（水利工程专业论文）丰满大坝防渗+加固方案研究.pdf

摘要 摘要 丰满大坝始建于1 9 3 7 年，迄今为止，已运行6 0 余年。由于当时的施工技术及特定的 历史条件，导致大坝出现蜂窝、裂缝，引起钙质析出，严重影响大坝防渗性能及坝体强度， 另外，由于坝基断层和破碎带的存在，降低了坝体与坝基的摩擦系数，对大坝的稳定不利。 丰满大坝多年的运行情况表明，大坝存在着严重漏水和稳定性不足的问题，急需对大坝进 行防渗加同处理。 本文根据丰满大坝存在的问题，对相关资料进行了详细地分析，提出了三种防渗加固 方案，从技术和经济角度对三种方案进行了全面而系统的分析论证，优选出最佳防渗加固 方案。该方案的实施，将从根本上解决丰满大坝防渗加固这一难题。 关键词：丰满大坝防渗加固方案研究 a b s t r a c t a b s t r a c t f e n g m a nd a mw a sb u i l ti n19 3 7 ，a n dh a v er l nf o rm o r et h a n6 0y e a r su n t i ln o w i nt h a t s p e c i f i ch i s t o r i c a lc o n d i t i o nt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi sv e r yp o o r , h o n e y c o m ba n dc r a c k a p p e a r e di n t h ed a m ，a n dt h ec a l c a r e o u sl i x i v i a t e df r o mt h ec o n c r e t e ，s ot h ea n t s e e p a g e c a p a b i l i t ya n dt h es t r e n g t ho f t h ed a ml o w e r e dg r e a t l y , i na d d i t i o n ，t h ef a u l to f d a n lh a v er e d u c e d t h ef f i d i o nc o e f f i c i e n tb e t w e e nt h ed a mb o d ya n df o u n d a t i o n ，t h i si sd i s a d v a n t a g e o u st ot h e s t a b i l i t yo ft h ed a m t h er u n n i n gc o n d i t i o ni nt h ep a s tm a n yy e a r so ff e n g m a nd a mi n d i c a t e d t h a tt h e r ea r es e r i o u sl e a k a g ep r o b l e m si nt h ed a ma n dt h es t a b i l i t yo f t h ed a mi sd e f i c i e n t s ot h e d a r ni ss t a r v ef o rs e e p a g ep r e v e n t i o na n dr e i n f o r c e m e n tm e a s u r e s i nt h i sp a p e r , e x i s t i n gd a t ac o r r e l a t i v et ot h ep r o b l e m so f f e n g m a nd a mi sa n a l y z e di n d e t m l ，a n d3s e e p a g ep r e v e n t i o na n dr e i n f o r c e m e n tm e a s u r e sa r eb r o u g h tf o r w a r d ，a no v e r a l la n d s y s t e m a t i ca n a l y s i si sc a r r i e do nf r o mt e c h n o l o g ya n de c o n o m i c a lv i e wt ot h e3m e a s u r e s ，a n d t h eb e s ts e e p a g ep r e v e n t i o na n dr e i n f o r c e m e n ts c h e m ei sc h o s e no u t 。t h es c h e m ec a l ls o l v et h e d i f f i c u l ts e e p a g ep r e v e n t i o na n dr e i n f o r c e m e n tp r o b l e mf u n d a m e n t a l l y k e y w o r d ：f e n g m a nd a m p r e v e n t i o no fs e e p a g er e i n f o r c e m e n ts c h e m e s t u d y 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 丰满大坝位于吉林市东南2 4 k m 处松花江上，是一座长10 8 0 m ，高9 3 m ，体积19 4 万 m 3 的混凝土重力坝。