時(shí)，混凝土飽和面干吸水率將增大90%。

表1 東北幾座混凝土壩壩體滲流量表（單位：L/min）Table 1:Seepage at some concrete dams in northeast of China

1.2.2 工程實(shí)例

豐滿大壩運(yùn)行初期壩體滲漏比較嚴(yán)重，在廊道內(nèi)的裂縫、排水孔出口和排水溝內(nèi)到處都可看到大量白色或黃色的溶蝕物，4號(hào)壩段檢查廊道內(nèi)的四周幾乎全被溶蝕物覆蓋。在下游面可見(jiàn)到多處漏水點(diǎn)，高程235 m以上為多。壩面開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，混凝土接縫、裂縫、橫縫及劣質(zhì)混凝土處漏水，有的是射水，經(jīng)多次灌漿和補(bǔ)強(qiáng)加固才使?jié)B漏量降下來(lái)。根據(jù)壩體滲漏水和庫(kù)水取樣水質(zhì)化驗(yàn)及普查情況，推算出壩體年溶蝕量見(jiàn)表2。

表2 豐滿大壩壩體溶蝕量（單位：kg/a）Table 2:Erosion at Fengman dam

由表2可知，壩體混凝土由于滲漏水作用而被不斷溶蝕，但溶蝕速度緩慢，并因滲漏量減少而減弱。

1990年，在18、28、31號(hào)壩段上游面232～242 m三個(gè)不同高程取表面和表面下約10 cm處的混凝土做水泥結(jié)石化學(xué)成份分析，發(fā)現(xiàn)表層的CaO含量比里層平均減少約6.8%。這說(shuō)明壩面浸泡在庫(kù)水中近50 a，受溶出性侵蝕的影響，表面CaO流失。這種侵蝕還使混凝土強(qiáng)度降低，有的可用手指壓成坑；但侵蝕速度甚緩，深度也不大。

文獻(xiàn)[3]根據(jù)往年庫(kù)水和滲漏水水質(zhì)分析對(duì)比，推算出水泥中CaO流失量：“蓄水以來(lái)壩體CaO總流失量約110 t，僅占?jí)误wA塊水泥中CaO的1%左右，而其中包含了歷年壩體灌漿消耗的1 800 t水泥的溶蝕影響；近期因滲漏量小，CaO的年流失量?jī)H134.22～611.50 kg。因此雖然長(zhǎng)期以來(lái)壩內(nèi)廊道、排水孔等處溶蝕析出物較多，還有相當(dāng)一部分溶解在滲水中被帶走，但溶蝕對(duì)混凝土完整性的影響僅限于微觀方面。對(duì)照建設(shè)期機(jī)口試樣和近期勘探取芯試驗(yàn)成果，混凝土抗壓強(qiáng)度總體沒(méi)有明顯降低現(xiàn)象。”

工程實(shí)例表明，混凝土溶蝕與滲漏密切相關(guān)，滲漏量大溶蝕量也大，滲漏量小其溶蝕也小。溶蝕是緩慢的過(guò)程，豐滿大壩雖然運(yùn)行近70 a，2010年遭遇多峰型洪水，大壩長(zhǎng)期在高水位下運(yùn)行，壩體水平位移的測(cè)值及變幅無(wú)明顯增大趨勢(shì)，說(shuō)明混凝土完整性沒(méi)有被削弱，混凝土強(qiáng)度降低有限。

1.3 壩體結(jié)構(gòu)破壞

1.3.1 滲透壓力

滲漏水在壓力作用下使壩體產(chǎn)生滲透壓力。在《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中，滲透壓力不是必測(cè)項(xiàng)目，Ⅰ、Ⅱ級(jí)大壩可根據(jù)需要進(jìn)行，Ⅲ級(jí)大壩不進(jìn)行監(jiān)測(cè)。豐滿大壩在下游壩面補(bǔ)強(qiáng)加固后，因抬高了壩體浸潤(rùn)線才開(kāi)始監(jiān)測(cè)滲透壓力。

對(duì)于單支墩大頭壩，上游面垂直裂縫滲漏水進(jìn)入后，在縫端要產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大到一定值后，將使裂縫擴(kuò)展甚至造成結(jié)構(gòu)破壞。比較典型的是單支墩大壩的劈頭裂縫。當(dāng)縫深很大時(shí)，裂縫不僅沿對(duì)稱中心線向下劈裂，并有可能向懸臂根部呈曲線劈裂，影響大壩側(cè)向穩(wěn)定，威脅大壩安全?；溉蚀髩尉统霈F(xiàn)了劈頭裂縫問(wèn)題。

