关于水库土坝加固及施工探讨

摘要：水库的长期运行，使水库土坝存在老化、人为破坏、自然侵蚀等现象，为土坝的继续安全运行，需要对水库土坝进行加固。本文从坝顶加高、护坡加固、坝坡放缓设计、土坝坝体防渗、坝基截渗设计、排水减压沟加固等几个方面简要的介绍了水库土坝的加固施工措施。

关键词：水库土坝；加固方案；施工措施

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：

以一座防洪、灌溉为主，发电、养鱼为辅进行综合利用的中型水库为例。该

水库建于1973年9月，大坝为均质土坝，目前主坝为粘土心墙坝，最大坝高37m，坝顶高程100 m，坝顶宽3.0 m，坝长130 m；坝前粘土铺盖厚0.5~2.6m；上游坡1:3，在168 m高程处设2.0m宽马道，块石护坡；下游坡1：2.25~1：2.5，采用碎石护坡；下游坝脚采用褥垫式排水与减压沟结合，其下游设减压井。

1. 水库土坝的问题分析

土坝的安全也就是水库的安全，它关系着人民群众的生命和财产，而由于历史条件的限制，很多该土坝质量已不能满足现行规范的要求，工程运用过程中出现不少险情，虽然进行了多次加固处理，但安全隐患仍未消除，目前该水库土坝存在以下问题：

坝体填筑质量差，存在渗流安全隐患，防渗不满足要求；坝基残积土层及强风化砂岩透水严重；大坝坝顶及上下游坝坡局部塌陷，变形严重。在非常运行工况时，上游坡抗滑稳定安全系数小于规范值，抗滑稳定不满足安全要求。主坝上游块石护坡大范围脱坡致使风浪直接冲刷坝体；下游护坡局部有塌陷，排水减压沟大部分冻胀破坏，减压井全部冻拔淤堵失效，坝下游有严重渗水现象，在渗出水处冬季不结冰；下游坝脚在原河道处有明显集中渗流，且该处马道平台明显塌陷；排水沟出口处量水堰冻胀破坏失去作用；土坝观测设备失效。

2.土坝加固施工方案

土坝加固设计主要包括以下内容：坝顶加高；护坡加固；坝坡放缓设计；土坝坝体防渗、坝基截渗设计；排水减压沟加固等。

2.1坝坡放缓设计

该水库为已有工程，土坝为粘土心墙坝，粘土心墙体为多次填筑成型，其强度指标各不相同。 土坝稳定分析主要核算稳定渗流期的下游坝坡和设计水位降落至1/ 3坝高水位时的上游坝坡。上游坝坡培土放缓加固，一般采用比原坝坡材料透水性大的材料，有利于库水降落时排水，如采用块石料、石渣料、砂砾料及砂土等。但有的水库加固时不能放空，水下培厚部分无法碾压密实，一般采用抛石培厚放缓坝坡方法。下游坝坡培土放缓加固，其下部培土应采用透水性好的材料，以利降低下游坝体浸润线。

2.2坝顶加高

首先根据水文计算坝顶高，如果现状低于要求坝顶高，可以选择加高土坝或者增设防浪墙方案，为了节约成本且容易控制施工质量，我们一般选用防浪墙方案，经计算，现状坝顶高程比要求的坝顶高程低0. 64 m。故坝顶选择增设1.0m防浪墙方案，墙顶高程175.94m，主坝坝顶全长160 m。另外，由于现有坝顶宽3.0 m，每到汛期交通极为紧张，本次设计坝顶宽为6.0m，并做泥结石路面，厚40 cm。

2.3护坡设计加固土坝

土坝下游经过多年的运行，会因为冻胀、冰推、浪淘等原因，破坏护坡块石。因此，为了加固土坝，可以对护坡进行返修、维修。原土坝上游为块石护坡，下游为碎石护坡，经30年的运行，因冻胀、冰推、浪淘，加之砌筑质量不好等原因，下坝护坡块石破坏严重，形成多处冲沟，干砌石平台多处沉陷。副坝上游护坡也多处破坏。为加固土坝护坡可采用正六边形 C15砼预制块，预制块砌筑前每块混凝土砌块孔洞下设置反滤层，防止水面上下升降时，混凝土块被反向拉离基层或剥落。护坡面板沿堤线方向每 12.24 m设一伸缩缝，缝宽 20mm，用沥青砂填缝。预制块间采用砂勾缝，预制砼块顶面缝宽为 20 mm。现浇砼护坡脚排水孔采用Φ70 的 PVC管，管底部用预制砼块护坡排水孔底部垫 300 mm×300 mm土工布。护坡脚槽现浇砼沿堤线方向每 3 m 设一缝，缝宽为 20 mm，用沥青杉板填缝。坝顶高程路面 171.66 m，采用220 厚砂砾石路面。砌体中心的反渗排水孔一定要注意预留好，绝不能让砂浆堵塞，保证孔下积水（渗水）在水面下降时能顺利流出；孔下反滤层铺设不能漏设，保证每孔均能通畅排出积水（渗水），从而保证坡面泥土不流失。