全坝分为6 0 个水坝段，每个坝段长1 8 m ，由挡水坝段，取水坝段和 溢流坝段组成。坝顶宽9 1 3 5 m ，上游坝坡o 0 5 ，下游坝坡o 7 5 o 7 8 。丰满大坝于 1 9 3 7 年曰伪时期兴建，1 9 4 2 年蓄水，解放前完成混凝土浇筑量约8 9 ，解放后，进行了 大规模的续建和改建工程。1 9 5 3 年大坝完全建成，开始人工调节。大坝白建成以来，经受 了1 9 5 7 年最高洪水位2 6 6 1 8 m 及1 9 9 0 年最低水位2 2 5 1 5 m 的考验。大坝已运行6 0 余年， 虽然经过多次维修和加固，仍存在许多缺陷和问题，主要有： l 、坝体存在大量低质量、低强度混凝土。大坝存在蜂窝、狗洞、裂缝、冷缝，致使 钙质析出。严重影响坝体的强度和防渗性能。 2 、坝基存在大断层和破碎带。由于大断层和破碎带的存在，使坝体和坝基滑移面的 摩擦系数降低，扬压力增大，对大坝的稳定性和应力状态不利。 3 、大坝防渗性能差，严重漏水。由于施工质量差，缝隙多，再加上大坝纵横缝大多 都没按设计要求设置键槽，纵缝没灌浆，存在许多渗漏途径。例如，在维修期没进行第一 期坝体帷幕灌浆之前，漏水量高达1 6 3 8 0 l r a i n ，相当于o 2 7 3 m 3 s 的流量，可供5 4 6 万人生活用水；由于坝体内缝隙水充沛，在缝隙水的冻胀积累之下，致使4 7 4 9 坝段在 2 0 年内坝顶升高3 5 r a m ，大坝漏水量大，加剧了冻融、溶蚀风化等破坏作用，大坝已呈现 老化状态，至使上、下游坝面破损严重。1 9 8 6 年汛期泄洪时，大面积溢流坝面被冲坏，范 围达7 0 0 多平方米，冲走砼1 0 0 0 多立方米。这是大坝必须进行防渗加固的重要原因。 4 、大坝防洪能力不足。按丰满水库规模、作用及其重要性，应能防御万年一遇的洪 水，可是在考虑自山水库调洪作用和丰满水库泄水洞泄流能力的情况下，也只有三千年一 遇的防洪能力。 5 、大坝抗震能力差。 丰满水利枢纽所在场地的基本烈度为7 度，丰满枢纽应属甲级 抗震建筑，其设防烈度应在基本烈度基础上再提高一度，即丰满大坝应按8 度设防。按正 常高水位2 6 3 5 m 加8 度地震作用的载荷组合，用抗剪和抗剪断两种方法计算，坝体和坝 基的抗滑稳定安全系数局部不能满足规范要求，需要对大坝进行加固处理，这是对丰满大 坝进行防渗处理时必须考虑的一个重要因素。 1 9 9 4 年7 月2 9 日中国东北电力集团公司东电科教部 1 9 9 4 1 3 7 号文关于对丰满电厂 第一章绪论 水下防渗加固施工方案研究进行专家论证的通知中指出，丰满大坝是在日伪时期施工， 由于当时的技术和政治原因，大坝一直存在着严重的渗漏问题，虽经多次防渗加固，但因 技术难度较大，都是在较易处进行局部修补。而大坝上游面2 2 6 m 高程以下防渗加固问题 由于水深、难度大一直无法进行，它是影响大坝安全运行的重大隐患。为此，我进行了混 凝土大坝防渗加固的资料微机检索，查阅多篇有关资料，并分析研究了国内外混凝土大坝 防渗加固的工程实例，在此基础上，又多次到丰满现场进行了实地调研。提出了三种防渗 加固方案。本论文对三种防渗加匿【方案进行了全面的分析和论证。 终上所述，可以得出如下的简短结论：丰满大坝严重漏水，对大坝的安全运行极为不 利，大坝的防渗加固势在必行，而且应该尽早实旋；大坝的抗震剪切强度不够，必须做加 固维修；在进行上述防渗与加固工程时，必须确保工程效果，并尽可能将防渗与加固两者 兼顾起来，以求一举两得。 1 2 丰满水电站水工建筑物运行概况 1 2 1 丰满水电站的基本情况 丰满电站大坝始建于1 9 3 7 年，1 9 4 2 年1 1 月水库开始蓄水，1 9 4 3 年3 月第一台机组发 电。1 9 5 3 年大坝全部建成，并开始人工调节。丰满大坝为混凝土重力坝，在取水坝段内埋 设1 0 条直径为5 6 m 的压力钢管和一条直径为1 6 m 的厂用机压力钢管，在钢管首部设有 拦污栅和平板检修闸门( 无事故闸门) ，压力钢管进口中心高程为2 2 2 m ( 厂用机进水口中 心高程2 2 0 m ) 。在溢流坝段设有1 1 个溢流孔和1 1 扇6 m x l 2 m 的平板闸门控制下泄洪水， 溢流孔最大泄洪能力为9 2 4 0 m 3 s 闸f q t l 口底槛高程2 5 2 5 m ，顶部高程2 5 8 5 m ，闸门的设 计水头1 2 m 。 枢纽布置及部分坝段剖面见图1 1 ，1 2 ，1 3 , 1 4 。 