考慮壩體滲透壓力后，大壩穩(wěn)定和應(yīng)力復(fù)核結(jié)果表明，一般大壩均可滿足規(guī)范要求。但有的大壩因體型原因其截面會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，如回龍山大壩。

當(dāng)壩體存在較深的水平裂縫（或水平施工縫開(kāi)裂），在高水位低氣溫時(shí)，滲透壓力將對(duì)大壩應(yīng)力、穩(wěn)定影響很大。

1.3.2 工程實(shí)例

回龍山為混凝土重力壩，最大壩高35.0 m，壩長(zhǎng)567.3 m，共35個(gè)壩段，其中1～3號(hào)、18～35號(hào)為擋水壩段。大壩原按重現(xiàn)期50年洪水設(shè)計(jì)，相應(yīng)庫(kù)水位221.7 m，按重現(xiàn)期200年洪水校核，相應(yīng)庫(kù)水位223.8 m，壩頂高程225.0 m，正常蓄水位221.0 m，死水位219.0 m。

設(shè)計(jì)時(shí)，擋水壩段斷面采用直線型，基本三角形頂點(diǎn)設(shè)于正常高水位221.0 m處，上游垂直，下游坡度1∶0.75。由于三角形頂點(diǎn)較低，下游壩面折坡點(diǎn)高程（210.33 m）以上部分高度與該截面寬度之比值較大，致使在校核洪水工況下，折坡點(diǎn)高程截面上游面最小主應(yīng)力為拉應(yīng)力（-0.019 MPa），不滿足規(guī)范要求。在其下游太平哨大壩設(shè)計(jì)中，假設(shè)上游回龍山大壩沿高程210.33 m端面處潰決9個(gè)壩段下泄洪水，除將太平哨副壩由擋水壩段改為非常溢洪道外，在主壩又增加了4個(gè)泄洪孔，由原16孔增至20孔。

第一次大壩安全定期檢查在設(shè)計(jì)復(fù)核時(shí)，計(jì)入滲透壓力后，其各截面的邊緣應(yīng)力如表3所示?？梢?jiàn)210.33 m截面是薄弱部位。

從表3可知，考慮滲透壓力后，上游面拉應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)也相對(duì)降低。但抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)最小的是混凝土與壩基接觸面。

1.4 混凝土凍融和凍脹破壞

壩體滲漏將抬高浸潤(rùn)線，這不僅增加了滲透壓力，在寒冷地區(qū)還導(dǎo)致混凝土凍融和凍脹破壞。凍融破壞是混凝土由表及里的剝蝕破壞，從而降低了混凝土的強(qiáng)度?；炷辽顚觾雒洉?huì)使混凝土的組成物分離或?qū)⒘芽p撐開(kāi)，形成凍脹鼓包、破裂以至大塊混凝土破損脫開(kāi)。大壩凍脹破壞有如下幾種形式：一是溢流面的深層混凝土凍脹破壞，二是壩頂混凝土凍脹上抬，三是水平施工縫凍脹裂開(kāi)。

混凝土凍融和凍脹破壞有兩個(gè)必要條件：一是混凝土中有一定的含水量或混凝土必須接觸水；二是其環(huán)境存在反復(fù)交替的正負(fù)溫度。

東北幾座混凝土大壩由于工作條件、壩體質(zhì)量和滲漏等情況不同，其凍融和凍脹破壞程度也不相同，比較有代表性的是云峰和豐滿大壩。

1.4.1 工程實(shí)例——云峰大壩

云峰大壩地處高寒山區(qū)，多年平均氣溫6.3℃，最高月平均氣溫25.3℃，最低月平均氣溫-18.4℃，瞬時(shí)最高氣溫37.1℃，瞬時(shí)最低氣溫-32.6℃，最大年變幅為66.1℃，最大凍厚1.0 m。施工期混凝土受凍比較嚴(yán)重，7個(gè)冬季（旬平均氣溫-16.1℃～-7.2℃）澆筑的混凝土約為70萬(wàn)m3，約占大壩總混凝土量的1/4。共有202個(gè)澆筑塊受凍，其中分布在上游側(cè)第Ⅰ分塊的有109塊。模擬試驗(yàn)表明，混凝土受凍后其抗壓強(qiáng)度最大降低20%～45%，對(duì)抗?jié)B影響更大，嚴(yán)重受凍的混凝土結(jié)合面單位吸水率ω為不受凍混凝土的20倍?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和超聲波檢測(cè)也表明，抗?jié)B標(biāo)號(hào)達(dá)不到設(shè)計(jì)S8的要求，抗?jié)B性能降低得很多。

