土石堤壩加固的分析探討

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摘要：土石堤壩是應(yīng)用最廣的擋水護(hù)坡建筑物，填筑在不同的壩基上。土石壩在擋水后上下游水頭差作用下引起水流滲過(guò)壩體、壩基以及兩岸岸坡，使土石壩及其壩基發(fā)生滲透破壞，甚至垮壩失事。因此為保證土石壩的安全及水庫(kù)的正常運(yùn)行，必須進(jìn)行長(zhǎng)期和全面地觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)采取必要、準(zhǔn)確的加固技術(shù)。 

關(guān)鍵詞：土石堤壩；分類(lèi)；加固方法；  abstract: the earth-rock dam is one of the most widely block water revetment buildings, filling in different on the dam foundation. earth dam block up and down in water  swim head under the action of water flow caused by poor filtered through the dam and dam foundation and cross-strait bank slope, make the earth-rock dam foundation seepage failure and happened,  even the breakdown of crash. so to ensure the safety of the earth dam and the normal operation of the reservoir, must be long and comprehensive observation,  found hidden danger in time, take necessary and accurate reinforcement technique.  keywords: earth-rock dams; classification; reinforcement method;  土石堤壩加固方法的分類(lèi)：土石壩的加固方法，一般可按土石壩加固的原因、原理、目的、性質(zhì)等進(jìn)行分類(lèi)，其中按加固的原因進(jìn)行分類(lèi)，主要有：滲透破壞、裂縫（包括非滑坡性裂縫）、滑坡、地震震害與液化等加固方法。下面重點(diǎn)就土石堤滲透破壞、裂縫（包括非滑坡性裂縫）加固方法進(jìn)行分析探討。  1 滲透破壞加固方法  滲透破壞加固方法的原理是在上游不使或少使來(lái)水滲入壩體或壩基，并使?jié)B水在下游通暢排出，但不帶走壩體或壩基上的土粒和不改變壩體或壩基的變形和強(qiáng)度。即上游防滲下游排水減壓和導(dǎo)滲。防滲排滲方法常用于解決土石壩壩體和壩基的滲流問(wèn)題，使下游不發(fā)生散滲、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼澤化、塌坑渾水等滲透變形現(xiàn)象；上游不發(fā)生漩渦、翻泡、塌坑等滲漏入口，從而加強(qiáng)土石壩及其壩基的抗?jié)B能力。  防滲加固方法。在上、中游設(shè)置切斷透水壩基的垂直防滲措施有：土質(zhì)截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、粘土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿  防滲墻，混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等。其中混凝土防滲墻在土石壩壩基、混凝土閘壩基礎(chǔ)、土圍堰堰體與堰基以及病險(xiǎn)土石壩的防滲加固方面應(yīng)用最廣。下面介紹幾種  主要措施的適用范圍。  (1)明挖回填粘性土截水墻：適用于深度在15 m以?xún)?nèi)的透水壩基。  (2)混凝土防滲墻(機(jī)械造槽法)：適用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土層。  (3)混凝土防滲墻(倒掛井法)：適用于砂礫層墻深約50m 。  (4)混凝土防滲墻(射水造槽法)：適用于均質(zhì)砂層或土層。墻深在2om 以下。  (5)防滲板墻(高壓噴射灌漿法)：適用于軟弱土層，墻深在20 m 以下。  (6)粘土防滲墻(套孔沖抓法)：適用于砂卵石層，墻深25m 以下。  (7)粘土防滲墻(套孔沖抓法)：適用于粘性土層，墻深20m 以下。  (8)灌漿帷幕：適用于砂礫石、卵石、砂層，最深達(dá)250 m。1．1．2 排滲加固方法。防滲加固方法采取后，仍需采用貼坡排水、棱體排水、褥墊排水及其組合，壩體內(nèi)豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設(shè)備，排除上游滲水，降低浸潤(rùn)線(xiàn)及下游壩基上的水頭。上述措施的適用范圍如下。  (1)貼坡排水：可防止壩面滲流破壞，不能降低浸潤(rùn)線(xiàn)  (2)棱體排水、褥墊排水：可有效降低壩體內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)，減小其孔隙水壓力，褥墊排水又有助于壩基排水。  (3)排水溝、減壓井反濾透水蓋重或兩者相結(jié)合：適用于壩基表層有一層相對(duì)不透水層以及有一定滲流量的情況，當(dāng)?shù)鼗砻嫦鄬?duì)不透水層不太厚，其下為砂礫石層時(shí)可采用排水溝；當(dāng)不透水層較厚時(shí)，可將深層承壓水導(dǎo)出地面，設(shè)排水減壓井，然后從排水溝排出；當(dāng)下游壩腳存在的剩余水頭不大時(shí)，可采用鋪填透水蓋重的辦法，若下游壩腳剩余水頭很大可采用減壓井和蓋重相結(jié)合的辦法。  2 非滑坡性裂縫加固方法  通常情況下，如果土石壩體發(fā)生較大的不均勻變形，特別是局部較大的不均勻變形，就應(yīng)考慮壩體是否已經(jīng)發(fā)生了裂縫，防滲體后的浸潤(rùn)線(xiàn)突然上升，常是防滲體發(fā)生貫穿裂縫的征兆；壩體滲流量突然增加，特別是出現(xiàn)渾水，極有可能是防滲體發(fā)生較大裂縫或孔洞的結(jié)果。因此，在水源運(yùn)行管理中，應(yīng)對(duì)上述情形多作觀察，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就應(yīng)及時(shí)處理。  2.1 非滑坡性裂縫簡(jiǎn)要分析  2.1.1干縮和凍融裂縫：從工程角度來(lái)看，干縮裂縫除了要防止雨水滲入順縫而發(fā)生沖蝕外，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)土石壩危害不大。凍融裂縫深度限于凍土層的范圍內(nèi)，在凍土融化后一般能自行閉合，該縫一般也不致威脅壩的安全，應(yīng)多注意發(fā)生在下游坡腳處凍害。．  2.1.2 壩體變形引起的裂縫：這類(lèi)裂縫主要由壩體不均勻沉降變形所引起的。不均勻變形裂縫一般規(guī)模較大，深入壩體，是破壞壩體完整性的主要裂縫。但是，如裂縫僅發(fā)生在壩的非粘性土的壩主體中，則對(duì)壩的正常運(yùn)行尚無(wú)多大妨礙且隨著時(shí)間的推移，裂縫會(huì)自行彌合。在防滲體中發(fā)生的剪切縫，由于縫面兩側(cè)土的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，疏松可加劇局部滲透，但由于縫面一般仍作用有壓應(yīng)力，并不張開(kāi)，因此對(duì)壩的危害也不太大。而在防滲體中發(fā)生的拉伸縫，特別是貫穿性的拉伸縫，則由于裂縫張開(kāi)，形成集中滲漏通道 對(duì)壩的安全威脅較大，一般分縱向裂縫、橫向裂縫、水平裂縫。  2.1.3 水力劈裂縫：當(dāng)壩體由于不均勻沉降變形而發(fā)生裂縫，庫(kù)水進(jìn)入裂縫后將增大其開(kāi)度，并可能發(fā)展形成較大的滲漏通道。即使不均勻變形的結(jié)果未產(chǎn)生裂縫，只引起某個(gè)面上壓應(yīng)力降低而小于庫(kù)水壓力也可能出現(xiàn)新的微裂縫，由水平劈裂而形成較大的裂縫。水力劈裂縫多發(fā)生于水庫(kù)初次蓄水時(shí)，除粘土心墻外，在粘土斜墻、粘土鋪蓋或均質(zhì)壩中都可能發(fā)生水力劈裂縫，有時(shí)向粘土防滲體內(nèi)鉆孔灌漿，在灌漿壓力下也可能出現(xiàn)水力劈裂縫。  