第一章绪论 图1 1丰满水电站枢纽布置图 憝 图1 2 丰满大坝取水、厂房坝段断面图 第一章绪论 图1 3 丰满大坝取水坝段断面图 图1 4 丰满大坝溢流坝段断面图 第一章绪论 1 2 2 丰满大坝建设及运行情况 1 2 2 1 大坝漏水观测资料分析 较系统的大坝的漏水观测工作是从1 9 5 4 年开始的，其间设置的观测项目较多，有检 查廊道排水沟流量观测、坝基单孔漏水观测、坝体单孔漏水观测、坝段接缝漏水观测等。 其中检查廊道排水沟流量观测工作始于1 9 4 9 年1 0 月。 1 、坝基漏水观测资料分析 1 ) 测值分析 坝基漏水观测用容积法测量各排水孔的漏水量，然后按各单孔漏水量计算出各坝段及 全坝的漏水总量。坝基漏水量始测于1 9 5 4 年，全坝基历史最大漏水量为2 2 3 0 2 l m i n ( 1 9 5 6 年9 月1 0 日库水位2 6 5 4 1 m ) 。1 9 8 6 年高水位全坝基最大漏水量测值为7 4 2 5 l r a i n ( 9 月 1 2 日库水位2 6 3 6 4 m ) ，1 9 9 5 年高水位全坝基最大漏水量测值为5 1 0 8 l m i n ( 8 月9 日库水 位2 6 3 5 0 m ) ，总的看坝基漏水量呈减少趋势。根据1 9 9 5 年高水位观测成果，坝基漏水较 大的坝段有3 7 3 9 、4 3 等坝段，坝段最大漏水量为( 2 9 4 8 7 6 ) k m i n 。 从坝基总漏水量的测值变化情况与库水位的变化情况来看，漏水量与库水位之问呈现 出一定的正相关特性，即库水位升高，漏水量增大：库水位降低，漏水量减少，该现象从 表1 1 中可明显看出。 第一章绪论 表1 1坝基总漏水测值表 高水位期低水位期 测值 测值 年月日水位( m )年月日水位( m ) ( l r a i n ) ( l m i n ) 5 6 0 9 1 02 6 5 4 12 2 3 0 25 6 0 3 0 52 4 2 6 39 7 6 2 5 7 1 0 ，1 0 2 6 5 1 61 0 9 8 85 7 0 3 0 8 2 5 5 7 81 2 0 ，0 3 5 8 0 1 0 3 2 5 9 9 19 7 4 75 8 1 1 2 4 2 4 2 1 76 1 5 7 6 3 1 0 2 2 2 6 4 9 51 1 7 2 96 0 0 4 0 1 2 4 8 0 96 4 7 1 6 4 0 9 2 22 6 4 4 61 1 4 1 26 4 0 7 1 72 5 1 8 97 9 9 3 6 5 0 9 2 82 5 9 4 4l o o 7 26 5 0 7 2 22 4 5 1 86 2 8 2 7 1 1 0 1 82 6 4 9 l6 7 5 17 1 0 3 1 92 3 6 6 62 2 2 5 7 2 0 4 1 72 6 0 6 64 7 8 77 2 0 7 2 52 4 3 _ 3 43 4 9 8 7 3 0 9 1 l 2 6 2 3 56 2 - 3 37 3 0 3 0 32 4 7 7 6 4 4 6 5 8 3 0 8 0 8 2 6 1 _ 3 26 5 6 48 3 0 3 0 92 4 7 2 24 9 4 4 8 5 0 9 0 9 2 6 3 3 66 5 5 18 5 0 3 1 32 4 6 1 43 8 5 5 8 6 0 9 1 22 6 3 6 4 7 4 2 58 6 0 3 1 1 2 4 9 6 33 7 0 7 9 3 1 0 0 62 5 8 4 7 3 6 0 99 3 0 4 1 42 5 1 8 1 2 5 3 9 9 4 0 8 2 2 2 6 2 7 85 0 9 l9 4 0 4 2 02 4 8 3 23 1 3 3 9 5 0 8 0 9 2 6 3 6 45 1 0 89 5 0 5 1 52 5 3 8 32 9 8 8 根据上述特性我们可知，当库水位较高时，坝基的总漏水量也较大。 2 坝体漏水观测资料分析 1 ) 测值分析 从坝体总漏水的测值变化情况与库水位的变化情况表1 1 2 来看，坝体漏水量与库水位 之间也存在着一定的正相关特性。即库水位上升，漏水量增大；库水位降低，漏水量减小 第一章绪论 表1 2坝体总漏水量测值表 年份最大值( l r a i n )最小值( l m i n ) 月日水库水位( m )漏水量月日水库水位( m )漏水量 1 9 5 02 5 5 o o1 6 3 8 0 0 0 1 9 5 48 2 72 6 3 0 63 9 7 0 83 62 5 0 ，6 31 1 3 7 8 1 9 5 66 ，2 52 6 2 0 73 7 2 3 7 3 5 2 4 2 6 31 1 1 2 7 1 9 5 71 2 0 62 6 2 6 05 4 0 1 03 8 2 5 5 7 81 2 0 6 3 1 9 6 09 0 8 2 6 4 1 21 6 5 7 34 1 2 2 4 3 ，2 54 4 3 1 1 9 6 31 0 2 22 6 4 9 51 4 5 8 64 12 4 8 0 98 5 0 7 1 9 6 49 0 22 6 4 0 82 2 2 7 67 1 72 5 1 8 97 0 9 0 1 9 7 l8 0 62 6 2 3 92 0 6 0 33 1 92 3 6 0 