表3 校核洪水工況垂直正應(yīng)力及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果Table 3:Calculated vertical normal stress and stability coefficient against sliding in check flood condition

（1）溢流面凍融破壞

28～48號(hào)壩段為溢流壩段，共21孔，堰頂高程306.25 m。溢流面表面1～4 m厚度范圍內(nèi)，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為R200號(hào)S4D150。

大壩蓄水不到10 a，溢流面表面凍融破壞比較嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)溢流或未曾溢流的壩面，均出現(xiàn)混凝土層狀剝蝕、脫落和局部鋼筋裸露等破壞現(xiàn)象，破壞面積11 000 m2，占溢流面的33.6%。經(jīng)分析，破壞是由凍融所造成的。

（2）下游壩面凍融和凍脹破壞

在調(diào)查面積22 332 m2中，已有13 640 m2出現(xiàn)剝蝕、脫落、掉塊等破損現(xiàn)象，破損率為61.8%，占擋水壩段下游面積的27.2%。破損深度在2～6 cm占破損面積64.2%，6～10 cm占25.5%，10～20 cm占9.8%，大于20 cm占0.44%；破損深度最大達(dá)28 cm，最淺為5 cm。

下游面破損成片，混凝土預(yù)制模板縫處草、樹(shù)叢生。試驗(yàn)表明，深度在20～30 cm強(qiáng)度標(biāo)號(hào)平均為R156號(hào)，約有95%低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)R200號(hào)。

（3）上游壩面凍融和凍脹破壞

在調(diào)查面積24 633 m2（高程292.00～321.75 m）中，破壞面積為1 257 m2，破損率為5.1%，剝蝕深度為1.0～25.0 cm。破損嚴(yán)重的壩段破損率為10.6%～22.0%。

水下視頻檢測(cè)5～56號(hào)壩段（高程281.75～290.75 m），檢測(cè)面積13 500 m2，占水下總面積67.8%。檢查發(fā)現(xiàn)壩面預(yù)制模板表層剝蝕破損嚴(yán)重，深度一般在5 cm之內(nèi)，少量達(dá)10 cm，剝蝕破損面積為439.8 m2，占檢測(cè)面積的5.9%。

1.4.2 工程實(shí)例——豐滿大壩

豐滿大壩地處寒冷山區(qū)，多年平均氣溫為5.8℃，多年最低月平均氣溫為-19.7℃，歷史最高日平均氣溫31.5℃，最低日平均氣溫-30.7℃，極差62.2℃，瞬時(shí)最低氣溫-40.5℃。一般10月中下旬即開(kāi)始結(jié)冰，翌年4月份才逐漸化凍，整個(gè)冰凍期長(zhǎng)達(dá)5～6個(gè)月之久。

（1）溢流面混凝土深層凍脹破壞

大壩運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，溢流面有明顯鼓包，并多處開(kāi)裂。1981年泄洪時(shí)約沖掉混凝土40 m3，最大沖深50 cm。因及早關(guān)閉閘門(mén)而未出現(xiàn)大面積的沖毀。

1986年大壩泄洪時(shí)，12～13號(hào)壩段溢流面被沖毀面積1 091 m2，沖走混凝土有1 917 m3，沖坑寬22 m，長(zhǎng)19 m，深2～3 m。破壞是先將大塊掀起沖走，再進(jìn)行局部淘深?；炷辽顚觾雒浧茐氖沁@次溢流面被沖毀的內(nèi)在原因。

（2）壩頂混凝土凍脹上抬

1959年4 月～1994年4月，各壩段的垂直位移為12.01～45.72 mm，年變幅一般為3～12 mm，近右岸壩段垂直位移變幅較大。各壩段垂直位移變化的年周期明顯，影響因素主要是溫度變化。垂直位移過(guò)程線出現(xiàn)雙峰雙谷型現(xiàn)象。經(jīng)多年觀測(cè)和分析，最后發(fā)現(xiàn)其原因是水平縫群的凍脹所致。