2.2非滑坡性裂縫的加固方法  土石壩一旦發(fā)生裂縫，應(yīng)在及時(shí)查明其性狀的基礎(chǔ)上，采取有針對(duì)性的措施適時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救處理。對(duì)于均質(zhì)壩或多種材料壩的防滲體中的深度較大的裂縫，特別是貫穿裂縫，則要慎重。如處于非汛期，而裂縫的發(fā)展尚未穩(wěn)定，近期內(nèi)沒(méi)有重要險(xiǎn)情、時(shí)同允許的話(huà)，要等裂縫發(fā)展穩(wěn)定后再作徹底處理。  2.2.1 翻松夯實(shí)  一般表面干縮裂縫，可用砂土填塞，將表面縫口土料翻松并濕潤(rùn)，然后夯實(shí)、密實(shí)、封堵縫口，對(duì)凍融裂縫也應(yīng)按此方法處理，未加防凍保護(hù)層的必須設(shè)保護(hù)層。  2.2.2開(kāi)挖回填  開(kāi)挖回填是比較徹底可靠的方法，具體方法是沿縫灌入少量石灰水，以便沿縫下挖，開(kāi)挖深度應(yīng)大于0．3米，寬度以能夠作業(yè)為準(zhǔn)，邊坡必須保護(hù)穩(wěn)定，可挖成梯形斷面，挖槽較深時(shí)，邊坡可設(shè)臺(tái)階。但回填時(shí)應(yīng)將臺(tái)階挖除，使回填土可整體性沉降，不產(chǎn)生暗縫，開(kāi)挖完成后用原壩體土料分層夯實(shí)回填。  2.2.3 灌漿處理  壩體灌漿分充填灌漿和劈裂灌漿兩種，本文討論的是充填灌漿。  充填灌漿適用于當(dāng)壩體裂縫部位較深或范圍較廣，對(duì)裂縫的性質(zhì)和范圍都要確定的局部隱患，采用開(kāi)挖回填，不但工程量很大，還可能影響蓄水。為安全考慮，可采用灌漿處理，或裂縫上部開(kāi)挖回填，下部較深的細(xì)小裂縫進(jìn)行填灌漿處理。灌漿的材料及漿液的濃度要滿(mǎn)足可灌性、(充填滿(mǎn)縫隙)固結(jié)后收縮小。一般多采用塑性指數(shù)在10左右的粉質(zhì)壤土或黃土作為灌漿材料。為加速凝結(jié)或增加可灌性，減小體積收縮，還可加入少量摻入料，如低標(biāo)號(hào)水泥、水玻璃等。灌漿壓力應(yīng)慎重對(duì)待，應(yīng)使?jié){液充滿(mǎn)裂縫即可，不要引起水力劈裂，可采取保持液面在一定高度靠漿液自重壓入，也可施加低壓，但要仔細(xì)及時(shí)觀察灌漿情況，灌漿孔要采用套管固壁。  3結(jié)束語(yǔ)  3.1土石堤壩發(fā)生病害是多種因素共同作用的結(jié)果。發(fā)生病害后，應(yīng)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，首先要注意檢查滲流破壞跡象，滑坡癥兆，裂縫的發(fā)生和發(fā)展等異?，F(xiàn)象；其次用電測(cè)和同位素設(shè)備探測(cè)隱患，以及使用大壩原型觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。在安全監(jiān)控的基礎(chǔ)上，考慮選用土石壩加固方法。由于土石壩工程情況復(fù)雜，機(jī)具、材料等具體條件的多變性，以及上述土石壩加固方法很多且都有其適用范圍及局限性的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，對(duì)每一具體工程病害，都應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)分析，克服盲目性。土石壩的加固方法應(yīng)是技術(shù)上合理、又能滿(mǎn)足施工要求，可采用一種或幾種的組合加固方法。  3.2非滑坡性裂縫至于采用何種方法處理裂縫，還要對(duì)土石壩的種類(lèi)、壩體竣工時(shí)間、施工質(zhì)量、壩基情況等要有全面了解。  為了防止土石堤壩產(chǎn)生非滑坡性裂縫，首先應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)裂縫進(jìn)行控制，同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求控制施工質(zhì)量。在運(yùn)行期(尤其是運(yùn)行初期)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求與施工的實(shí)際情況進(jìn)行土石堤壩管理。