李家河碾压混凝土拱坝分缝设计及裂缝处理分析

张 恺

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 70003）

1 工程概况

西安市辋川河引水李家河水库工程位于西安市蓝田县，工程的开发目标以西安市浐河以东城镇供水为主，兼有发电。水库枢纽距西安市约68 km，距蓝田县县城23 km。李家河水库工程总库容为5260万m3，调节库容为4400万m3，供水设计流量为3.15 m3/s，多年平均供水量7230万m3，电站装机容量4800 kW。

拦河坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，拱坝中心线走向NW63.14°，顶拱中心角79.42°，拱圈中心线在拱冠处的最大曲率半径为左岸176.817 m，右岸168.117 m，坝顶上游弧长324.931 m，弦长294.273 m，坝体厚高比0.315。坝顶高程884.00 m，最大坝高98.50 m，坝顶宽8 m，坝底宽31.0 m。坝体上、下游面为变态混凝土，中间部位为二级配防渗碾压混凝土和三级配碾压混凝土。

泄洪表孔布设在坝顶中部的河床段，顺应河道主流方向布置。泄洪表孔采用单孔，孔宽12 m，堰顶高程872.00 m。坝脚河床设C25钢筋混凝土防冲护坦，护坦厚度2.5 m，顺河向长度35.00 m。设计洪水位时最大泄流量为509.0 m3/s，校核洪水位时最大泄流量为637.0 m3/s。根据模型试验，最大挑距为95 m，冲坑深度15 m。泄泄洪底孔紧临溢流表孔主要任务是泄洪、放空兼顾排沙。进口高程828.00 m，孔口尺寸4 m×4.5 m。设计洪水位时最大泄流量为508 m3/s，校核洪水位时最大泄流量为515 m3/s。根据模型试验，底孔挑距在坝下45 m～110 m之间，冲坑深度为15 m。

泄洪表孔及底孔等为常态混凝土。大坝及泄洪系统混凝土总量约42万m3，其中碾压混凝土及变态混凝土约34万m3。

2 李家河大坝分缝设计

2.1 设计原则

混凝土大坝为满足温控防裂、施工强度的要求，拱坝坝体必须设置横缝，厚度较大的拱坝可设置纵缝。

横缝位置及间距确定应考虑混凝土温控防裂因素外，还应考虑结构布置（如坝身泄洪孔口尺寸、坝内孔洞的布置等）和混凝土浇筑施工强度等因素。

2.2 大坝分缝设计

李家河水库坝顶上游弧长325 m。为减少施工期的温度应力，根据坝基地形和拱坝应力分布的特点，结合坝身泄洪设施的布置及初步分缝计算成果，大坝共设6条缝，2条横缝及4条诱导缝。横缝及诱导缝将坝体从左至右分为七个坝段，其上游面坝顶弧长依次为46.14 m，50.73m，50.96 m，56.25 m，40.87 m，40.71 m和39.27 m，最小宽度33 m。坝体采用C20碾压混凝土，防渗层采用C9020W8F200二级配RCC混凝土，坝体内部采用C9020W6F150三级配RCC混凝土，上下游坝面采用相应部位变态混凝土，表孔、底孔及垫层采用C25混凝土，表孔、底孔过流面采用C50混凝土。大坝分缝示意图见图1。

左 1＃、右 1＃两条横缝和左 2＃、左 3＃、右 2＃、右 3＃四条诱导缝。各横缝的具体参数见表1。其中横缝布置在拱坝左右坝头的高拉应力区，诱导缝为全镜像缝面及通过大坝顶拱中心轴线上距拱冠弧长为S点，与其曲率中心点做直线，延长此连接线与区间内任意高程拱圈轴线交一点，由交点与相应的曲率中心点作直线，这些连线在坝面内的线段就构成了全径像缝面。

图1 大坝分缝示意图

表1 横缝(诱导缝)分段特性及控制参数一览表

2.3 大坝分缝止水设计

李家河水库在横缝及诱导缝均设止水带。上游两道止水，分别为W型铜（厚2.0 mm）止水和651橡胶止水带，两道止水间隔0.3 m。止水高度为坝顶高程884.00 m。下游设一道W型铜（厚1.2 mm）止水，止水高度为高程803 m。

2.4 水库蓄水期大坝分缝的开裂情况

李家河水库建成后于2014年11月28日开始试下闸蓄水。在试蓄水期间，坝体诱导缝设置成功，缝位全部张开，坝体应力得到有效释放。随着蓄水水位上升至828.5 m高程后，在大坝802.5 m高程廊道内出现4条漏水缝和3个渗漏点，有不同程度大小的渗漏现象。总渗漏量约198 L/min。

