土石坝设计中接合部位的处理措施分析

【摘 要】在国内外大坝建设中，土坝作为一个传统类型的大坝，得到了广泛的应用，其有材料来源广，结构简单，技术成熟等优点。在土石坝设计中，国内外已经积累了较为丰富的工艺和技术经验，但是在接合部位的处理方面仍然存在一定的弊端，土石坝与坝基、岸坡及混凝土建筑物的接触面是一个薄弱环节,必须做好妥善处理,使接触面不致因岸坡形状或坡度不当而导至引起坝体裂缝的不均匀沉降,不致产生冲刷坝体或坝基的渗透水流,不致形成影响坝体稳定的软弱层面。所以，必须引起工程设计人员的高度重视。

【关键词】土石坝；设计；接合部位；处理方法

中图分类号：TV641.1 文献标识码：A 文章编号：

0前言：

以我国为例，国内现有大坝近9 万座，其中土石坝占据90%以上。由此可见，土石坝在现代水利、水电工程建设中的重要性。在对国内外相关土石坝破坏资料的统计与分析中，发现接合部位处理方法不当是造成土石坝使用寿命缩短的主要因素，而且因此造成的事故数量也在不断增加。因此，在土石坝设计环节，必须加强对于接合部位处理方法的研究。

对于小型工程拦河坝多以不透水材料的均匀坝为主进行设计;大中型拦河坝以分区坝为主进行设计,坝壳料用砂砾石及石料,心墙用黏性土料;当砂砾料及石料等透水材料丰富而不透水材料难以得到的情况下,一般以人工防渗材料坝为主进行设计。

1.土石坝的形成与发展

在国内坝工程建设不断发展的背景下，土石坝逐步形成与发展。由单独的土坝、石坝经过演变，并且在综合两种坝型技术优势的基础上，形成了整体性能更为优越的土石坝。从专业技术的角度进行分析，土坝具有的坝料具有土质软、渗透性小、颗粒细、断面需求大等特点；而石坝的坝料则具有强度高、透水性强、颗粒粗、断面需求小等特点，将两种坝料进行混合，不但有效发挥了各种的优势，而且形成一种更为牢固、实用的坝型，即土石坝。一般情况下，土石坝中土料与石料的比例是不固定的，应根据工程的实际需求进行坝料的调配。

2.土石坝与坝基的接合

在斜墙、黏土心墙等设有防渗结构的土石坝中，当需要进行坝基与坝体防渗结构的接合处理时，只要彻底清除坝基表层的杂物和腐殖土即可，根据需要决定是否修建混凝土齿墙。在进行黏性土坝体与坝基的接合部位处理时，则需要按照要求在坝基底部沿着坝轴线开挖几道浅沟，同时回填相应的坝体填料。浅沟、齿墙的尺寸设计时，应结合土石坝与坝基接合面的实际渗流速度来确定，当渗流面的直径扩大时，可以采取增加坝底总宽度的处理方法，其基本原则是减少渗流对于土石坝与坝基接合面的冲击。对均质的土石坝而言，如果坝体土坝基之间距离过近，可以在进行坝基清理后，直接进行填土处理。而当坝基的土质不同时，则需要在土石坝与坝基的接合面设置相应数量的槽，然后进行填土处理。如果土石坝的坝体与岩基完全连接时，则要将岩石的表面彻底清洗干净，并且经过仔细的检查后，使用水泥浆、素混凝土、水泥砂浆等进行表面缺陷的处理，当岩石表面的缝隙完全填实后，方可进行土料的填筑，以保证接合面的稳定性。另外，在土石坝与坝基接合部位的处理中，要注意各种工艺和技术的合理选用，特别是对于不同构造形式的坝基，一定要合理区分其接合面的实际情况，从而进行有效的处理。

3、土石坝与岸坡的接合

土石坝与岸坡的接合面是工程中的较软弱的环节,应妥加处理,避免沿接面面发生集中渗流、土坝裂缝等现象。在土石坝的设计中，应尽量避免岸坡出现垂直的台阶面，而是要将其设置为倾斜面、倾斜折面等形式，这样就有效减小了结合面的坡度。通常情况下，土石坝与岸坡接合面的坡度应小于1：0.75，在特殊情况下也要严格控制在1：0.5。由于岸坡上部坝体的填土压力相对较小，极易发生裂缝现象，所以，尽量减小接合面的坡度是极为重要的。

在进行岸坡岩石的表面处理时，设计方案中应明确标注涂抹的材料。如果设计方案中选取涂抹材料在实际应用中效果不理想，则应在施工中及时进行更换，以防止完工后出现各种质量问题。在设计斜墙、黏土心墙等土石坝构造与岸坡的接合时，应根据需要适当加宽斜墙、黏土心墙的截面，同时在岸坡处修建牢固的混凝土齿墙，以保证接合部位的安全性与可靠性，并且减小水力的坡降，增加渗径的长度。