67 3 8 1 9 7 58 0 42 6 2 7 0 1 7 9 9 9 4 5 2 3 8 9 21 1 0 4 1 9 8 1 8 2 1 2 6 0 1 34 3 4 1 1 1 t 3 2 5 7 4 71 1 4 6 1 9 8 37 _ 3 02 6 1 3 2 8 4 6 44 1 12 4 7 2 75 0 4 1 9 8 55 r 3 12 6 3 _ 1 21 4 1 5 16 1 72 4 8 8 82 8 8 1 9 8 68 0 42 6 2 8 l1 1 9 1 04 1 52 5 2 - 3 98 2 8 1 9 9 18 0 12 6 3 0 78 8 8 36 1 42 5 5 3 49 6 3 1 9 9 48 2 62 6 2 3 31 8 1 22 1 7 2 5 0 9 52 1 6 1 9 9 58 0 42 6 3 9 82 4 3 94 1 1 2 5 4 0 51 8 9 注：1 9 5 0 年漏水总量的测量是在检查廊道排水沟用断面浮标法观测，因当时坝基排水沟还没有钻 孔，因此主要的坝体漏水；1 9 5 4 年以后的漏水总量是在每个排水孔用容积法观测，然后取和。 总之，从测值分析的结果来看，坝体漏水量是逐年减少的。与所采取的防渗措施是分 不开的。从表1 i , t 2 可见，坝体漏水总量多年变化过程表现出漏水总量随各阶段进行的坝 体防渗工程而减少，1 9 5 0 年坝体漏水总量为1 6 3 8 0 l m i n ，经过1 9 5 0 年至1 9 5 3 年按3 6 6 号设计进行的坝体防渗帷幕灌浆和特殊部位的防渗处理，使1 9 5 4 年坝体漏水总量减少到 3 9 7 0 8 l m i r a 自1 9 5 4 年大坝进入运行阶段以来，坝体漏水总量的最大值为1 9 5 7 年实测的 5 4 0 1 0 l m i n ，经过1 9 5 6 年至1 9 5 9 年、1 9 7 6 年至1 9 8 0 年、1 9 8 8 年至1 9 9 5 年几次规模较 大的防渗工程( 表1 2 ) ，使1 9 9 5 年的坝体漏水总量减少到2 4 3 9 l m i n 。另外从表1 1 、表1 3 还可看出，每次坝体防渗工程完成、坝体漏水总量降下来后，随着时间的推移漏水总量总 有回升的趋势，如1 9 5 4 年至1 9 5 7 年增加1 4 3 0 2 l r a i n 、1 9 6 0 年至1 9 7 5 年增加1 4 2 5 l m i n 、 1 9 8 1 年至1 9 8 6 年增加7 5 6 9 l m i n 。 弟一章绪论 表1 3坝体漏水总量变化情况表 突变漏水总量 阶段减少值 漏水总量原因，即本阶段内坝体防渗工程内容 ( 年)( l r n i n ) 1 9 5 0 一1 9 5 3 年按3 6 6 号设计在3 5 5 坝段进行了坝体防渗帷 1 9 5 0 _ 一幕灌浆。共5 9 8 孔、2 5 9 3 1 3 8 m ，总耗灰量l l l l t ，单位耗 15 9 8 2 9 2 1 9 5 4 灰量4 2 8 k g m 。另外在坝的下游面、廊道等特殊部位也进 行了灌浆。上游面修补9 8 1n 1 2 ，下游面修补2 1 4 6m 2 。 1 9 5 6 年一1 9 5 9 年，3 5 2 坝段进行防渗补强灌浆共1 4 7 孔、 4 2 6 0 4 4 m ，总耗灰量1 3 6 8 t ，单位耗灰量3 2 1 0k g m ；1 9 5 6 1 9 5 7 3 7 4 3 7年在3 6 5 4 坝段上游面2 4 0 h a - - 2 6 0 m 高程喷砂浆 9 6 0 2 9 7 1 m 2 ，1 9 5 9 年在3 1 2 坝段上游面2 5 2 m - - 2 6 4 m 高程喷砂 浆3 9 6 m 2 1 9 7 6 年一1 9 8 0 年进行了上游面防渗工程，主要包括：2 0 3 1 坝段上游面2 5 0 m - - 2 5 7 m 高程、6 3 5 坝段上游面2 4 3 m 一 1 9 7 5 1 3 6 5 82 5 2 m 高程、3 6 5 2 坝段上游面2 3 6 5 m - - 2 4 3 m 高程的喷混 1 9 8 1 凝土及3 3 5 5 坝段上游面2 6 4 m - - 2 6 6 7 m 高程普通混凝土补 修防渗总面积8 1 8 2 m 2 。 1 9 8 8 年3 5 5 坝段上游面2 4 5 m - - 2 5 1 m 高程外包混凝土； 19 9 0 年3 5 5 坝段上游面2 2 6 m - - 2 4 5 m 高程沥青混凝土防 1 9 8 6 渗层；19 8 9 年一19 9 5 年5 4 9 坝段坝体防渗补强灌浆2 8 7 9 4 7 1 1 9 9 5孔、1 2 4 0 0 8 1 m 、总耗灰量1 3 1 8 t ，单位耗灰量l o 6 3k g m ， 1 9 9 2 年一1 9 9 5 年3 5 5 坝段上游面2 5 1 m - - 2 6 6 5 m 高程外包 混凝土。 第一章绪论 图l ，5 几个典型年扬压力分布图 1 2 2 2 扬压力变化范嗣 1 坝基扬压力变化范围 w t 的年变幅一般与水位变幅正相关。