(自然科学版)，2008，39(2)：283-290


砌石坝老化病害成因及治理加固技术
 李荣之1，郑灿堂1，刘建生1
（1.山东省莱芜市莱城区水利局，山东 莱芜　271100；山东省水利科学研究院，山东 济南　25001；2.东阿恒信地产公司，山东 东阿　252200）


摘要：根据对大量砌石坝实地考察及国内外相关资料评析，将砌石坝老化病害归纳为应力超强和稳定性差、裂缝和断裂、渗水和漏水、溶蚀和潜蚀、冻融和剥蚀、松石和脱皮、水质侵蚀以及强度衰减和刚度降低等类型。上述病害有的是由自然老化或环境因素变化所致，有的是因设计安排不周、施工掌握不严、砌筑材料质量差、使用功能改变遭受超设计荷载等原因造成的。无论是哪种原因造成，其总的危害都是影响工程安全，逐渐发展会使正常坝变成病坝，病坝变成险坝，甚至导致溃坝失事，须及时治理加固。文中简要介绍了坝体灌浆、培厚加固、铺镶卷材、换面嵌缝以及喷涂防渗面层等行之有效的砌石坝病害治理加固技术。
关键词：砌石坝；老化病害；正常坝；病坝；险坝；治理加固 
中图分类号：TV 223.2+4　　　文献标识码：A　　　文章编号：1000－2324（2008）02-0283-08
收稿日期：2006-7-18
作者简介：李荣之，男，高级工程师，主要研究方向为水库及河道防汛、工程管理及技术应用等.
　

THE CAUSES OF AGING DISEASES AND REINFORCES TECHNIQUES FOR STONE MASONRY DAM
LI Rong-zhi1，ZHENG Can-tang，LIU Jian-sheng1，ZHENG　Fu-hai2
(1.LaiCheng City Bureau of Water Resources of Laiwu City in Shandong Province, Laci Wu 27100,china;Water Resources Research Institute of Shandong Province jtnan 250011,china;2.Hengxin real estate companies of Dong＇e country Dong＇e 252200，china)

Abstract:By surueging of a great deal of stone masonry dams and analgzing of domestic and overseas datum, aging diseases of the stone masonry dams can be divided into strong stress and bad stability, crack and breakage, water seepage and leakage, corrosion and subsurface erosion, freeze-thaw and abrasion, loose rock and shed skin, water quality erosion, strength decrease and stiffness degradation types analgzing. Some of the above-mentioned diseases are produced by natural aging or the change of environment factor. Others are produced by culpable arrangement, undemanding construction, bad quality build materials or exceeding designed load because of the function change etc. Whether whith reason,it must affect the engineering safety， Then the gradual development will make the normal dam become the disease dam, the disease dam become insurance dam, even cause dam crash. So the dam must be reinforced in time. In this paper, some aging diseases and effective reinforced techniques for stone masonry dam are mentioned, such as dam body grouting, dam body thicdening reinforce, changing face and veneer jointing, injecting watertight facing. 
Key words：Stone masonry dam；aging disease；normal dam；disease dam；dangerous dam；management and reinforce
　

1　前言
　

　　据不完全统计，截至1999 a底，我国已建大、中、小型砌石坝水库2684座，是世界上砌石坝数量最多的国家。这些砌石坝水库在防洪、发电、灌溉以及工业与民用供水等方面，发挥了巨大的作用。随着砌石坝长时间的运行，工程老化病害问题日益凸现。
　　 由于砌石坝所建年代、所处环境、坝体的布置形式、筑坝材料以及建筑质量等因素的不同，其老化病害的种类和程度亦有很大差异，因此，必须对现有砌石坝做好观测检查管理工作。观测检查的目的之一是详细了解结构发生的变化，及时发现病害现象。砌石坝结构病害分为发生和发展阶段，因此观测检查工作必须细致认真、定期经常，观测检查资料必须积累整理、分析比较，才能掌握病害的发生和发展趋向，找出病害产生的原因，并进一步采取有效整治措施。［2］
　　 砌石坝结构病害种类繁多，原因复杂。有的是因设计考虑不周全或施工质量存在缺陷，先天不足留下的隐患；有的是因运行环境变化或自然老化，后天营造产生的。病害不仅影响着工程效益，影响着工程外观形象，而且还加速工程结构老化，使正常坝变成病坝，病坝变成险坝，甚至导致溃坝失事，所以须及时治理加固。
　

