专利名称：一种老坝或病坝的再生方法
技术领域：
本发明涉及一种老坝或病坝的再生方法，属水利水电工程领域。
背景技术：
水利水电工程中的混凝土拦河大坝运行一段时间后，在渗流作用下混凝土性能会逐渐降低，渗漏现象逐渐严重，坝体、坝基扬压力偏高；有些大坝由于混凝土质量等原因渗流也比较严重，寒冷地区由于渗流还会造成大坝表层混凝土冻胀破坏；也有一部分大坝由于碱骨料反应等原因混凝土质量也在逐步衰变等等，这些情况使大坝整体性能变差，防洪抗震能力下降，稳定性差，影响大坝的安全运行，危害极大，对上述急需采取工程措施予以补救的大坝本发明统称为老坝或病坝。
目前，对老坝或病坝采取工程措施予以加固或维修的方法，大致有以下几种1、对大坝上游面水上部分的加固，主要采用浇筑普通钢筋混凝土、沥青防渗混凝土、土工膜防渗等方法，施工比较容易，但仅限于水上部分的维修；2、对大坝上游面水下部分的加固，采用土工膜防渗方法，利用潜水员和部分机械进行施工，施工难度相当大费用高，且加固维修效果差；3、其它工程措施，如在坝体内灌浆起到一定的防渗效果、采用坝体排水方法、为了降低坝体扬压力，开设坝体排水廊道、钻设坝体排水孔等等，均属局部维修，效果不佳；4、在上述措施无能为力时，也有考虑在大坝寿命到达之前，放弃对大坝的维修，在其上下游某位置重建大坝，重建新大坝后再拆除已有大坝，重建新坝投资可观，拆除旧坝损失巨大，而且重建大坝期间下游防洪是非常难解决的问题，严重威胁下游广大人民群众的生命财产安全；5、放空水库实施补救措施，但是有条件能放空水库，在无水条件下实施补救的大坝是极少数的。
因此，目前还没有更好的对老坝或病坝实施大面积的防渗加固修补技术，即没有从治本上解决大坝老化和延长寿命的方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种对于正在运行中的老坝或病坝，在大坝运行的情况下，从治本上解决大坝老化、延长寿命使其再生的施工方法。
实现本发明目的的一种老坝或病坝的再生方法是在需维修的老坝或病坝的原坝坝体中修筑与原坝坝体紧密相结合的防渗墙，修筑该防渗墙的方法包括下述步骤(1)开挖交通洞在大坝下游面向坝体内开挖水平走向的隧道，作为施工用的交通洞，交通洞挖至准备修筑的防渗墙的断面处；(2)开挖工作井在交通洞中准备修筑的防渗墙的断面处开挖竖直的作为施工作业面的工作井，工作井的高度大于或等于准备修筑的防渗墙的高度；(3)开挖防渗墙基础隧道在工作井底部准备修筑的防渗墙的最低位置，沿坝体轴线方向开挖长度为准备修筑的防渗墙的长度的防渗墙基础隧道；(4)浇筑防渗墙第一层在防渗墙基础隧道内浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第一层，浇筑的高度为防渗墙基础隧道高度减去顶部预留的用于施工作业所需的振捣空间高度；(5)开挖防渗墙隧道在防渗墙第一层凝固具有一定强度后，在防渗墙基础隧道上面再向上开挖一层防渗墙隧道；(6)浇筑防渗墙第二层在防渗墙第一层上面浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第二层，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有用于施工作业所需的振捣空间高度；(7)继续开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙第三层在防渗墙第二层凝固具有一定强度后，继续向上开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙第三层，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有施工作业作需的振捣空间高度；(8)继续开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙反复重复(5)、(6)、(7)所述施工步骤，直至防渗墙达到所需高度。