（3）水平施工縫凍脹張開(kāi)

水平施工縫凍脹張開(kāi)主要發(fā)生在1944～1949年澆筑的混凝土上。大壩1942年即采用臨時(shí)斷面開(kāi)始蓄水，其大壩為臺(tái)階形狀。一些壩塊受到長(zhǎng)期的冰凍侵蝕，混凝土受到嚴(yán)重的凍害。A壩塊在水壓力和凍脹張力作用下，水平施工縫部分或全部被拉裂，B、C和D壩塊也同樣遭到不同程度的凍融和凍脹破壞。

2 壩體防滲

工程實(shí)踐表明，壩體裂縫和工程缺陷等導(dǎo)致的滲漏僅用混凝土抗?jié)B等級(jí)是解決不了的。在大壩蓄水運(yùn)行一段時(shí)間后，不得不采用其它防滲措施。

2.1 上游防滲

東北大壩中在上游采取防滲措施的有桓仁、豐滿和云峰大壩?；溉蕿閱沃Ф沾箢^壩，在施工期出現(xiàn)劈頭裂縫，威脅大壩安全。蓄水前在上游由壩踵至死水位以下1 m做了防滲層，蓄水后又將防滲層加高。豐滿大壩是由壩頂?shù)?45 m高程外包鋼筋混凝土層，然后在高程245～226 m做了瀝青防滲層。云峰是由壩頂?shù)剿浪灰韵? m做了防滲加固工程。

2.1.1 工程實(shí)例——桓仁大壩

桓仁大壩于施工期在上游面發(fā)現(xiàn)裂縫共261條，其中劈頭裂縫50條，20條比較嚴(yán)重；其長(zhǎng)度一般在10 m以上，有14條長(zhǎng)達(dá)20～40 m，縫寬大于0.5 mm的有24條，縫深一般為3～3.5 m，最深達(dá)5～6 m。

（1）上游防滲層

為防止?jié)B透水壓力將大頭和支墩劈開(kāi)，影響大壩側(cè)向穩(wěn)定，于蓄水前在上游面做了無(wú)胎油氈防滲層，由右重壩段到28號(hào)壩段，從底做至288.5 m高程，而25～28號(hào)壩段防滲層的頂部高程為266 m。

蓄水后發(fā)現(xiàn)，未做防滲層部位的裂縫有所發(fā)展。為防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，1989年采用瀝青混凝土對(duì)原防滲層進(jìn)行加高，從高程288.5 m加高到306.3 m（重現(xiàn)期50年洪水位為306.0 m）。為了防止從壩頂滲水，在壩頂做了瀝青席防滲層。由于溫度對(duì)裂縫的變化影響很大，對(duì)封腔蓋板還進(jìn)行了保溫改造。

（2）防滲層的效果

做防滲層前，1960年調(diào)查（當(dāng)時(shí)水位258.2 m），大壩滲漏水131處。1964年汛期，洪水位262 m時(shí)出現(xiàn)滲漏水197處，其中射流6處。做防滲層后，滲漏水明顯減少。1970年1月16日（正常蓄水位300 m），漏水31處，滴水和濕潤(rùn)97處，已消除了射流。此后調(diào)查表明，防滲層效果明顯，但壩腔內(nèi)比較潮濕。防滲層加高后的1991年，相同月份和相同水位情況下調(diào)查發(fā)現(xiàn)，流水、滴水和濕潤(rùn)共31處，比加高前減少73%，滲漏水明顯減少，之后其壩體滲漏量也無(wú)大的變化。

多次分析認(rèn)為，上游防滲層的效果是顯著的，但耐久性更需要關(guān)心。1989年4月，利用加高防滲層的機(jī)會(huì)，曾對(duì)原防滲層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：雖經(jīng)過(guò)20多年，除延伸率、柔性外，無(wú)胎油氈其他性能無(wú)明顯變化。本次試驗(yàn)延伸率（濕度100%）是35。低溫柔度，出廠時(shí)繞直徑10 mm棒在-10℃不裂；20多年后試驗(yàn)，繞直徑10 mm棒-20℃（恒溫1 h）斷裂。因無(wú)胎油氈防滲層在死水位290.0 m以下（最高到288.5 m高程），其柔度受低溫影響有限。而288.5 m高程以上后加高的防滲層為瀝青混凝土。