2　老化病害类型与成因
　

　　砌石坝结构老化病害是指几何参数、物理力学性能、水力要素、热力学指标及其他工程特性，随着时间推移而产生结构抗力衰损，对结构可靠性和安全性都有不良影响。根据对大量砌石坝实地考察及国内外相关资料分析，将砌石坝老化病害归纳为应力超强和稳定性差、裂缝和断裂、渗水和漏水、溶蚀和潜蚀、冻融和冲磨、松石和脱皮、水质侵蚀以及强度衰减和刚度降低八种类型。
　

2.1　应力超强和稳定性差
　

　　砌石坝工程中局部结构或构件抵抗破坏的能力称为强度。局部结构或构件所能承受的最大内力亦称为承载能力。当局部结构或构件受力时保持原来状态的能力称为稳定性。按极限状态设计法准则规定，砌石坝的应力和稳定应满足下列要求：


　　rnrcrσ≤rdRc··································（1）
　　rnrcF≤rdR····································（2）
　　式中  σ—荷载作用下计算的应力最大值；
　　Rc—结构或构件的设计强度，即强度的标准值乘以强度折减系数；
　　F—荷载作用效应计算值；
　　R—结构抗力效应计算值；
　　r—应力仿真性修正系数，可取1.25～1.50；
　　rn—建筑物重要性系数，各等级按表1采用；
　　rc—荷载组合系数，按表2采用；
　　rd—工作条件系数，各计算项目按表3采用。


表1　建筑物重要性系数

Table 1 The building essentiality coefficient

建筑物等级

Building grade

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

rn

1.25

1.20

1.15

1.10


表2　荷载组合系数

Table 2 The loading combined coefficient

荷载组合方式

Loading combined mode

基本组合正常运行

Normal operation of basic combination

特殊组合

Especial combination

基本组合施工和检修期

Construction and service stage of basic combination

rc

1.0

0.9

0.95

　　 在砌石坝工程中，坝体设计断面小，或运行期间超标准运行，都会引起大应力，大变形。另一方面，由于砌筑质量差，或运行中坝体质量变化，也会引起强度降低，抗力减少。当这两方面都在变化或一方面变化而改变了上式性质时，就会产生应力超过强度或稳定性降低的病状。这种病状轻者引起应力重分配，使整个结构性能调整，重者直接影响工程的安全和基本功能导致工程失事。
　

表3　工作条件系数

Table 3 The work condition coefficient

计算项目

Calculation item

受压强度计算

Compression strength calculation

受拉强度计算

Tensile strength calculation

稳定计算

Stabilization calculation

基本荷载

Basic loading

特殊荷载

Especial loading

基本荷载

Basic loading

特殊荷载

Especial loading

重力坝和支墩坝

Gravity and buttress dam

拱坝

Arch dam

rd

0.9

1.0

2.15

2.4～2.65

0.95～1.0

0.75～0.85

2.2　裂缝和断裂
　

　　砌石坝工程的砌缝是其薄弱环节，裂缝与断裂都是首先产生于砌缝处。导致砌石坝裂缝的原因主要有：（1）砌筑时由于水分蒸发和胶结材料固化产生干缩裂缝；（2）湿度和温度变化产生的干缩裂缝和温度裂缝；（3）坝体材料质量差，抗拉强度低，极限拉伸应变小，受荷载作用引起的裂缝；（4）基础不均匀沉陷引起的裂缝；（5）早期施工荷载、灌浆或震动等引起的裂缝。按裂缝发展变化趋势，这些裂缝可归纳为：①不变化的裂缝；②时张时闭的活缝；③一直发展着的扩张缝。死缝是由一次性荷载引起的，可一次性处理好。活缝是由反复性荷载引起的。扩张缝是继续增加的荷载或荷载作用时间效应引起的。活缝和扩张缝如沿截面贯通，则成为断裂。
　　 砌石坝的活裂缝、扩张裂缝或断裂与坝型有很大关系。如浆砌石重力坝的活裂缝间距在15 m左右，裂缝走向与坝轴线重直，缝面沿砌缝竖立。浆砌石拱坝的活裂缝首先发生在两拱端1/4拱圈附近，然后向拱冠处延生，裂缝距离20 m左右，裂缝走向除两端的与岸坡大致平行外，中间都是竖直的。浆砌石面板砌石坝或砼面板干砌石坝除两端有斜向裂缝外，坝踵还有水平裂缝。斜缝与水平裂缝又常联在一起构成周边缝。
　　 砌石坝出现了裂缝和断裂，一方面要渗水漏水，影响着经济效益和耐久性，另一方面还破坏了大坝整体性，降低了超静定次数，使坝体强度减小，直接影响坝的安全性。
　