所述的防渗墙基础隧道、防渗墙隧道的横断面形状及具体尺寸，应根据不同的大坝结构情况、施工能力以及现场的实际情况等参数设计计算后决定。一般横断面为等宽长方形，宽度约1-4米，每次的开挖高度约2-6米。防渗墙隧道的横断面也可为异形或其它几何形状，以增加防渗墙与原有坝体的结合强度。
为了提高大坝的防渗能力和改善坝体质量使其彻底再生，根据所维修的大坝的具体情况防渗墙可并排连续或间隔修筑若干面。
为保证防渗墙与原有坝体的良好结合，防渗墙基础隧道、防渗墙隧道形成后要根据实际情况对隧道的上下游二个侧面分别作排水处理，特别要对上游面集中漏水点作专门处理。
为保证在防渗墙施工中的排水，工作井底部低于准备修筑的防渗墙的最低位置，开挖有积水排水井。
为了提高防渗墙的施工速度和作业方便，可在准备修筑的防渗墙的两端分别开挖交通洞、工作井，交通洞也可利用原大坝中已有的廊道。
本发明的再生方法也适用于对其它类型坝体的维修。
本发明的再生方法可有效的使多年的老坝或病坝得到再生，继续使用为民造福。与现有技术相比本发明具有突出的有益效果1、本发明的再生方法可以从治本上解决老坝或病坝的大面积老化渗水问题，改善坝体质量，增加坝体强度，真正使老坝或病坝再生；2、在本发明的再生方法中的各个施工步骤，均可采用现有的设备或技术实现，施工难度不大；3、本发明的再生方法施工投资相对较少，而产生的经济效益巨大；4、本发明的再生方法是在不影响大坝正常运行的情况下完成的，节约了大量资金，保证了下游人民群众的生命财产安全，具有广泛的社会效益和安全效益；5、本发明的再生方法施工方案直观，效果突出，有利于推广应用。
附图1是本发明的再生方法的施工示意图。
图2(包括图2-1——图2-7)是图1中坝体沿交通洞、工作井中心线的剖面施工步骤示意图。
图3是图2-7中A-A向剖视图。
图4是本发明一个实施例的施工示意图。
图5是图4中完成防渗墙施工后沿交通洞、工作井中心线的剖面示意图。
图6是本发明中防渗墙的几种排列方式的坝体剖面示意图。
图中1坝体，2坝体上游面，3坝体下游面，4(F)防渗墙，5交通洞，6工作井，7防渗墙基础隧道，8积水排水井，9水平排水孔，10防渗墙隧道。
具体实施例方式
下面结合附图和给出的实施例对本发明作进一步描述，但本发明不限于实施例，本专业普通技术人员根据实际情况，对再生方法中的具体施工步骤作某些修改和调整均应在本发明的保护范围之内。
本发明的再生方法是在需要维修的老坝或病坝的原坝坝体中修筑与原坝坝体紧密相结合的防渗墙，以防渗墙的新材料置换老坝或病坝中的原有材料，增强老坝或病坝的防渗性，改善坝体质量，增加坝体强度，使老坝或病坝再生，从根本上延长大坝的寿命。
具体施工步骤结合图1、图2、图3详细说明如下(1)在大坝下游面3的底部向坝体1内开挖水平走向的隧道，作为施工用的交通洞5，交通洞挖至准备修筑的防渗墙4的断面处；(2)在交通洞中准备修筑的防渗墙的断面处开挖竖直的作为施工作业面的工作井6，工作井的高度大于或等于准备修筑的防渗墙的高度，在工作井的底部低于准备修筑的防渗墙的最低位置，开挖有积水排水井8；(3)在工作井底部准备修筑的防渗墙的最低位置，沿坝体轴线方向开挖防渗墙基础隧道7(参照图2-1)，防渗墙基础隧道的长度等于准备修筑的防渗墙的长度L(参照图2-7)，在防渗墙基础隧道的另一端还可再开挖交通洞、工作井，以提高施工效率；(4)在防渗墙基础隧道内浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第一层F1，浇筑的最高高度h2为防渗墙基础隧道高度h减去顶部预留的用于施工作业所需的振捣空间高度h1(参照图2-2)；(5)在防渗墙第一层F1凝固具有一定强度后，在防渗墙基础隧道上面再向上开挖一层防渗墙隧道10(参照图2-3)；(6)在防渗墙第一层F1上面浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第二层F2，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有用于施工作业所需的振捣空间高度h1(参照图2-4)；(7)在防渗墙第二层F2凝固具有一定强度后，继续向上开挖防渗墙隧道10并浇筑防渗墙第三层F3，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有施工作业所需的振捣空间高度h1(参照图2-5、图2-6)；(8)依此类推，反复重复上述(5)、(6)、(7)所述施工步骤，直至防渗墙达到所需高度(参照图2-7)。