多数坝段的w t 值在1 9 9 5 年8 月高水位期达到 历史最大值，变幅也达到或接近历史最大值。 图1 5 给出几个典型年最高、最低水位时叮的分布图及1 9 5 7 年、1 9 9 0 年、1 9 9 5 年 的堆大值分布图。从陶中看出，各坝段的w r 值与上游水位正丰 | 关。w t 最大值超过1 2 0 0 1 0 k n m 的有8 、1 6 、2 0 、2 6 、2 7 、3 8 、4 3 坝段，其中2 6 、2 7 坝段w t 最大值在1 9 9 5 年高水位时达1 7 3 4 x 0 k n m 及1 6 7 3 1 0 k n m ；w t 最大值在5 5 0 1 0 k n m 以下的有3 2 、 5 4 坝段，其它坝段多在9 0 0 1 0 k n m - - 1 2 0 0 1 0 k n m 之问。 总体来看，w t 值分布不均衡，2 6 、2 7 坝段w t 明显高于其它坝段，说明帷幕防渗能 力可能较差；其它坝段w t 值分布大致是向两岸逐渐增加，反映了岸坡绕坝渗流的影响。 2 坝基扬压力系数分布规律表1 4 给出扬压力系数极值、均值统计。 第一章绪论 表1 41 9 7 3 年一1 9 9 6 年纵向扬压力系数极值、均值统计 单位： b 43 5 坝段 81 62 22 52 73 23 3 最丈值 9 6 日期 9 0 0 20 6 最小值 日期 变幅 多年均值 坝段 最大值 日期 最小值 1 6 6 日期 9 00 1 1 4 变幅 多年均值 从表中可看出，大多数坝段的扬压力系数多年均值在2 0 以下，扬压力系数均值在 3 0 以上的只有5 4 坝段。绝大多数坝段在1 9 9 0 年历史最低水位期间扬压力系数达到历史 最大值，但多数坝段最大值在3 0 以下，只有靠近右岸的3 6 、4 1 、4 7 、4 8 、4 9 、5 4 坝段 超过3 0 ，其中4 9 、5 4 坝段扬压力系数超过4 0 。由于1 9 9 0 年水位下降幅度大，速度 快，而测压管水位下降幅度则小得多，故扬压力系数计算值较大，属正常现象。 3 坝体扬压力分析 坝体扬压力是验算坝体稳定性的主要外力之一丰满大坝仅在1 6 、2 2 、2 8 、4 7 等4 个 坝段上设置了浸润线观测孔，实测作用于坝体的扬压水位，由于观测设施不尽合理，实测 结果存在许多不合理现象，现将1 9 7 2 年- - 1 9 8 8 年间认为合理的，并能反映坝体扬压力的 1 6 、2 2 、4 7 三个坝段测值列于表1 5 中。 从表1 5 中所列的实测值可以看出：坝体扬压力各观测孔的观测值，基本上随上游库 水位的变化而变化，与库水位具有良好的正相关性，即库水位升高，孔中水位也随之升高， 库水位降低，孔中水位也随之降低。同时，观测值与观测孔距上游距离呈负相关，上孔距 第一章绪论 上游坝面最近，且在坝体排水幕之前，其测值最大；中孔距上游坝面的距离居中，其测值 也较上孔为小；下孔距上游坝面的距离最远，其测值也最小。这些均符合坝体扬压力的变 化规律。 实体重力坝坝体内部的扬压力，在上游坝面处为计算截面以上的上游水深，在排水幕 民中心线上为h 2 + 旺( h 4 - h 2 ) ，规范规定坝体扬压系数值一般取0 1 5 o 3 范围之内。现将 坝体内部实测扬压系统的旺3 值计算结果列于表1 6 中( 刮+ 算截面取2 2 0 m 高程处) ，算得 各实测坝段的平均扬压系数为：1 6 坝段a3 = 0 6 0 ，2 2 坝段旺3 = o 6 2 ，4 7 坝段 c l3 = 0 5 7 ，均大于规范中规定的o 3 ，说明丰满坝体混凝土质量较差，渗水较严重，另 外也可能存在坝体排水孔淤堵严重，排水不畅，促使坝体扬压系数增大。 第一章绪论 表1 5 坝体扬压力统计表 日期上游 下游 1 6 坝段2 2 坝段 4 7 坝段 ( 年月水位水位 日)( m )( m ) 上 由 下上 由 下上 中下 7 2 0 70 52 4 73 71 9 34 22 4 5l 2 3 372 3 9 12 3 282 3 1 _ 3 7 2 0 9 2 32 5 8 1 91 9 38 72 4 5 12 3 3 72 5 0 62 3 692 4 2 12 3 8 02 3 4 5 7 3 0 9 1 22 6 2 3 61 9 3 0 42 4 4 02 3 832 4 892 3 8 5 7 3 1 0 1 02 6 15 91 9 3 1 02 4 452 3 8 02 5 0 12 3 8 32 4 5 92 3 7 92 3 85 7 40 7 1 32 5 2 6 61 9 33 02 4 822 3 372 4 652 3 7 92 3 21 7 50 9 0 22 6 1 8 51 9 3 5 82 4 5l2 3 8 12 5 572 3 70 7 50 9 1 02 5 6 7 22 4 892 3 642 5 252 4 722 5 022 4 4 5 8 0 0 9 1 7 2 5 94 2 1 9 3 2 02 4 802 3 7 92 5 8 82 4 7 52 3 72 8 10 9 1 