2.3　渗水和漏水
 　　 砌石坝工程蓄水后坝下游面或坝后基岩有湿润冒汗的地方称为渗水，有泉涌或股水成流的地方称为漏水。砌石坝渗水是一种普遍的现象。砌石坝漏水一般都有出逸点多、水量大的特点。渗水和漏水除了直接影响水库大坝的经济效益和社会效益外，还会使坝体与水产生物理化学反应，增加体积力，引起破坏效应，降低大坝能力，加速老化，危及大坝安全。 ［3］
　　目前检查砌石坝工程是否漏水最简便可行的方法是在坝体造孔进行压水试验，压水段长3～5 m，控制压力为1.5倍的挡水水头。当高坝单位吸水率ω≤0.01 L/min·m·m，中等坝ω≤0.03 L/min·m·m，低坝ω≤0.05 L/min·m·m的，就可以认为坝是不漏水的。
　

表3　砼里CaO溶出量与强度下降的关系

Table 3 The relation of The CaO resolution value in the concrete and the strength descent

CaO溶出量（%）

The CaO resolution value（%）

3

5

10

15

20

30

32

以上

强度下降相对值（%）

The strength descent relative value（%）

3

5

12

18

25

70

破

坏

　

2.4　溶蚀和潜蚀
　

　　水是含有各种离子和气体的液体，具有化学活动性，在一定自然条件下就会与砌石坝里的某些成分发生化学反应，使坝体和坝基发生结构变化，导致大坝失去结构性能。水对砌石坝的这种破坏称之为溶蚀作用。这种溶蚀作用又主要表现为对胶结材料中水泥的深蚀。如水将水泥里的CaO成分溶蚀到一定程度，则胶结材料强度受损，坝体性能变差。试验室内实测混凝土的CaO溶出量与混凝土的强度下降相对值如表4。如强度下降相对值达25%，结构或构件失去设计承载能力，故以溶出原有CaO的20%为界，大者为患溶蚀病状，应采取措施进行处理。
　　 渗漏的动水把砌石坝里可松动的细小颗粒携带而去的过程称为潜蚀。潜蚀作用使坝体变得既有孔洞又松散，空隙率和透水性增大，密实度变得更小，坝体承载能力更低［4］。对这种病状必须及早治理。
　

2.5　冻融和剥蚀
　

　　砌石坝工程中与水接触的部位，在水和正负温度共同反复作用下强度降低，表面被剥蚀，这种现象称为冻融剥蚀病害。这种病害发生的原因是一些工程设计时对坝体材料，特别是坝体临水面材料没有考虑耐久性要求，在胶结材料里没有掺用外加剂，在长期水位变动的地方没有采取相应措施。
　

　　 砌石坝患冻融和剥蚀病状，首先从表面砌缝开始，以后再逐渐向内部砌缝或表面石料发展。无论哪种形式的砌石坝都是表面应力大，因而表面稳定性十分重要。
　　 判断患冻融和剥蚀病状的方法是检测大坝表面的干密度、强度或动弹性模量变化值。如干密度比施工时减小了5%以上或强度为设计值75%以下，或相对动弹模量达60%以下，则应进行治理。
　

2.6　松石和脱皮
　

　　在水工砌体结构里常常有表面胶结材料流失，原砌缝成为洞穴或蜂窝，或胶结材料变成松散体，石块与石块架空在一起，浆砌石体内胶结材料起不到粘聚和垫支作用，干砌石体原空隙扩大，石块松动。石块松动是结构破坏的迹象。砌石体脱皮是内部构造膨胀或固缩，表面脱落剥失而形成的严重破损迹象。砌石体松动和脱皮都是由于骨架作用的石块受损造成的病害，要防治这种病害首先要考虑石块的质量性能和所受的应力效应，其次是要分析砌石体性能和运行管理条件。检查测试这种病害最直观简单的方法是用眼观察是否有崩裂，用手摩按看是否有晃动，用锤击听声音是否鼾沉，用岩石参数测定仪检验看波速是否衰等。这种病害属结构局部破坏，直接影响着结构的安全可靠运行，直接关乎着结构的承载能力。对于这种病害应及早鉴定及早处理。
　