实施例对吉林地区某水力发电厂混凝土重力坝11个溢流坝段(从左岸至右岸数9-19坝段)实施防渗墙的施工步骤。
参照图4、图5，首先在与溢流坝段19坝段(图中用19#表示)相邻的20坝段下游面，以海拔200米为底高程向上游面垂直坝体轴线方向水平开挖2米宽、3米高的交通洞5，交通洞开挖至距上游面11米A处；在A处开挖竖直的断面尺寸4米×4米的工作井6，工作井底高程186米，顶部高程252米，工作井190米以下部分为积水排水井8；在工作井中以190米高程为基础沿坝体轴线方向横穿11个溢流坝段，采用挖掘机开挖一条2米宽、3米高的防渗墙基础隧道7；然后在防渗墙基础隧道中一次性浇筑2米高的防渗混凝土形成防渗墙第一层，防渗墙基础隧道上部留有1米高的施工作业所需的振捣空间用于对混凝土的振捣作业，同时对各坝段之间的横缝采用铜板止水技术；待混凝土经过7天左右初凝后，将防渗墙基础隧道再向上开挖2米高，形成一条2米宽、3米高的防渗墙隧道，然后再浇筑一层2米高的混凝土形成防渗墙第二层，同时对各坝段之间的横缝采用铜板止水技术；重复上述做法，再向上开挖2米，再浇筑2米高的防渗墙，以此类推直至防渗墙高度达到252米高程。这样便筑成一面2米宽、62米高、横跨11个坝段总长198米(每个坝段18米)的防渗墙。
为了检验防渗墙加固效果，在新老混凝土之间埋设了一定数量的渗压计和裂缝计，此工程竣工后下游溢流面原有的渗水点全部消失。根据防渗墙下游侧200米部位的渗压计观测，防渗墙形成后半年时间，11个坝段的坝体扬压力由原来的平均37米水柱高下降了8.5米，达到28.5米，防渗效果十分显著。随着时间的延长，其坝体扬压力会不断下降而稳定在某一低值范围内。通过计算分析得知，由于再生施工中用标号为250#的防渗混凝土修筑的防渗墙置换出了原标号为50#-100#的老混凝土原坝体，使得原来薄弱断面245米高程的抗滑稳定系数提高了1.3％，有效地提高了大坝的安全度。由于施工是在坝体内进行，一年四季都可以施工，不影响机组的正常发电和大坝的防洪。
为了使新老混凝土即防渗墙与原有坝体间更好地结合为一体，共同承担剪力，在新老混凝土即原坝坝体与防渗墙之间，以及防渗墙与防渗墙之间形成异形齿状啮合状态，防渗墙的剖面形状为异形或其他几何形状(参照图6)。根据坝体情况不同，本发明的防渗墙可以修筑一面防渗墙4-1；也可连续修筑若干面防渗墙，如防渗墙4-2与防渗墙4-3连续修筑2面防渗墙；也可间隔修筑若干面防渗墙，如防渗墙4-1与防渗墙4-2间隔修筑2面防渗墙。也可在已形成的防渗墙的下游侧，按本发明方法修筑垂直于防渗墙的若干个支墩，以增强大坝的整体强度。为了更好降低坝体扬压力，在防渗墙的上、下游侧按一定间距设置有水平排水孔9，将渗水排到积水排水井内并抽到下游河道。
对于上述实施例的吉林地区某水力发电厂混凝土重力坝全部60个坝段，如果按本发明方法施工，连续修筑多面防渗墙，可使原坝体主要部位约50％左右的老坝混凝土被置换，使大坝至少可以再安全运行90-100年。工程总投资约30亿元人民币，而且不影响正常发电、防洪。如果不采用本发明再生方法，只好在原坝址的上游或下游重新建坝(选择新坝址还受地理位置、地质条件等多种因素影响)，重建费用约为60-70亿元人民币，拆除原大坝约需10亿元人民币，在重建期间原发电厂不能发电，并且至少有2-3年时间原大坝将失去防洪作用，其对下游人民生命财产的威胁不是几十亿甚至几百亿人民币所能衡量的。