72 5 89 91 9 3 9 82 4 7 02 4 372 3 7 42 5 8 52 4 672 3 642 5 0 32 4 282 3 55 8 20 9 1 72 5 58 71 9 2 9 32 4 4 5 2 4 2 l2 3 302 5 4 2 42 4 7 i2 3 59 8 3 0 90 92 5 9 4 51 9 36 32 4 8 32 4 4 32 3 832 5 9 32 4 8 12 3 722 5 9 02 4 422 3 8 1 8 4 0 92 42 5 3 9 4 1 9 29 82 4 5 32 3 8 32 4 8 12 4 5 42 3 652 5 182 3 77 8 50 90 12 6 3 1 81 9 23 42 4 932 4 5 4 2 4 262 6 292 5 0 92 3 902 5 9 22 4 962 3 88 8 60 9 2 62 6 3 2 41 9 2 5 62 5 0 92 4 532 3 862 6 3 02 5 l52 4 l42 6 l _ l2 4 6 42 3 6 5 8 7 0 92 22 6 2 2 91 9 4 2 1 2 5 0 42 4 5 42 6 222 5 122 4 802 5 05 8 8 0 9 1 7 2 5 1 7 61 9 2 3 02 4 7 42 4 73 2 4 4 7 2 5 68 2 3 45 2 第一章绪论 表1 6 坝体排水幕后2 号孔扬压系数c 【3 值计算表 日期 库水位 ， h 1 6 坝段2 2 坝段4 7 坝段 ( 年月 ( m )( m ) 日) ha3hd3h c 【3 7 2 0 7 0 5 2 4 7 3 72 7 3 41 2 8 40 4 7 7 2 0 9 0 32 5 8 1 93 8 1 91 8 0 30 4 7 7 3 0 9 1 22 6 2 3 6 4 2 3 6 7 3 1 0 1 02 6 1 5 94 1 5 91 7 8 60 4 3 7 4 0 7 1 32 5 2 6 63 2 6 61 7 8 90 5 5 7 5 0 9 0 22 6 1 8 54 1 8 5 7 9 0 9 1 02 5 6 7 23 6 7 22 4 5 00 6 7 8 0 0 9 1 72 5 9 4 23 9 4 22 4 7 0o 6 32 7 5 00 2 0 8 1 0 9 1 72 5 8 9 93 8 9 9 2 3 7 0 0 6 1 2 6 6 5 o 1 82 2 8 0o 5 8 8 2 0 9 1 72 5 5 8 73 5 8 72 2 1 0o 6 22 7 1 00 7 6 8 3 0 9 0 92 5 9 4 53 9 4 52 4 3 0o 6 22 5 1 0o 7 l2 4 7 0 0 6 3 8 4 0 9 2 42 5 3 9 4 3 3 9 41 8 3 0 0 5 42 5 4 00 7 51 7 7 00 5 2 8 5 0 9 0 12 6 3 1 84 3 1 82 5 3 5o 5 93 0 9 00 7 22 9 6 0 0 6 9 8 6 0 9 _ 2 6 2 6 3 2 44 3 2 4 2 5 _ 3 20 5 93 1 5 00 7 32 6 4 00 6 1 8 7 0 9 2 22 6 2 2 94 2 2 92 5 4 00 6 03 1 1 50 7 4 3 0 5 00 7 2 8 8 0 9 1 72 5 1 7 63 1 7 62 4 7 0o 7 81 4 5 00 4 6 1 3 本文的主要研究内容 本文针对丰满水电站大坝建坝期间和其长期运行历史情况总结，通过对丰满大坝坝 基、坝体扬压力观测资料的分析研究，查明了坝基横向扬压、纵向扬压及坝体扬压力的变 化规律及分布规律，并对异常现象进行了探讨，全面地分析了丰满大坝的现状，按国际惯 例评定，丰满大坝现在属于超期阶段，为保证大坝正常稳定运行，保证下游人民生命财产 安全，必须对这座老坝进行加固，当务之急最关键问题是解决大坝渗漏问题。综合国内外 成熟的防渗方案，结合丰满大坝的特点，从根本上解决大坝渗漏这一难题。 本文对丰满大坝三种防渗加固方案进行了全面而系统的论证，指出了完成该项加固工 第一章绪论 程可能出现的具体问题及还应继续探讨的几个问题。通过论证得出采取上游面防渗加固方 案对丰满大坝的防渗加固是可行的，通过进一步工作是可以达到目的的。 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 2 1 方案设计 2 1 1 问题提出 丰满大坝已运行6 0 余年，由于当时的施工技术条件及特定的历史原因，致使混凝土 施工质量低劣对于这样一个大型水工建筑物的防渗加固，我认为可采取以下三种方案：第 一种方案：上游面防渗加固；第二种方案：坝体坝基帷幕灌浆方案：第三种方案：坝体与 坝基连续混凝土防渗心墙方案。本文从施工技术和经济角度重点论述了三种防渗加固方案 的可行性，并提出最佳方案。 