摘要：龙潭水库大坝浇筑完成后，经现场检测坝体浇筑混凝土密度与原设计相比偏低，需要对大坝稳定及坝体应力进行复核计算。
关键词：混凝土强度；抗冻性；抗渗性；坝体稳定；坝基应力；耐久性
1 前言
龙潭水库大坝浇筑完成后，经检测发现大坝新浇筑坝体密度较比原计算采用的密度值低。为确保龙潭水库能够安全运行，需对龙潭水库重力坝稳定及坝基应力进行复核计算。同时，坝体混凝土的抗冻等级亦较低，考虑到工程处于气候寒冷地区，混凝土直接暴露于冻融循环条件下，对于混凝土的耐久性影响很大，若不采取措施，会使坝体表面混凝土冻融剥蚀，降低坝体使用寿命，因此必须采取必要的工程措施提高混凝土的抗冻性，对坝体上游混凝土及溢流面混凝土进行表面防护处理。
2 工程地质
两坝肩与坝基岩体的岩性组成基本一致，即都是以厚—中厚层状泥灰岩为主，其间夹有中厚层状极薄层理发育的泥灰岩，并夹有泥岩，偶夹砂岩。
根据坝基岩体的岩性组成、结构特征及力学特性，将坝基岩体划分为AⅢ1类。坝基的允许承载力[R]=1MPa设计。根据现场所做的混凝土与坝基厚层状泥灰岩、混凝土与坝基极薄层理发育的泥灰岩的直剪试验，其抗剪强度如下表。
砼/岩体抗剪断强度指标建议值
3 工程布置
水库大坝在现状坝体拆除至1908米高程后进行改造，坝顶长31.0米，设计坝顶高程1921.00米，坝前设防浪墙，防浪墙顶高程1922.20米。
改造后的坝体由中部取水拉沙闸、左右侧泄洪闸和左右岸非溢流坝三部分组成。中部为取水拉沙闸，内设侧向进水廊道和底孔拉沙闸，输水廊道和输水隧洞相连。左右侧为泄洪闸，溢流堰顶高程1916.00m。左侧非溢流坝段长度10.27m，右侧非溢流坝段长度8.0m，坝顶宽7米，外挑1.5m。
坝基采用单排或双排帷幕灌浆，左坝肩沿山体开挖边线进行帷幕灌浆，右坝肩设15米长灌浆廊道，在廊道内进行灌浆。坝体横缝布置在右侧非溢流坝段。排沙溢流面砼强度等级为C35，抗冻等级F200，抗渗等级W6；其余部位均为C25，抗冻等级F150，抗渗等级W4。
4 新浇筑坝体质量评价
大坝上游面钻孔取芯加工成26个芯样试件，试件的饱和容重范围为21.95~ 23.42kN/m3，平均饱和容重为22.54kN/m3。
在大坝左右岸非溢流坝段钻深孔获取的芯样加工成31个混凝土试件，通过测试确定的坝体混凝土的平均干容重为22.01kN/m3。
混凝土坝设计采用的容重为24kN/m3。实测的容重与设计中采用的容重相比，大坝上游面混凝土的容重低6.08%，坝体内部混凝土的容重低8.29%。混凝土的容重低于设计值，会对大坝的抗滑稳定及应力造成一定的不利影响。
5 大坝抗滑稳定及基底应力复核计算
5.1 计算程序
本次重力坝大坝稳定及坝基应力计算采用《水利水电工程设计计算程序集》。
5.2 荷载及其组合
龙潭水库溢流坝稳定及坝基应力计算选取溢流坝段最大坝高断面、1m坝长进行荷载计算。大坝建基面1890.00m，堰顶高程1916.00m，坝体高度26.00m，水库正常蓄水位1917.50m，泥沙淤积面高程1912.00m。坝基帷幕灌浆距上游侧距离L1为4.1m。
计算荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、冰压力、地震荷载、雪荷载等，风荷载、活荷载等不考虑。
根据龙潭水库的运行方式，荷载基本组合按正常蓄水位控制，特殊组合分别按校核洪水、地震工况控制。荷载组合见表5-1。
表5-1 龙潭水库坝体荷载及其组合表
5.3 坝体抗滑稳定计算公式
根据《混凝土重力坝设计规范》，坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，按抗剪断强度公式计算坝基面的抗滑稳定安全系数K′。
式中：∑W—作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑动平面的法向分值；
∑P—作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑动平面的切向分值。
K′—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；
′—滑裂面上的抗剪断摩擦系数；
C′—滑裂面上的抗剪断凝聚力；
A—坝基接触面面积。
坝基的允许承载力[R]=3MPa；混凝土与坝基厚层状泥灰岩、与坝基极薄层理发育的泥灰岩、与坝肩F1断层带的抗剪断强度如下表4。
5.4大坝坝基应力计算公式
取1m坝长作为计算坝段，坝体基底应力按下式计算：
σ=
式中：∑W—作用于坝段上全部荷载在坝基截面上的法向力的总和，kN；
∑M—作用于坝段上全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和，kN·m；
B—坝基截面的长度，取B=26.00m。
5.5计算参数的选取