2.7　水质侵蚀

　　当水中含有氯盐、硫酸盐、镁盐及酸时，这些物质会与砌体内的某些组分发生化学反应，使钢筋锈蚀、砌体膨胀以及水泥水化物分解而导致砌体强度降低，这种现象叫做水质侵蚀。
　　氯盐侵蚀的对象主要是砼中的钢筋，砌石坝中钢筋混凝土的用量较少，所以其危害范围不大；镁盐侵蚀会使砌体表层强度降低而产生剥蚀现象；硫酸盐类的侵蚀会使砌体崩塌。酸类的危害则是溶出性侵蚀（酸与Ca(OH)2结合生成盐类溶蚀）。
　　 水质侵蚀老化的机理比较复杂，甚至有些问题目前仍没有弄清楚。但水质侵蚀的结果均会使物体强度降低，最后导致结构物的破坏。


表5　砌石体受弯构件挠度限值

Table 5 At the masonry flexing the limit disturbance degree of the component

项次

Serial number

构件类型

The component type

计算跨度指标

Calculating span index

挠度限值

The limit disturbance degree

短期组合Short combination

长期组合Long combination

1

砌石拱坝Masonry arch dam

当L0≤10m时

L0/500

L0/600

2

砌石重力坝Masonry gravity dam

当L0≤9m时

L0/800

L0/900

2.8　强度衰减和刚度降低

　　砌石体结构构件抵抗破坏的能力称为强度。结构物件抵抗单位变形的能力称为刚度。砌石体的强度有抗压、抗拉、抗剪等，强度是决定承载能力的重要指标。砌石体的刚度由弹性模量、变形模量和构件几何截面组成，弹性和变形模量又有受拉和受压模量之分。弹性和变形模量是决定砌石体结构件是否保持稳定状态的重要指标。砌石体结构构件强度衰减和刚度降低，是由多种病害引起的。这种病害从现象上分析，在外观上是变形或位移增大，渗水漏水增加，结构开始有局部破碎特别是局部压碎现象，结构超过正常使用极限状态。水工砌石体结构受弯构件达正常使用极限状态挠度的限值如表5所示。

　　 浆砌石体的强度和变形模量在运行初期有随龄期增长而增加的规律，浆砌石体和干砌石体在运行初期都有作用效应调整和结构内力重分配的特点。但因水工砌石体结构受水的参与作用，结构构件强度和变形模量会降低，变形会增大，作用效应会向不利的方向发展。从微观上分析水工砌石体结构在建成运行初期就有强度衰减和刚度降低的可能，这期间加强观测检查是十分必要的。

　　观测水工砌石体结构的强度和变形模量一般用如下三种方法：一种方法是直接钻取芯样测试计算；第二种方法是直接测试原型结构构件的波速，再间接推算强度和动弹性模量；第三种方法是观测结构构件的变形，求出变形速度和加速度，计算强度和变形模量。这些方法的共同特点是观察现象，注意发展，在变化中积累结构构件的几何物理参数，对参数比较推求出衰减降低趋势，从理论、经验以及理论与实际结合上诊断病状，做出整治处理方案。
　

3　治理加固技术
　

　　砌石坝病害治理加固要做到技术可靠，经济合理，施工简便和确保质量。根据多年的试验研究与工程实践，如下几项实用治理技术成效较好，可以推广应用。这些技术的效果好坏，设计是基础，施工是关键，管理是保证。
　

3.1　坝体灌浆
　

　　向砌石坝体内灌入水泥浆及掺和料，能够治理渗水和漏水，溶蚀和潜蚀，裂缝和断裂等病害，对补强保稳也有明显的效果。山东省近年来采取这种方法处理的工程已有三十余项。
　　砌石坝坝体是成层异弹模构造，其钻孔方式、施灌程序、浆液控制、孔位布置等都与土坝和砼坝不同。经多年多座砌石坝的试验实践证明，采用边钻孔边检测边灌浆的工艺较好。这种工艺要求孔距2～3 m，分2～3序施灌；各孔的坝内灌浆压力用（3）式计算，坝表面按0.2 MPa控制；孔位应按上游堵灌，中间截灌，下游追踪灌的原则设计。
　