2.1.2 工程實(shí)例——云峰大壩

云峰大壩在施工期混凝土早期受凍，降低了混凝土抗?jié)B性能，蓄水運(yùn)行后，大壩溢流面、上下游面凍融和凍脹破壞比較嚴(yán)重，不得不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

（1）上游壩面防滲及補(bǔ)強(qiáng)加固

2005～2008年對(duì)上游面進(jìn)行防滲及補(bǔ)強(qiáng)加固，范圍為死水位以下1 m至壩頂（高程280.75～321.75 m）。采用抗裂混凝土C25F300W10，二級(jí)配。同時(shí)摻加網(wǎng)狀聚丙烯纖維以提高壩面混凝土的抗?jié)B能力和限裂能力。

原壩面開(kāi)挖60 cm后再澆筑60 cm厚新混凝土?；炷劣缅^筋掛鋼筋網(wǎng)及混凝土界面粘結(jié)劑與壩體老混凝土牢固連接，以增加壩的整體性。鋼筋網(wǎng)采用直徑16 mm螺紋鋼，縱、橫向間距均為20 cm。錨筋采用直徑22 mm螺紋鋼，其長(zhǎng)度L=3.0 m，間、排距1.5 m，梅花型布置，外露端部與鋼筋網(wǎng)焊接。錨筋錨固長(zhǎng)度2.0 m。

對(duì)伸縮縫在新澆筑的混凝土范圍內(nèi)設(shè)銅止水，并對(duì)距上游面1.5 m范圍內(nèi)的所有伸縮縫均用GB嵌縫止水材料進(jìn)行充填，新增設(shè)銅止水在280.75 m高程處往壩內(nèi)延伸與原壩體銅止水相接。

采用鑿槽填充法進(jìn)行壩體裂縫缺陷處理，在新澆筑的混凝土內(nèi)，在緊鄰老混凝土裂縫處增設(shè)1～2排?25、長(zhǎng)度3.0 m的并縫鋼筋，并縫筋間距為20 cm；架立筋直徑?16，間距20 cm。

（2）加固后效果

1971年壩體滲漏比較嚴(yán)重，經(jīng)灌漿處理后，漏水量減少，但漏水部位增加。漏水部位主要是伸縮縫、水平施工縫、縱縫、灌漿管、受凍混凝土及裂縫等。1993～2002年壩體滲漏量年均值為131.49 L/min，2004年滲漏量為54.39 L/min，2005年滲漏量為53.63 L/min。補(bǔ)強(qiáng)加固后，2009年漏水量為13.10 L/min。2010年1～9月末最高水位318.75 m，平均庫(kù)水位303.57 m，由于高水位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，壩體滲漏量為22.48 L/min，顯然，上游面補(bǔ)強(qiáng)加固對(duì)壩體漏水量影響較大，加固效果顯著。

2.2 壩體混凝土灌漿

2.2.1 水豐大壩

水豐大壩于1937年開(kāi)工建設(shè)，1941年8月蓄水，1943年建成。由于設(shè)計(jì)對(duì)上游面混凝土無(wú)特殊要求，加上混凝土施工質(zhì)量差，在恢復(fù)改建“101”（設(shè)計(jì)代號(hào)）設(shè)計(jì)時(shí)曾鉆孔檢查混凝土質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)壩內(nèi)尚有未澆好的混凝土，15～25號(hào)壩段鉆孔取出的6個(gè)混凝土試件中，有2/3試件抗?jié)B標(biāo)號(hào)低于B4。對(duì)17個(gè)試件做抗凍試驗(yàn)，有8個(gè)凍融達(dá)到75次，有5個(gè)達(dá)到100次，有4個(gè)達(dá)到150次。

大壩運(yùn)行初期，漏水比較嚴(yán)重，壩體廊道內(nèi)到處流水。漏水量觀測(cè)從1953年開(kāi)始，1月6日（水位為115.86 m）大壩總漏水量日平均為11 760.0 L/min；當(dāng)年10月5日（水位116.37m），大壩總漏水量日平均為16 320.0 L/min。

