水库土坝加固措施研究
时间：2022-06-21 09:09:02
【摘要】由于土坝的突出优点，我国已建成了众多的土坝，但经过长期的运行，这些土坝都发生了不同程度的老化，有的已直接影响到正常运行，所以需要对其进行可靠的检测，对坝体坝基存在的问题...
摘要：土坝是我国水利工程中应用最为广泛的建筑物之一，它具有造价低、结构简单，对自然条件适应性强，施工管理简单等优点。在我国许多中小型土坝建于五六十年代，在当时对经济技术条件匮乏的情况下所建的土坝，多数存在着不同程度质量问题和年久失修。本文对土坝中突出的，老化病害，通过现场调研，对土坝的病害机理及防治措施进行了探讨、研究，针对现有的土坝病害防治措施等方面的现状，根据有关规范规程要求，当前存在的问题，归纳出不同条件下土坝的病害机理及除险加固防治措施。本文结合石岭头水库所存在的问题，提出一些相应的有效加固措施并进行研究。
中图分类号：TV697文献标识码：A 文章编号：
一、病险水库大坝现状
土坝以其就地取料、适应性强、施工灵活、结构简单等优点而在今世界中得到广泛的应用。因其主要由坝址附近的土料填筑而成，故又称“当地材料坝”。
由于土坝的突出优点，我国已建成了众多的土坝，但经过长期的运行，这些土坝都发生了不同程度的老化，有的已直接影响到正常运行，所以需要对其进行可靠的检测，对坝体坝基存在的问题进行评价，从而有针对性地提出加固处理措施，以下分别从坝体渗漏、溢洪道偏小、土坝裂缝、迎水坡冲刷等方面归纳病险库大坝研究。
(一)坝体渗漏
(1) 坝体渗漏主要原因一是筑坝土料差，如含有杂质，透水性大等，施工时碾压不密实；二是坝身单簿导致渗径过短；三是坝下排水体堵塞失效或根本未设排水体；四是坝下原封堵漏洞漏水；五是白蚁在坝体内筑巢产生危害。
(2) 坝基渗漏主要原因①清基不彻底或根本未清基，水库建成后，不久便漏水。②设计中未考虑截水槽，或者截水槽尺寸不符合要求，截水槽在运用中被击穿。(3) 绕坝渗漏主要原因①两岸岩体破碎，节理发育、透水性大。②建筑时，岸坡未设截水槽，或截水槽深度不够，碾压不密实，施工中岸坡开挖不符合要求，与岸坡结合不好。③多数放水设施设于坝体内部，没设有压涵管，设砖砌涵或石板涵，内坡截流未做好。
（二）土坝裂缝
土坝裂缝是较为常见的现象，有的裂缝在坝体表面就可以看到，有的隐藏在坝体内部，要开挖检查才能发现。裂缝宽度，最窄不到1mm，宽的可达500mm；裂缝的长度不等，短的不到1m，长的达数百米；裂缝的深度，有的不到1m，有的深达坝基；裂缝的走向有平行坝轴线的纵缝，有的垂直坝轴线的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。无论什么性质的裂缝对土坝的正常使用都有不利影响，其中危害最大的是贯穿坝体的横向裂缝、水平裂缝以及滑坡裂缝，它们直接影响坝体的稳定性。其中横向裂缝易发展为穿过坝身的渗流通道，若不及时修复，可使土坝在很短的时间破坏。如果裂缝发生在防渗体内部，也将使防渗体断裂为渗流通道而失去防渗作用。坝基裂缝主要是由于地基内存在局部大孔隙土壤，在清基时未严格处理，蓄水后形成局部下陷产生裂缝，使得坝体底部漏水。
土坝裂缝是引起土坝破坏的主要因素之一。因此在进行大坝老化评价时，应对裂缝的范围、位置、长度、宽度、深度、数量等进行详细测定，以便综合确定其影响。
二、土坝的病害及处理技术
（一）土坝病害
所谓病害，是指由于勘测设计不周、施工质量不良和管理运行不当等内因，以及水压力、地震、战争等外因，使坝及枢纽建筑物发生缺陷病害以致存在潜在的危险。土坝病害中，坝体裂缝、坝体坝基漏水、上游坡冲刷破坏等占的比重较大。
形成坝体裂缝和渗漏的原因是多方面的，由于土坝为散粒体组成的挡水建筑物，防渗体用粘土心墙或斜墙等，而基面的地形不规则、地质不均匀、碾压质量等因素，使断面间的沉陷（包括固体沉陷）不同，引起水平向（包括垂直河向与顺河向）的拉应力，从而引起接近垂直坝轴线方向和平行坝轴线方向的裂缝或面板止水的开裂。其中以接近垂直坝轴线方向的裂缝危害较大，它使防渗体产生裂缝，引起渗透破坏。土坝在施工期和蓄水期的变形往往占总变形的60%－70%，也就是说有30%到40%的后期影响，由土坝原型观测资料分析表明：后期变形对土坝防渗体的强度、稳定和裂缝有显著影响。此外生物的影响，主要包括老鼠等动物和树木等植物造成的土体洞穴，也是引起渗透破坏的因素之一。还有坝体受波浪的冲击导致上游护坡冲刷和淘蚀而损坏等。