　　Po=Ri－σi································（3）
　　式中：Po—灌浆段设计的最大灌浆压力；
　　Ri—灌浆段坝体材料的设计强度；
　　σi—按平面问题计算的灌浆段坝体最大应力。
　

　　 上游堵灌是用风钻或电钻从坝的上游造水平孔或斜孔进行的灌浆。这种灌浆坝面无水，孔深根据坝厚和防渗体位置而定；对设有砼面板防渗体的砌石坝可以直接找出患病部位进行处理，效果明显，经济上较省；对设有砼心墙防渗体的砌石坝，则首先要灌好砌石体，再向心墙延伸。
　　 中间截灌是用钻机在坝顶面造竖孔或斜孔进行的灌浆。这种灌浆可以自上而下分段施灌，也可以自下而上分段施灌，段长3～5 m，边造孔边压水检测边灌浆。灌浆压力坝内按（3）式控制，坝面按0.2MPa控制。如灌浆施工期间坝前有水，则计算的灌浆压力中尚需考虑渗水和漏水的影响，浆液浓度要适当加大，停灌间歇时间要短，坝面要安设变形观则仪表，控制坝体变形。
　　 下游追踪灌是蓄水后在坝体下游面有水或溶蚀物出逸的地方，造水平孔或斜孔，埋灌浆管进行的灌浆。这种反其道而行之的灌浆工艺，非常适合拱坝和支墩坝工程，对重力坝工程只要搞清扬压力也是可以采用的。这种灌浆，设计时一定要分析大坝的荷载组合情况，计算坝内应力场，把灌浆压力和浆液浓度调配好；布孔时一定要选准出逸点；灌浆时一定要做到循序渐进，先从表面向内赶，压力先小后大，浆液先稀后稠，灌灌停停，必要时浆液中可掺加早强剂，用高压气流冲开通道。这种灌浆中如坝前有水，水从坝体流动，浆液从坝体上涌，呈现水流波与浆液波相互跻压相互干扰的现象；这时灌浆压力可以按渗压水头适当增加，以保证在大坝原基本结构状态不受扰动的情况达到新的平衡。追踪灌浆最好是在上游无水的情况下进行。因这种情况下坝体透水通道空着，渗水和漏水部位直观，灌浆操作简单，控制方便，观测直接，效果明显。
　

3.2　培厚加固
　

　　 培厚加固也称加大截面加固法，即将坝体有效断面加大或加设支撑墩或培重，使坝体的应力减小，或抗力增加。这种措施是防治应力超强，稳定性差和断裂等病害的有效措施，也是防治坝体溶蚀、潜蚀、冲蚀等病害的较好方法。山东省采用这种方法治理的砌石坝工程已有十几座，这些工程治理后都经过了洪水的考验，证明效果良好，取得了显著的经济效益和社会效益。对砌石坝进行培厚加固，应严格按照检测鉴定，判定病害类型，研制培厚加固方案，培厚加固设计、施工组织设计，施工，验收的规范程序进行。
　

3.3　铺镶卷材
　

　　在砌石坝体上游面铺镶高分子防水卷材，对治理渗漏、溶蚀潜蚀和裂缝断裂等病害有特别明显的效果。无论治理哪种病害，设计时必须选好材料的品种和规格，考虑好卷材周边的镶嵌及与基础的固结封闭。施工时作好接缝和检查。运行时注意养护修补。防水卷材有塑料制品，橡胶制品和改性沥青制品等。这些材料的最大优点是防渗性能好，变形量大、密度小、焊接容易、施工简单，但同时都有暴露在大气中容易老化而改变其性能和正常使用年限短等问题。根据其他一些工程设计使用卷材的经验，在治理砌石坝病害中应用的防水卷材的正常使用年限可用下式估算：
　

　　y=y0abc································（4）
　　式中：y—估算的正常使用年限；
　　y0—标准使用年限（见表6）；
　　a—设计综合系数（见表7）；
　　b—施工综合系数（见表7）；
　　c—施工时的气象系数，一般季节为1.0，寒冷季节为0.9，雨雪季节为0.8。
　