（1）水泥灌漿

恢復(fù)改建時(shí)期，對(duì)壩體混凝土進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌漿，1957年在壩頂和上部廊道對(duì)7～27號(hào)壩段壩體進(jìn)行水泥灌漿，1958年對(duì)壩段伸縮縫周圍及右岸擋水壩段進(jìn)行水泥灌漿。設(shè)計(jì)鉆灌35 700 m，實(shí)際完成21 348 m。

壩體防滲帷幕形成后，也在其后鉆設(shè)排水孔，從壩頂鉆到上部廊道，又從上部廊道鉆到下部廊道。在壩體增設(shè)了排水孔，于溢流面內(nèi)1.5 m處設(shè)三條縱向排水廊道，在廊道內(nèi)于壩段的橫縫處打排水孔。

因壩體仍存在滲漏，1959～1996年對(duì)壩體進(jìn)行水泥灌漿共10 872 771 m。

（2）灌漿效果

大壩經(jīng)恢復(fù)改建和多年的修補(bǔ)與維護(hù)（水泥灌漿、上游壩面補(bǔ)修等），大壩漏水量明顯減少。1953年總漏水量16 320.0 L/min，1993年為165.0 L/min，1995年發(fā)生了洪水，最高水位達(dá)到125.63m，這一年大壩總漏水量明顯增大，年平均達(dá)517.2 L/min，1996年達(dá)518.4 L/min。2004年以后有所減少，見(jiàn)表4。壩體滲水仍明顯存在。根據(jù)漏水部位的分析來(lái)看，從廊道排水孔中漏出的水量占多數(shù)，而廊道側(cè)墻上的漏水量極少。

滲透壓力也明顯降低，大壩恢復(fù)改建時(shí)期，1956～1958年滲壓系數(shù)帷幕前為0.15～0.25，帷幕后為0.10～0.15；經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)灌漿及增設(shè)排水孔，滲壓系數(shù)在帷幕后為0.10～0.15，在排水孔處為0.05～0.10，小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 豐滿大壩

大壩混凝土質(zhì)量差及壩體橫縫止水不好，運(yùn)行初期滲漏十分嚴(yán)重，最大滲漏量達(dá)16 380 L/min。為此對(duì)壩體進(jìn)行多次補(bǔ)強(qiáng)灌漿，較全面的有三次，即1951～1953年366（設(shè)計(jì)代號(hào)）設(shè)計(jì)改建期壩體帷幕灌漿、1954～1988年大壩運(yùn)行期補(bǔ)強(qiáng)灌漿、1989～1994年大壩全面加固期帷幕灌漿。2008年鉆孔壓水試驗(yàn)表明，A壩塊1942年后所澆混凝土的平均透水率為10.03 Lu，最大值為55.67 Lu，最小值為0.1 Lu；1942年前所澆混凝土的平均透水率為5.21 Lu，最大值為89.15 Lu，最小值為0.091 Lu；A壩塊混凝土的算術(shù)平均透水率達(dá)7.6 Lu。顯然，壩體混凝土不滿足抗?jié)B要求。尤其是溢流壩段混凝土防滲性能差和壩體排水系統(tǒng)基本失效，導(dǎo)致溢流面混凝土凍融和凍脹逐年發(fā)展，嚴(yán)重影響大壩安全泄洪。

（1）水泥灌漿

為確保大壩安全，對(duì)大壩實(shí)行“降滲工程”。為滿足工程需要，在溢流壩段采用“密孔、高壓、濕磨細(xì)水泥濃漿（0.1∶1）”等一系列試驗(yàn)成果，確定了采用深孔（孔深一般超過(guò)50 m）、小孔徑（?76 mm），用孔口封閉工藝進(jìn)行壩體帷幕灌漿。

（2）灌漿效果

灌漿后壓水試驗(yàn)檢查表明，95.5%的孔段透水率小于0.15 Lu；孔內(nèi)電視成像檢查表明，92.1%的破損和裂隙得到了充填，4.9%的破損和裂隙得到了部分充填；聲波CT檢測(cè)表明，平均聲波多在4.2～4.8 km/s之間，波速提高3%～10%。

降滲工程從2008年4月開(kāi)始，2009年6月結(jié)束。工程實(shí)施后，從2008年9月11日開(kāi)始，原有溢流壩段總滲漏量有減少的趨勢(shì)，到降滲工程結(jié)束后，其滲漏量見(jiàn)表5。

