佛子岭大坝加固工程详解

佛子岭水库位于安徽省霍山县境内淮河南岸支流淠河东源——东淠河上，坝址距下游霍山县城17km，是20世纪50年代初期，遵照毛主席“一定要把淮河修好”的伟大号召而兴建的。工程于1952年1月开工，1954年11月竣工，是为了治理淮河水患建成的第一座以防洪、灌溉为主，结合发电等综合利用的大型水利水电枢纽工程。钢筋混凝土连拱坝（见图1.1）是当时我国自行兴建的第一座混凝土高坝。最大坝高75.9m，坝顶全长510m。坝体为空腹薄壁轻型钢筋混凝土结构，上部厚0.5～0.6m，下部最大厚度不足2.0m，由21个拱和20个垛及左右岸重力坝组成。拱为内径13.5m的半圆形；每个垛是由左右两片侧墙、上下游面板和内部竖向隔墙连接而成的，外侧宽6.5m，垛墙为分块浇筑，每堵垛墙设3～6道锯齿状纵向施工缝。由于多方面原因，大坝现存在诸如防洪标准偏低、裂缝多、地质条件复杂等问题，严重影响了大坝的安全运行。

图1.1　佛子岭钢筋混凝土连拱坝

由于当时水文资料不全，水库的设计洪水是采用河南潢川暴雨移置到佛子岭推算求得的，水库的兴利水位仅依据7个月的实测资料和利用六安站民国20年至民国26年降雨资料的分析计算求得水库来水量进行兴利调节计算确定的。在筑坝过程中，经1953年、1954年两年的洪水实践，发现当时确定的设计洪水标准仅相当几十年一遇。其后，为使佛子岭水库防洪标准达到1000年一遇，曾两次扩大溢洪道，提高水库的泄洪能力，在其上游东支流黄尾河上兴建磨子潭水库为佛子岭水库蓄洪和错峰；1982年又将佛子岭大坝加高1.5m，增加水库自身调蓄能力。

佛子岭大坝从施工后期到完工蓄水初期就产生了大量裂缝，在以后的运行中特别是经历了1958年冬至1959年春，1962年冬至1963年春两次长时间低温高水位等恶劣工况运行，裂缝继续发展并产生新的裂缝。由于裂缝的切割破坏了垛墙的整体性，虽经多次补强加固，目前仍存在一定数量影响大坝安全的垛头斜缝、拱圈斜缝、拱圈叉缝、拱筒环向裂缝等，垛墙收缩缝也大都张开，这些裂缝或存在渗水现象，或损坏了拱垛结构的整体性，或削弱了坝体整体刚度，成为影响大坝安全的隐患，也是多年来想解决而一直未能解决的问题。(www.xing528.com)

1963年起，对大坝裂缝严重的13号拱至15号垛范围内进行地质复查，发现12号坝垛下潜伏Fp12缓倾角断层；13号、14号垛下游坝脚附近的基岩（花岗岩岩墙）已经风化，局部风化严重。为此，1965～1966年对大坝进行了第一次加固，共完成了13～16号4个加强拱及其支墩的混凝土浇筑；12～14号垛内下部回填混凝土；为了探明垛基地质情况钻了27个直径1.0m的钻孔，以后在孔内浇筑钢筋混凝土作为加固基础的抗滑桩；对所有引水钢管外侧均包了钢筋混凝土；并对基础较弱的部分拱垛进行了固结灌浆，对垛墙收缩缝的裂缝进行灌浆。1975年8月河南发生特大暴雨，板桥和石漫滩两座水库失事之后，佛子岭大坝又于1982～1985年进行第二次加固处理：将大坝加高1.5m，溢洪道扩建1孔。由于大坝洪水位较原设计提高1.74m，经设计复核后将河床右半部13～20号垛内下部回填混凝土，并将局部上游面板和侧墙内部进行加厚，对部分垛墙基础进行固结灌浆；对开裂的垛墙收缩缝和右岸坝头进行了补强灌浆。佛子岭大坝虽然经过两次较大规模的加固处理，但防洪标准偏低的主要问题未能彻底解决。随着运行时间的延长，又陆续发现了一些新的问题。

1996年佛子岭大坝特检及首次定检时，延长洪水系列资料重新进行防洪安全复核，大坝防洪标准仍然偏低，若维持原定汛限水位117.56m运行，仅达到600年一遇。坝基地质条件复杂，建坝时对基础开挖与处理缺乏明确的定量标准，地质勘探工作也比较简单，有些问题没有真正查清，以致个别垛沉降较大。钢筋混凝土连拱坝为轻型支墩坝，结构单薄，大部分表面暴露在大气中，温度变化对坝体应力和位移影响较大。大坝在施工后期至初期蓄水就产生了众多裂缝，在以后的运行中裂缝仍继续发展并陆续有新的裂缝产生，自施工后期起先后多次进行了裂缝修补，并经1965～1966年和1982～1985年两次加固，由于坝体受温度变化影响较大和部分坝垛地基软弱等原因，再加上库容偏小，水库很容易蓄满，多年来汛后经常持续在高水位下运行，坝体裂缝又有新发生和发展，渗水裂缝又有新的增加。1996年大坝定检时对坝体进行详细检查发现，当时佛子岭大坝坝体存在各类裂缝有856条，其中有56处仍在渗水。

如何提高佛子岭水库的防洪标准，恢复大坝的整体性，增强其承载能力，消除这一安徽省重大安全隐患，使这座新中国第一坝再次焕发青春和活力，有关方面作了大量的研究和探索。1994～1996年安徽省电力局先后组织进行了大坝的特检和定检，2001年安徽省水利厅组织开展了佛子岭大坝的安全鉴定，并经水利部大坝安全管理中心核准，佛子岭水库评定为三类坝，需要对其进行加固。

在批复的设计方案中，虽然有溢洪道除险加固，金属结构更新改造，以及进一步完善管理设施等内容，但对大坝进行结构强度的加固，恢复其整体性，改善其应力条件是这次加固的重点，也是关系到这次加固方案成败的关键。采取了用高压固结灌浆对坝基进行加固，对坝体裂缝进行修补，对两端拱采用喷射钢纤维混凝土进行加固，对坝垛采用模注钢纤维混凝土和微膨胀混凝土进行加固，采用发泡聚氨酯对坝体表面进行防温保护等措施。