在对发电引水坝段进行再生施工时，可能遇到发电引水用压力钢管、锚索等已知障碍物，施工中可对钢管等障碍物周围的老混凝土采用人工开挖，以防止对钢管等障碍物可能产生的不利影响，并且对钢管等障碍物采取钢环加固措施，然后用新的混凝土将钢管等障碍物重新包筑起来，使修筑的防渗墙即使遇到了障碍物也不会对其防渗效果产生影响。
权利要求
1.一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于包括下述步骤(1)开挖交通洞在大坝下游面向坝体内开挖水平走向的交通洞，交通洞挖至准备修筑的防渗墙的断面处；(2)开挖工作井在交通洞中准备修筑的防渗墙的断面处开挖竖直的工作井，工作井的高度大于或等于准备修筑的防渗墙的高度；(3)开挖防渗墙基础隧道在工作井底部准备修筑的防渗墙的最低位置，沿坝体轴线方向开挖长度为准备修筑的防渗墙的长度的防渗墙基础隧道；(4)浇筑防渗墙第一层在防渗墙基础隧道内浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第一层，浇筑的高度为防渗墙基础隧道高度减去顶部预留的用于施工作业所需的振捣空间高度；(5)开挖防渗墙隧道在防渗墙第一层凝固具有一定强度后，在防渗墙基础隧道上面再向上开挖一层防渗墙隧道；(6)浇筑防渗墙第二层在防渗墙第一层上面浇筑防渗混凝土或其它防渗材料形成防渗墙第二层，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有用于施工作业所需的振捣空间高度；(7)继续开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙第三层在防渗墙第二层凝固具有一定强度后，继续向上开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙第三层，浇筑的高度仍保证在防渗墙隧道中留有施工作业作需的振捣空间高度；(8)继续开挖防渗墙隧道并浇筑防渗墙反复重复(5)、(6)、(7)所述施工步骤，直至防渗墙达到所需高度。
2.根据权利要求1所述的一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于工作井底部低于准备修筑的防渗墙的最低位置开挖有积水排水井。
3.根据权利要求1所述的一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于防渗墙基础隧道、防渗墙隧道的横断面为等宽长方形、异形或其它几何形状。
4.根据权利要求1所述的一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于防渗墙基础隧道、防渗墙隧道形成后要对隧道的上下游二个侧面分别作排水处理。
5.根据权利要求1所述的一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于在防渗墙的上游侧面、下游侧面分别设有排水孔。
6.根据权利要求1所述的一种老坝或病坝的再生方法，其特征在于防渗墙可并排连续或间隔修筑若干面。
全文摘要
本发明公开了一种老坝或病坝的再生方法，属水利电力工程领域。水利电力工程中的混凝土大坝经运行一段时间后均会出现不同程度老化，严重时影响大坝正常运行，危害极大，但目前尚无治本的补救措施。本发明的再生方法是在原坝坝体中开挖交通洞、工作井后，再开挖防渗墙基础隧道，然后在防渗墙基础隧道中逐层浇筑、开挖、浇筑，最后形成一面或多面新的防渗墙，以新材料的防渗墙置换已老化的原坝坝体材料，达到从治本上解决大坝的老化问题。本发明的再生方法是在不影响大坝正常运行的情况下采用已有设备和技术施工，施工方案直观、投资少、加固效果好、有利于推广应用，具有巨大的社会效益、安全效益和经济效益。
文档编号E02B7/00GK1523167SQ03127140
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月6日 优先权日2003年9月6日
发明者陈昌林, 陈艺征, 王凤钰 申请人:陈昌林