由表5可知，灌漿后與灌漿前相比，在水位相近的1995年8月8日與2010年8～11月，其滲漏量相差很多，灌漿效果顯著。

為降低壩體滲透壓力，在溢流壩段還新鉆了排水孔，其漏水量見(jiàn)表6。

新鉆排水孔漏水量與庫(kù)水位有關(guān)，水位達(dá)到263.77 m時(shí)，總漏水量也達(dá)到最大值（11.88 L/min），在低水位246.34 m時(shí)，總漏水量最小，為5.85 L/min。

灌漿前后滲透壓力有所變化，有10個(gè)測(cè)點(diǎn)揚(yáng)壓力系數(shù)降低，有6個(gè)測(cè)點(diǎn)上升，見(jiàn)表7。

3 幾點(diǎn)看法

（1）大壩蓄水運(yùn)行后，經(jīng)不斷維護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)加固，壩體滲漏量遠(yuǎn)小于壩址所在河流多年平均流量的1%～0.1%，壩體滲漏對(duì)電站的發(fā)電效益影響不大。

表4 水豐大壩滲漏量統(tǒng)計(jì)表Table 4:Seepage of Shuifeng dam

表5 豐滿大壩溢流壩段總滲漏量統(tǒng)計(jì)表（鉆排水孔前）Table 5:Seepage of overflow sections of Fengman dam(before drainage holes drilled)

表6 豐滿大壩溢流壩段總滲漏量統(tǒng)計(jì)表（鉆排水孔前）Table 6:Seepage of overflow sections of Fengman dam(drainage holes drilled)

表7 豐滿大壩溢流壩段揚(yáng)壓力灌漿前后對(duì)比表Table 7:Uplift pressures of overflow sections of Fengman dam before and after grouting

（2）由于滲漏水的流動(dòng)及水質(zhì)對(duì)混凝土有溶出性侵蝕，造成混凝土溶蝕?；炷寥芪g是緩慢的過(guò)程，與滲漏密切相關(guān)，滲漏量如控制在目前的水平，總的來(lái)看溶蝕量不大，混凝土完整性沒(méi)有被削弱，對(duì)混凝土強(qiáng)度降低有限。

（3）一般壩體不是穩(wěn)定和應(yīng)力的控制部位，但設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周或壩體存在較深的水平裂縫（或水平施工縫），在高水位低氣溫時(shí)，滲透壓力對(duì)大壩應(yīng)力、穩(wěn)定影響很大。

（4）滲漏水也會(huì)對(duì)壩體結(jié)構(gòu)造成破壞，比較典型的是單支墩大壩的劈頭裂縫。當(dāng)縫深很大時(shí)，裂縫不僅沿對(duì)稱中心線向下劈裂，并且有可能向懸臂根部呈曲線劈裂，影響大壩的側(cè)向穩(wěn)定，威脅大壩安全。

（5）在寒冷地區(qū)，滲漏會(huì)導(dǎo)致混凝土凍融和凍脹破壞，其破壞程度與大壩工作條件、壩體質(zhì)量和滲漏等有關(guān)，這不僅降低壩體混凝土強(qiáng)度，在溢流壩段則加劇沖磨和空蝕破壞，嚴(yán)重的還影響大壩安全泄洪。

（6）全上游面采取防滲補(bǔ)強(qiáng)加固效果較好，桓仁大壩已安全運(yùn)行40多年，不僅保住了單支墩大頭壩壩型，壩體滲漏水很少，上游壩面局部防滲也有一定效果。

（7）溢流壩面和下游壩面補(bǔ)強(qiáng)加固可防止或減緩其凍融和凍脹破壞，但起不到防滲作用；如排水不暢，還將抬高壩體浸潤(rùn)線，對(duì)壩體穩(wěn)定不利。

（8）水泥灌漿的防滲效果明顯，但對(duì)降低揚(yáng)壓力還需與排水一起考慮，以達(dá)到最好的效果。

[1]DL5108-1999，混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]李金玉，曹建國(guó).水工混凝土耐久性的研究和應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社.2004.

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[6]張秀麗，謝霄易，陳鏗.豐滿大壩歷年灌漿效果分析及改進(jìn)建議[J].大壩與安全，2009，（1）.

[7]李東升.混凝土壩表面凍融破壞分析[C].第十七屆國(guó)際大壩會(huì)議論文譯文集——壩的老化與補(bǔ)救措施.