表6　各种卷材的标准使用年限

Table 6 the standard working life of apiece rolling materials

条件

Condition

 材料

Material

沥青卷材

Asphalt rolling material

聚氯乙烯卷材

PVC rolling material

聚乙烯卷材

Polythene rolling material

橡胶卷材

Rubber rolling material

裸露　Bareness

10

12

15

20

非裸露　No Bareness

15

25

30

40


表7　各种卷材的设计施工综合系数

Table 7 the design construction synthetic coefficient of apiece rolling materials

技术水平

Technology level

 项目

Item

设计管理水平（a）

The design management level（a）

施工管理水平（b）

The construction management level (b)

优

良

可

优

良

可

优(A)　Excellent

1.3

1.1

0.8

1.2

1.1

1.0

良(B)　Fine

1.2

1.0

0.7

1.1

1.0

0.9

可(C)　Employable

1.1

0.8

0.5以下

0.9

0.8

0.7以下


3.4　换面嵌缝
　

　　换面就是将已破碎的石块更换上完整坚硬的石块。嵌缝就是用水泥砂浆、环氧砂浆、丙凝砂浆、聚氯乙烯胶泥或沥青胶泥等胶结材料处理砌石坝灰缝受损部位的总称。这项技术包括原材料的选择和配制，砌缝的清理和冲洗，胶结材料的灌入和压实，缝面的处理和养护等多道工艺。换石嵌缝对冻蚀、冲蚀、裂缝、断裂等病害有治表不治里的作用，对高度20 m以下的砌石坝渗水漏水和溶蚀等病害，有减渗减漏防溶蚀防潜蚀的作用。

　　 采用换石嵌缝技术治理砌石坝工程病害，必须考虑材料的耐久性。耐久性包括着抗渗、抗冻、抗冲、抗磨和抗风化等多方面内容。实践表明，在嵌缝材料中采用干硬性预缩水泥砂浆耐久性较好，且施工方便，成本低廉。
　　 干硬性预缩水泥砂浆是一种掺入外加剂、水灰比小、稠度低、拌合好后归堆存放半小时至1 h使其预先水化收缩再使用的水泥砂浆。这种砂浆强度高、干缩性小、以及抗渗、抗冲、抗磨抗冻性能好。试验的各项力学指标见表8和表9。
　

表8　预缩砂浆的抗压抗拉强度平均值

Table 8 The compressive and tensile strength average value of pre-shrink

水灰比

Water cement ratio

灰砂比

Cement sand ratio

掺PC—2加气剂

Mixed PC—2

抗压强度（MPa）

Compressive strength(MPa)

抗拉强度（MPa）

Tensile strength（MPa）

预缩(Per-shrink) 0.5h

预缩(Per-shrink) 1.0h

预缩(Per-shrink) 0.5h

预缩(Per-shrink) 1.0h

0.32

1:2

水泥重的 0.3/万

30.9

39.2

2.18

2.18

0.34

1:2.5

水泥重的 0.3/万

25.3

23.3

2.06

1.83


表9　普通砂浆与预缩砂浆勾缝的砌石体抗渗试验成果

Table 9 Te masonry body anti-seepage test result of the normal and pre-shrink mortar