2 1 2 方案选择原则 防渗效果可靠，满足耐久性要求，并能有利于采取迸一步有效措施； 在考虑国内技术能力的情况下，施工可行；在方案技术与施工方法可行、效果可靠的前提 下，兼顾良好的经济性，尽力降低投资，节省费用；大坝防渗加固有利于大坝的整体强度 和稳定性；方案的实施过程，对大坝的安全无影响，不危机施工人员的人身安全。 2 1 3 方案概述 ( 一) 上游面防渗加固方案 上游面防渗加固方案就是在大坝上游面设混凝土防渗层进行防渗加固，此方案把水阻 止在上游坝面以外，使坝体内的渗透水减少到最小程度，降低了渗透水的扬压力，有利于 坝体的稳定，坝内无水或很少有水不致造成裂缝中水的溶蚀和冻胀，有利于大坝的安全和 耐久性；在大坝上游面做防渗层，不改变坝体的原有结构，防渗材料与大坝材料同为混凝 土有利无害，对大坝日后的防渗与加固不会造成妨碍，对采取其他维修工程措旋不会造成 不利影响。 ( 二) 帷幕灌浆防渗加固方案 对坝体和坝基采用帷幕灌浆进行防渗加固，已在国内外沿用多年，帷幕灌浆具有以下 优点： ( 1 ) 堵水防渗效果好，防渗透堵水效果可达到9 8 ： ( 2 ) 施工方法成熟，工艺简单，施工质量容易得到保证； ( 3 ) 工程费用低，经济效果显著； 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 ( 4 ) 施工中坝体安全有保证； ( 5 ) 除防渗透作用外，还有加固作用； ( 6 ) 可以多头同时施工，工期短，施工速度快。 但根据丰满大坝进行的三个时期的帷幕灌浆的效果来看并不十分理想，存在跑浆、灌 浆团难等不易克服的困难，以至于渗漏现象依然存在。所以帷幕灌浆的选择应充分论证。 ( 三) 混凝土心墙防渗加固方案 包括钻孑l 防渗心墙和开槽防渗心墙，此方案只能用于挡水坝段的防渗加固，取水坝段 的引水钢管和溢流坝段的闸墙和闸墩，都不允许切断，无法形成连续心墙；需借助帷幕灌 浆来完成防渗任务，况且坝内开孔和开槽不但影响坝内已做的顶应力锚索的张力而且也影 响了原来坝体的整体稳度和强度，对大坝的安全将产生不利的影响。但该方案的优点是不 必进行工程浩大的清理淤积、清理坝面、基础开挖和浇筑砼，施工方法比较容易。 2 2 上游面防渗加固方案 上游面防渗层的施工，可以是水下施工，也可以用钢围堰干地施工。干地施工的防渗 层质量和耐久性好，但是在3 0 一7 9 m 水深和4 7 个坝段，8 4 6 m 长的情况下，用钢围堰造成 干地，主要有四大问题：水深大，基础和沿多变的坝面止水困难，要采取很大的止水措 施才能形成干地，如果只限于少数或个别坝段，这种方法的可行性就比较突出，但是对4 7 个不同的坝段其钢围堰的周边形式和止水措施，既复杂又困难；施工时不安全，在外压 3 8 个大气压下的干地内，一旦发生漏水，就造成高压射流，对施工人员的生命安全，造 成极大的威胁：施工期长，按每个坝段安放两个面罩式钢围堰，共需9 4 个围堰，对这 么大数目的围堰进行安放，止水、抽水、清坝面和坝面防渗层施工，总工期大约在4 年以 上，满足不了工期要求；费用高，经济性不好。 综上所述，这一方法的可行性就远不如水下施工方案。 上游坝面防渗层水下施工方案，是本论文的推荐方案。虽然也存在一些困难：例如， 清除淤积、坝面清理、基础开挖和水下混凝土浇筑等，在4 0 m 水深以下，均不能借助潜水 员来解决。但是，这些问题，都可以借助其他工程措施一一加以解决。 2 2 1 设计依据 ( 一) 上游坝面防渗层范围 原防渗层已施工到2 2 6 m 高程。这次防渗加固要与前期工程衔接，搭接长度2 m ( 有效 搭接长度1 5 m ) ，由此得出防渗层的上部边界高程为2 2 8 m ，下部边界考虑到最大坝高的 1 6 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 b 卜_ 2 6 坝段，其基岩表面高程为1 7 6 o m ，坝前基础开挖1 5 m ，则下部达到1 7 4 5 m ，按 1 7 4 m 考虑最大水深。 涉及的防渗坝段为5 到5 1 ，共4 7 个坝段。防渗加固总面积为2 9 万m 2 。 ( 二) 施工水位 大坝正常高水位2 6 3 5 m ，一般年份的蓄水位约在2 5 2 - - 2 5 4 m 。在做本方案研究时，取 2 5 3 m 为施工水位。施工时最大水深7 9 m ，最小水深2 5 m 。需要防渗加固的最大施工高度 范围为5 4 m 。 ( 三) 淤积层深度 根据电厂1 9 9 3 年在8 号坝段开挖情况看，淤积深度在2 1 8 m 之间，本方案按丰满 坝前淤积高程数值表进行设计和计算。 ( 四) 气象及水文资料 1 、气温 根据1 9 8 4 年至1 9 9 0 年的统计实测记录，月平均气温一月最低，温度为一1 9 7 c ；七月 最高温度为2 4 3 c 。每年1 1 月到翌年3 月，月平均气温在零度以下。 2 、水温 水下混凝土浇筑温度，在本方案研究中，按图2 1 所示的不同水深的各月水温考虑。 t o ， ， o一 了， ， l 1 9 j1 2 一 毽 ，椰 i 0i 嘭 d，i f 趋声 j ，7 、一 橡1 1 y ， 7- - ， ，0 ， 由 b 乏d f 亩 | 卜 i j f ， ， 商 夕 ，。 