（二）土坝防渗加固技术
(1) 粘土防渗斜墙技术
设计在大坝迎水坡清表并回填砂壤土，回填边坡为1：1.5，然后填筑粘土斜墙，外边坡为1：2，墙顶宽度2m。斜墙坎沟深入弱风化基岩。设计采用1m3挖掘机挖除大坝表面坝体土，挖到弱风化基岩，用人工清理干净回填新粘土，夯实，形成防渗斜墙。防渗墙体材料主要为粘土，渗透系数小于1×10-5cm/s，压实度大于93%。
(2) 粘土套井技术
套井冲抓回填防渗墙的原理是：利用充抓机，在坝渗漏的范围内原防渗体中冲孔，然后用粘土分层回填（层厚25～30厘米），由钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，形成一道连续垂直的截水墙，截断坝身或坝基的渗流，消灭水头，达到防渗之目的。它具有防渗效果好，对原坝体有增实作用，施工简单，工效高，投资少，能直观隐患等优点。我认为：①套井充抓回抓防渗处理土坝坝体及坝基渗漏效果显著，应予以肯定，尤其适合于处理坝高均在20米以下的均质土坝及心墙坝的坝体渗漏，而对于坝高20米以上的土坝渗漏，因施工难度大，处理效果难以保证，应谨慎使用。②在确定处理方案时，要做到细致的分析研究与论证工作，要多方面调查了解工程的存在隐患，当地粘土场储存量情况，要充分考虑施工中可能出现的问题，有必要可先打1—3个试验井，以检查原坝体各方面的情况，以利工程的施工，如发现坝体非常不密实，塌壁现象异常严重时，则要慎重对待，考虑改用其它处理措施。③冲抓施工前，库水位应尽早降低，一旦方案确定并审批立项，在灌溉期过后，立即排放库水，腾空库容，以利坝内水分的充分析出，防止或减少施工中可能出现的塌壁现象，减少施工难度，以保证回填质量，达到预期处理的目的。④对于施工中很有可能出现塌孔，我们可采取奇偶孔相间造孔，二次冲抓回填的方法，是有效果的，只不过是增加了工程量，将增大投资。⑤对由于白蚁而造成的土坝渗漏的可采取冲抓回填毒土防渗墙的，在原坝体中形成一道连续的毒土防渗墙，起到阻断横穿坝体的白蚁通道及防渗之双重目的。
(3) 劈裂帷幕灌浆技术
20世纪70年代后期，人们总结了填充灌浆的经验教训，分析了坝体裂缝成因和灌注泥浆劈裂坝体的规律，提出了土坝坝体劈裂灌浆理论。劈裂灌浆是从产生坝体隐患的原因入手，根据土坝的几何形状和应力分布规律，利用坝体小主应力的分布规律进行布孔，施加一定的灌浆压力，有计划有控制地使坝体为沿轴线方向劈裂，同时灌注适宜的泥浆，形成铅直连续的防渗帷幕，堵塞与劈裂缝连通的洞穴、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力：同时，通过浆坝互压和湿陷使坝体内部得到调整，提高坝体变形稳定性。
劈裂灌浆主要工序有钻孔、制浆、灌浆。劈裂灌浆一般采用孔底注浆全孔灌注法。孔底注浆全孔灌注法是劈裂灌浆提高质量和保证坝体安全的重要技术措施。注浆机以一定的压力将浆液压入注浆管，浆液从管底流出，顺注浆管壁外侧向上流动。
劈裂灌浆技术主要适合于处理压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝及结构性较强的粉细砂及土砂层透水地基。应用劈裂灌浆技术时，应根据工程的具体情况，采取相应的灌浆工艺和措施，以取得良好效果。
三、结束语
综上所述，哪种技术都有它的适用范围和局限性。优化土坝防渗加固设计研究的重点在于明确病因机理，选择适用的防渗技术、工艺和防渗材料，以最大限度地发挥选用技术的优秀，工艺和防渗材料，同时加强试验研究和方法有效控制其易出现的问题。
土坝的破坏形式有：渗透破坏、背水坡脚漏水、地震震害、泄水建筑物的冲刷气蚀等，造成这些破坏的因素也多种多样，因此土坝的除险加固应多种措施并用，方能达到加固的目的。因此在对土坝进行除险加固，应采用：上游设斜墙、坝体设套井、下游设排水陵体和反滤层等综合治理措施，“上堵下排”才能达到大坝防渗目的。单一的一种治理措施很难达到预期的目的。在实际工程中必须进行各种方案的经济、技术、工期、环保等综合比较。