水库老坝体为浆砌石外包混凝土，混凝土质量较好，无漏水的现象。浆砌石中块石以泥灰岩为主，灰岩、砂岩次之，岩芯多呈短柱状，长度20-30cm，一般岩芯采取率52.4-78.0%，砌石砂浆饱满，砌石质量较好，未发现孔洞，无漏水的现象。老坝体密度见表5-2。
表5-2 龙潭水库老坝体天然密度指标表
计算取小值，即老坝体天然密度取值为2.36g/cm3，即2.36 T/m3。泥沙容重1.8 T/m3，水容重1.0 T/m3。
根据权威检测部门检验结果：坝体内部混凝土芯样试件未泡水容重范围为21.46~22.64 kN/m3，平均未泡水容重为22.01kN/m3，即龙潭水库新浇筑坝体平均密度为2.201g/cm3，即2.201 T/m3。
本次计算以典型坝段（两侧溢流堰）新、老坝体占面积比重，对计算坝体断面混凝土密度求平均值。
表5-3 新、老坝体质量计算表
新老坝体质量根据面积计算，坝体单宽质量为1005.95T，坝体总面积为436m2，其平均密度为2.309 g/cm3，即2.309 T/m3。
5.6 坝体建基面抗滑稳定及基底应力复核计算
大坝建基面高程1890.00m，堰顶高程1916.00m，坝体高度26.00m，水库正常蓄水位1917.50m，校核洪水位1920.86m，泥沙淤积面高程1912.00m。
对计算结果进行汇总，龙潭水库重力坝抗滑稳定计算成果见表5-4，坝基边缘应力计算结果汇总见表5-5。
表5-4 大坝建基面抗滑稳定安全系数计算成果
表5-5 大坝基底应力计算成果
根据以上计算结果，重力坝建基面在正常蓄水位、校核洪水位和地震工况荷载组合下，坝体抗滑稳定安全系数均大于允许值[K′]，坝踵垂直应力没有出现拉应力，坝址垂直应力小于建基面岩体容许压应力，因此建基面处大坝抗滑稳定满足股份要求，应力计算成果满足规范要求。
6 坝体混凝土技术改造设计
大坝新浇筑的混凝土除坝体混凝土的容重、抗压强度未达到设计要求外，混凝土的抗冻等级亦未达到设计要求，影响混凝土结构的耐久性。
考虑到工程处于气候寒冷地区，混凝土直接暴露于冻融循环条件下，对于混凝土的耐久性影响很大，若不采取措施，会使坝体表面混凝土冻融剥蚀，降低坝体使用寿命，因此必须采取必要的工程措施提高混凝土的抗冻性。本工程选择SK手刮聚脲（单组分）作为坝体防冻胀破坏材料。
SK手刮聚脲（单组分）具有强度高、延伸率大、抗渗性好、抗冲磨能力强，与被保护的混凝土表面粘接粘接强度高、无毒。SK手刮聚脲为单组分聚脲，由含多异氰酸酯—NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其它功能性助剂所组成。在无水状态下，体系稳定，一旦开桶施工，在空气中水分的作用下，迅速产生多元胺，多元胺迅速与异氰酸酯—NCO反应，形成SK手刮聚脲（单组份）。SK手刮聚脲（单组份）具有优异的力学性能，抗紫外线性能和抗太阳暴晒性能，在阳光照射下，SK手刮聚脲（单组份）本身有30年以上的使用寿命，并且SK手刮聚脲（单组份）具有-45℃的低温柔性，能适应高寒地区的低温环境，尤其是能抵抗低温时混凝土开裂引起的形变而不渗漏。
根据龙潭水库运行特点，本次龙潭水库处理部位为水位变幅区、溢流堰和拉沙闸孔等部位，具体部位如下：
①大坝迎水面▽1914.50m~▽1918.00m（溢流坝段及非溢流坝段）。设计堰顶高程为1916.00m，正常蓄水位为1917.50m，考虑水库在冬季降水量较少，正常蓄水时，水位在高程1917.50m，为提高水位线附近砼的抗冻性能，故对迎水面▽1914.50m~▽1918.0.00m进行处理；
②拉沙孔流道▽1898.51~▽1907.00；
③溢流坝段溢流面▽1898.51~▽1913.69；
④溢流堰左右墙体（以底板上50cm），因冬季降雨减少，水位浮动较小，为提高该段部位的抗冻性能，故只需对墙体高50cm进行处理。
大面积聚脲刮涂遍数为3遍，第一遍涂刷0.5mm厚，第二遍涂刷0.8mm厚，第三遍涂刷0.7mm厚，三遍厚度不小于设计厚度2mm。
7 水库运行
大坝2014年建成后即投入使用，运行情况良好。
SK手刮聚脲（单组份）防冻胀破坏层有局部地方隆起脱离坝面，但未见撕裂破坏。
参考文献：
[1]《水工建筑物抗震设计规范》（SL203－97）；
[2]《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077－1997）；
[3]《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）
[4]《水工混凝土设计规范》（SL191－2008）；
[5]《水闸设计规范》（SL265－2001）；
论文作者:朱东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
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