l 声 j ? f ， f 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 w l ( 1 ) 1 9 8 0 7 9 ( 2 ) 1 9 8 1 1 1 0 ( 3 ) 1 9 8 1 4 2 8 ( 4 ) 1 9 8 1 6 2 5 ( 5 ) 1 9 8 1 9 2 3 ( 6 ) 1 9 8 2 3 2 5 w l ( 7 ) 1 9 8 3 1 0 1 3 ( 8 ) 1 9 8 4 5 8 ( 9 ) 1 9 8 4 6 1 8 0 0 ) 1 9 8 4 9 2 7 0 d 1 9 8 5 5 1 5 图2 1不同水深各月水温 3 、降水量 该流域降水量年平均7 5 5 m m ，最大1 0 1 1 m m ，最小5 2 4 m m 。 ( 五) 工程地质资料 水库周围的地质条件为由二叠纪和比较早的花岗岩及第四纪堆积而成。其地质构造如 表2 1 所示。坝基岩石为变质砾岩。 表2 1 坝址周围地质构造 时代岩石种类 河床砂砾层 新生代 第四纪 玄武岩 花岗岩 中生代二叠纪 变质砾岩 ( 六) 抗震设计烈度 基本烈度7 度，设防烈度8 度。 2 2 2 防渗结构 上游面防渗方案的防渗结构，由三部分组成； 上游面防渗层，水下施工； 防渗层基础； 基础防渗帷幕( 视上游面防渗贴面竣工后的防渗效果再决定是否需要采取这项防渗加 固措施) 其结构形式如图2 2 所示。 豁 聊 m 瑚 唧 剐 渤 m 弼 撇 6 9 ， 6 2 o 6 7 n 4 5 石 i 5 9 5 8 8 4 2 5 5 5 5 2 2 2 2 2 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 图2 2 大坝上游面防渗结构 ( 一) 上游面防渗层厚度 丰满大坝防渗层己施工到2 2 6 m 高程。2 2 6 m 高程以下，由于水下施工难度大，也是本 方案重点考虑的部分。它涉及到5 5 1 挡水坝段、溢流坝段、引水坝段等三种坝形。 防渗层考虑到的展大水深，按设计洪水位2 6 5 m 计，抗渗水头9 1 m 。 1 、上游坝面防渗层水下旌工方案的防渗层厚度 参考水工建筑物病害处理关于“砼及浆砌石坝体裂缝和渗漏的处理”中介绍我国 各地的实践经验，面板底部厚度仅需水头的1 1 5 1 6 0 ，顶部厚度应大于3 0 c m 以便 施工。 考虑到丰满大坝的重要性和混凝土的水下施工，以及原坝体所具有的抗渗性能，本方 案取1 7 5 水头做为底部的防渗层厚度t ：t = 9 1 x 1 7 5 = 1 2 1 m 取1 2 m 。 考虑到施工方便和保持原坝面的坡度，上游面防渗层的上部和下部采用同一厚度。 在取水和溢流坝段，上游坝面向前凸出的部位，可不保持1 2 m 外敷层厚度，而凹进的部 分，由于受到凸出部分的阻挡，模板又难于适应其外形，只好完全填充，其厚度将大于1 2 m 。 不拆除的防渗模板，作为防渗层的一个组成部分。 2 、防渗层材料 ( 1 ) 水下施工采用水下不分散混凝土这种混凝土在水下施工，不平舱、不振捣、 9 第二章丰满大坝防渗加固方案研究 无冷缝。 ( 2 ) 新老混凝土结合 新老混凝土的结合强度，关系到防渗层效果和耐久性，是上游面防渗层的重要问题之 一。在本方案设计研究中，曾考虑了各种锚固方法，例如加设锚杆，射钉等加固措施。但 水深大，锚杆无法施工，射钉锚固力小，而且水深大射钉需无人操作，难度大，费用高。 在这种情况下，比较可行和有效的办法是保证新老砼的结合强度，为此，应清理好上游坝 面，增加新老砼的结合强度。 为保证水下不分散混凝土与坝体混凝土的牢固结合，在浇筑防渗层之前，应先清理坝 面，把表面约1 2 厘米的疏松混凝土清除掉，露出质地良好的混凝土，然后浇筑。 根据我们在室内用水下不分散混凝土和老混凝土的结合强度试验，其结合面的抗拉强度在 1 ，6 1 7 m p a 之间。同时，我们又进行了坝体地震作用下的有限元计算，在只考虑地震荷 载和地震动水压力作用的同时，原坝体与防渗层结合面出现的拉应力仅为o 1 m p a 量级，远 小于材料的抗拉强度。如果再考虑到实际存在的静水压力产生的大得多的压应力，所以结 合面不会出现拉应力。因此，可以得出初步结论：新老混凝土结合面，满足强度要求。 ( 二) 防渗层基础 为了使上游面防渗层与基岩很好的结合，防渗层在与基岩接触部位应当牢固，形成防 渗层基础，防渗层基础宽1 2 m ，厚1 5 m 。防渗层基础应当坐在新鲜岩层上。因此应进行基 础的水下开挖。 防渗层深入两岸基岩1 5 m ，使防渗层周边与基岩紧密牢固结合。 ( 三) 坝基防渗帷幕 由于大坝基础存在断层和破碎带，大坝施工时未作彻底处理，对大坝的稳定性不利， 故宜一并进行防渗处理。坝基防渗帷幕考虑了两种方案： ( 1 ) 在底部廊道内钻3 0 度的斜孔进行基础帷幕灌浆，其垂直深度为坝基以下2 5 m 。 帷幕要与防渗层基础连接，以便在上游坝面从最高水位直至坝基，再深入到基础以下2 5 m ， 形成连续的防渗层。坝基帷幕孔距初步选定2 m ，单排孔。可以形成一道o , 8 m 有效厚度 的防渗墙。 ( 2