对于较陡的岸坡,应先在岩石面上涂刷黏土或水泥浆,以期回填黏土时能更紧密地接合。必要时,可用素混凝土将岸坡陡岩镶填成较缓的斜坡,然后在混凝土上部填筑土料。黏土心墙或斜墙与岸坡接合时,通常应将心墙或斜墙截面加宽,并在岸坡上修建混凝土齿墙,以加强连接处的可靠性,增加渗径长度,减小水力坡降。

4.土石坝与混凝土建筑物的接合

4.1土石坝与混凝土建筑物的接合

土石坝与溢洪道、涵管等混凝土建筑物的连接,防止接触面的集中渗流,必须防止因不均匀沉降而产生的裂缝,以及回水流对上下游坝坡及坝脚的冲刷而造成的危害。故土石坝与混凝土建筑物的接合部位是设计及施工中的关键环节,如处理不当,对枢纽工程运行会带来极大的隐患。

土石坝与混凝土溢流建筑物的侧墙相连接,可以是上下游做成回墙形式,回墙插入土坝中;也可以是上游部分做成回墙式,下游部分做成逐渐降低的反翼墙式;也可以做成逐渐向上下游降低的反翼墙形式。由于土与混凝土接触部位的空隙一般比土体内部的孔隙大,且土与侧墙面贴得不紧,故容易沿些接触面发生集中渗流。为防止集中渗流,通常在侧墙背面设置一至数道刺墙,刺墙垂直于侧墙,向坝体内延伸,刺墙厚度可以很小,顶部厚度在0. 5m左右,向下逐渐增大。侧墙后的填土应仔细压实,侧墙背面的坡度不得陡于10：1,以便得到更紧密的接合。塑性心墙和斜墙相接时往往都要加大断面,即使是均质土坝,其与侧墙相接处的断面也往往是加宽的。刚性心墙与侧墙的接合处应有不透水的伸缩缝,一般采用铰缝相连接,目的是为了减少刺墙中的应力。

插入式连接较侧墙式连接可靠,因此高坝常采用这种连接方式,其做法便是将混凝土坝插入土石坝中。这种连接方式简单,裹头段可以直接护砌,因减少了上下游段的翼墙长度。实践中,具有这种接合方式的土坝坝高达120m以上。插入部分的混凝土坝不应建筑在土石坝坝体填方上,基础应直接与岩基相接。混凝土坝设计中要考虑土石坝上下游侧的土压力对混凝土坝的影响,在满足稳定要求的状况下,尽量减小插入部分混凝土坝的断面尺寸,节省混凝土的方量,降低工程造价。

4.2土石坝与混凝土建筑物接合部位的处理方法

（1）在土石坝内砼洞、砼管等与溢洪道砼边墙的接合部位，取消截水环、刺墙的设置；

（2）将土石坝黏土心墙与砼结构接合部位的侧面坡度调整为8：1～10：1 之间，从而保证了碾压机械可以沿着砼壁面的方向行驶，提高土料的压实效果；

（3）土石坝的输水洞或输水管的四周，以及与溢洪道边墙接合部位的下游段必须严格按照规范的工艺和技术要求做好反滤料，以保证接合部位的防渗效果达到理想化；

（4） 在土石坝与砼建筑物接合部位的设计中，应注重下游侧反滤料的具体设计，并且明确规定施工中的工艺和技术标准，以确保实际防渗效果。同时，根据施工环境的不同，设计人员应通过实地勘探确定土石坝与各结构接合面之间的实际强度，从而在设计方案有针对性的进行处理，从而才能保证土石坝施工作业的顺利进行，并且提高土石坝与坝上建筑的安全性、稳定性。

5、总结：

在土石坝的设计工作中，设计人员必须采取有效的处理方法，合理进行土石坝与岸坡、坝基、砼建筑物接合部位的处理。土石坝工程施工对坝体填筑材料的选择以及坝体压实干容重有严格的要求,否则会直接影响到坝体的质量和安全。同时坝体与地基、岸坡及其它建筑物的接合及坝身纵横缝的处理等在施工中也是一个十分重要的问题,在土石坝施工中系隐蔽工程,其施工质量的好坏直接影响坝体的安全。土石坝与地基和岸坡必须接合紧密,否则容易形成集中渗流,造成渗透破坏;当岸坡高度变化较大以及在坝体与其它建筑物连接处,由于不均匀沉陷也容易使土石坝出现裂缝等。一旦发生事故,补救也比较复杂困难。因此施工过程中必须认真处理,使每一个环节都符合设计要求。

参考文献:

[1] 顾淦臣,孙明致,等.土坝设计[M]1北京:中国水利电力出版社, 1978

[2]林继镛.水工建筑物[M]1北京:中国水利电力出版社, 2006

[3]顾淦臣．土石坝的现状水平和我国土石坝的前景[M]．南京：河海大学出版社，1984

[4]蒋国澄．土石坝在我国进展情况[A]．土石坝工程论文集[C]．中国水利水电科学研究院．1996