3 渗漏原因分析及处理措施

3.1 渗漏原因分析

（1）坝体两侧山体地下水水位偏高，裂隙发育，渗透水从混凝土与岩石结合部位渗透而出；

（2）大体积碾压混凝土汽车直接入仓，混凝土出现粗骨料集中情况，形成渗水通道；

（3）大坝坝体左侧山体单薄，水库蓄水后，出现水流绕坝渗透。

3.2 渗漏处理要求

（1）在802.5 m高程拱肩槽部位，对廊道上游侧沿基岩与混凝土面增加接触灌浆。

（2）加强灌浆孔孔距2 m，入岩5 m，钻孔倾向上游布置，钻孔孔底距原帷幕线2 m。

（3）从802.5 m高程两岸坡开始向河床中部推进进行加强灌浆。

（4）对843 m高程廊道两岸岸坡段局部区域进行加强灌浆，并从802.5 m廊道搭接。

（5）对802.5 m高程加强灌浆区之间渗漏坝体段进行检查。

（6）施工过程中应控制灌浆压力与等高程水头相匹配，避免压力过高对聚脲防渗。

3.3 渗漏处理措施

渗漏处理工序：廊道漏水点（缝）临时处理→843 m廊道内坝肩浅层加强灌浆→802.5 m廊道内坝肩浅层加强灌浆→802.5 m廊道内搭接灌浆孔→802.5 m廊道内强灌浆区之间渗漏坝体段探查→渗漏缝面灌浆加强。

3.3.1 渗漏临时封堵

针对802.5 m高程廊道内的渗漏进行了临时封堵灌浆。临时封堵灌浆包括上游墙壁3个渗漏点及4条渗漏缝。临时封堵灌浆采用42.5级普通硅酸盐水泥，根据吸浆量浆液由稀到浓调整。封堵灌浆压力为0.5 MPa，以不吸浆后延续10 min结束。

3.3.2 拱肩槽接触灌浆

拱肩槽部位，对廊道上游侧沿基岩与混凝土面增加接触灌浆。结合开挖实际断面、相应部位浅孔搭接灌浆布置等考虑，接触灌浆布置在廊道内左右两岸。钻孔采用岩芯钻造孔，孔深穿过缝面。灌浆前需要埋设灌浆孔口封闭装置，确保封孔质量。灌浆水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。在灌浆压力0.8 MPa～1.0 MPa下，孔内不吸浆延续10 min结束。接触灌浆注灰量情况见表2。

表2 接触灌浆注灰量情况统计表

3.3.3 岸坡加强灌浆

（1）所有加强灌浆孔均采用自上而下分段卡塞、孔内循环式灌浆法施工。

（2）灌浆段长自上而下划分，与压水段长一致。混凝土体内当透水率大于3.0 Lu时单独灌浆，基岩内间隔5.0 m进行灌浆。

（3）加强灌浆压力：灌浆压力根据蓄水水头、灌浆深度和碾压混凝土体的承压能力综合考虑，混凝土内最大灌浆压力1.0 MPa，基岩内最大压力1.5 MPa。参考表3。

表3 加强灌浆压力参考表

（4）灌浆结束条件：灌浆段在规定的最大灌浆压力下，注入率不大于1.0 L/min后，继续灌注60 min，灌浆即可结束。

3.3.4 钻孔探查

在802.5 m高程廊道左右岸加强灌浆区之间布置探查孔，共布置6个。在802.5 m高程廊道渗压计读数偏大的钻孔旁增加布置1个。

探查孔采用岩芯钻造孔，孔径φ76 mm，深入到基岩面以下5.0 m。

探查孔采用自上而下分段压水，段长一般为5 m。在检查结束后，对透水率较大的孔段采用自下而上分段灌浆。检查结束后对其中15段次进行了灌浆处理。

3.3.5 渗漏处理效果

（1）在处理前，802.5 m高程廊道内有明显的两处“水帘”，在处理后已不复存在了，且墙壁上的渗水点不再渗水。

（2）在处理前，802.5 m高程廊道底板有明显积水、四条排水沟“水量充沛”，在处理后右岸两条排水沟内水量甚微，左岸有一条排水沟水量较少，另一条因坝体内排水盲管渗水导致排水沟水量较多。

（3）坝后（特别是左岸）混凝土裂缝有2条有明显股状渗水，在廊道内灌浆处理后坝后渗水已基本消失。

（4）左岸支洞与灌浆廊道交叉部位向左岸方向一个排水孔涌水量较大，经过岸坡加强灌浆处理后已不再涌水。

（5）左岸支洞内处理前有6个明显渗漏点，在左岸加强灌浆孔处理后不再渗水。

（6）河床中部2#监测支洞内倒垂孔及下游墙壁处理前渗漏量较大，在F4缝面临时处理后渗水逐渐消失。

4 结语

通过对李家河水库坝后裂缝的灌浆处理，坝后漏水问题基本解决，大坝目前运行良好。说明李家河大坝分缝设计是合理的。在对本工程渗漏原因及工程实际情况分析，大体积混凝土碾压应严格控制骨料的均匀入仓，防止坝后裂缝形成渗漏通道。并加强拱坝拱肩及坝后岸坡灌浆，减小绕坝渗漏。