2.4坝体坝基防渗设计的常见措施

2.4.1机械造槽法修建沥青混凝土防渗墙

沥青混凝土具有较好的塑性和柔性，防渗和适应变形的能力均较好，产生裂缝时，有一定自行愈合的能力。在大坝坝体范围内，采用机械造槽法修建沥青混凝土防渗墙，结合坝肩及坝基帷幕灌浆方案，形成一道防渗体系。设计防渗墙厚度参照基础防渗墙的实践经验和造孔能力，采用018m。设计选用CZ-20型冲孔钻机施工，造孔宽度为018m，用泥浆固壁防渗防塌。

2.4.2劈裂灌浆

本方案是指在坝体的填土层、冲积土层、残积土层及坝基接触面采用劈裂灌浆。劈裂灌浆防渗机理是沿土坝轴线的小主应力面，用一定的泥浆压力人为地劈开坝体，灌注泥浆，利用浆坝互压、泥浆析水固结和坝体湿陷密实等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴等隐患得到充填、挤压密实，形成竖直边浆体防渗墙。同时，由于灌浆压力在坝体内部所产生的应力再分配，也能改善坝体的应力状态，促进变形稳定。劈裂灌浆按双排孔布置，孔距为410m，孔径为110mm，排距为15m，孔深入基岩强风化层110m。钻孔灌浆采用分序钻灌，这样可以使灌入的浆液平衡均匀分布于坝体，有利于泥浆排水固结，避免坝体产生不均匀沉陷和位移。施工时，先钻灌一序孔，后在序孔中间等分插灌二序孔。坝体灌浆帷幕设计厚度为30cm。第一序孔复灌次数为10次，第二序孔复灌次数为5次。为保证灌浆效果，灌浆孔应布置在原大坝轴线上或偏上游处，同时考虑施工方便，2排灌浆孔中心线分别位于新大坝中心线偏上游160m、120m处。

2.5 坝顶道路

浆砌石防浪墙与砼路边石达到标准强度后要进行坝顶道路施工。由自卸汽车直接运料卸至现场。采用人工配合机械进行全断面满铺法，先摊铺一段进行试验，反复进行检测虚厚高度，确定施工参数。摊铺时，将粒径超过设计要求的石块捡出。人工配合推土机进行整平。用光轮压路机 （12～15 t） 由路拱低处向路拱高处慢速稳压两遍，碾压全过程高程控制，人工处理凸凹不平地方，使之符合要求。稳压随时进行洒水。若出现推移，应适当洒水、整平、压实；分段进行施工，衔接处可留一段不压，供下一段施工回转机械之用。保持湿润状态下养生，当表面过于干燥时，可洒水养生，养护期宜在 5～7 天。

2.6设计排水减压沟加固

水库土坝固化不好的一个重要原因就是排水减压沟实效。为了加固水坝，可以在原排水沟后坝下公路下游，即新坝脚下游重新做排水减压沟，挖至基础透水层做好反滤、护砌，使排水通畅。原排水沟块石拆除利用到新排水沟砌护上，在集中渗流处做好反滤填料，用无砂砼管将原排水沟渗水导入新排水沟内。然后用风化料将原排水沟填平。新设计排水沟经计算底宽5.0 m，两侧边坡1：1.5。在排水沟内做2. 5 m宽的集水沟，集水沟块石护砌厚60 cm，其下设20cm碎石垫层，碎石层下至沟底用砾石回填。

3.结束语

一个水库的土坝加固往往是采取多种方案相结合的综合防渗处理技术，从需加固程度、工程费用等方面进行综合考虑，采取合适的加固方法，做到技术上可靠、经济上合理、施工上可操作性强，使水库土坝在最短的工期，创造最佳的工程效益，根除隐患，继续发挥应有的效益。

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