项目 Item

1

2

3

4

5

6

平均

普通砂浆砌石体抗渗压力（MPa）

Impervious stress of the Masonry body normal mortar（MPa）

0.01

0.01

0.02

0.02

0.01

0.01

0.01

预缩砂浆勾缝砌石体抗渗压力（MPa）

Impervious stress of the Masonry body pre-shrink mortar（MPa）

0.12

0.16

0.16

0.12

0.12

0.12

0.13


　　 换面嵌缝施工程序：清刷破损部位，拌制干硬性预缩水泥砂浆，涂抹纯水泥浆，分层铺填捣实及养护等各道工序。各道工序中要控制好质量。
　

3.5　喷涂防渗面层
　

　　喷涂防渗面层，此处喷是指喷射钢纤维砼或喷膜防水防渗技术，涂是指涂刷防渗涂料。限于篇幅，此处仅介绍在山东省应用较多的喷射钢纤维砼坝面防渗技术。
　　钢纤维砼是上个世纪七十年代发展起来的一种新型复合材料，它是在普通砼中均匀掺入短而不连续的钢纤维，使其在受荷载时阻滞并约束砼基体内部原有裂缝的开展，从而显著地提高砼的抗拉强度、抗磨强度与抗裂、抗冲击韧性和抗冲磨性能，把属于脆性材料的砼改变为具有较好塑性的新型建筑材料。喷射钢纤维砼坝面防渗体由钢纤维砼和水泥砂浆保护层构成。采用钢纤维砼意在利用其抗裂性能，通过喷射技术使其与坝面砌石体牢固结合成一体；水泥砂浆的作用主要是防止钢纤维锈蚀，同时能增强防渗效果。
　　 钢纤维砼用于砌石坝坝面防渗，需要重点研究其抗拉、抗弯、抗冻融、耐疲劳、抗渗性能以及钢纤维砼与坝面砌石的粘结强度。国内外的一些研究资料介绍，与普通砼相比，钢纤维砼的抗拉强度提高1.5～2倍，抗弯强度提高1.5倍以上，抗弯韧性提高15倍以上，抗冻融、抗疲劳性能有显著改善；抗渗性能良好，能满足水工建筑物的抗渗要求。钢纤维砼防渗体与坝面砌石体的粘结强度直接关系到该项防渗技术是否可行，而现有研究资料缺乏这方面的成果，据此，我院着重进行了粘结强度方面的试验研究。
　　粘结强度试验采用劈裂抗拉法进行。试块全部取自实际工程，试验前首先使试块达到饱和状态，试验结果具有代表性。试验分三组进行，第一组为加界面剂的喷射钢纤维砼试块，第二、三组分别为无界面剂和有界面剂的素砼试块。砼的配合比为1:2:2，钢纤维砼的钢纤维含量为1.03%。试验结果见表10，由表列试验结果可看出，加界面剂的试块可提高粘结强度20%左右；喷射钢纤维砼和喷射素砼与砌石体的粘结强度相差不大，就绝对值而言，喷射钢纤维砼与砌体的粘结强度已达到200#素砼的抗拉强度，可以肯定防渗层与坝面砌体已牢牢地粘结成一体。从实验结果来看，不加界面剂的喷射素砼与砌体的劈裂破坏为脆性破坏，而加界面剂的喷射砼与砌体为柔性破坏。
　　由粘结强度试验结果可知：喷射钢纤维砼坝面防渗体与坝体粘结牢固；具体应用时，新建工程可不用界面剂；已建且运行多年的工程建议喷涂界面剂，以增强其粘结强度。
　

表10　粘结强度试验结果

Table 10 The test result of the binding strength

试验组次　(Test team)

1

2

3

粘结强度（MPa）

The binding strength（MPa）

试验值 Test value

1.8

1.2

1.9

1.2

1.4

1.1

平均值 Average value

1.2

1.1

1.6

1.4

1.2

1.5

4　结语
　

　　砌石坝建设及运行过程中，凡是因时间、自然（荷载、温度、湿度、渗透、溶蚀、气蚀、变形、化学侵蚀等）、或人为（设计、施工、运行等）等因素引起的使大坝（坝体和坝基）组成材料固有的化学组成及分子结构变化，进而使得材料性能下降，或使得结构构造遭受损害破坏，影响大坝使用年限，降低大坝使用性能，甚至危及大坝安全的现象，统称为砌石坝老化病害。由于砌石坝构成材料的多样性及承受载荷的复杂性所以其老化病害的表现形式也复杂多变，冶理加固措施相应地需要具体问题具体分析。
　　砌石坝老化病害除文中归纳的八种主要类型以外，还有堆石体沉陷、围岩渗漏、沥青井及止水橡皮老化，闸门及金结预埋件锈蚀等现象，因其影响范围小，未专门述及。
　　 近年来，山东省采用坝体灌浆、培厚加固、铺镶卷材、换面嵌缝及喷涂防渗面层五项技术治理砌石坝老化病害的水库已有几十座，完成多项科研项目，积累了较为丰富的工程技术经验，保证了工程的安全运行，并均取得显著的经济、环境和社会效益 。
　

参考文献
［1］郑灿堂，庄兆启，刘键生.中国砌石坝建设综述［J］.水利技术监督，2008，（1）：33-36
［2］赵夭明.迁西县砌石坝老化问题及防治措施［J］.海沙水利，2002，（31）：35
［3］陈焰荣.浅析浆砌石坝灌浆治漏加固技术［J］.广东建材，2007，（9）：82-83
［4］王立华，陈理达，李红彦.浆砌石坝体溶蚀评价及防治对策探讨［J］.水利学报，2004，（5）：106-110

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