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土石堤坝加固的分析探讨
浏览: 发布日期:2017-02-17
        土石堤坝是应用最广的挡水护坡建筑物,填筑在不同的坝基上。土石坝在挡水后上下游水头差作用下引起水流渗过坝体、坝基以及两岸岸坡,使土石坝及其坝基发生渗透破坏,甚至垮坝失事。因此为保证土石坝的安全及水库的正常运行,必须进行长期和全面地观测,发现隐患,及时采取必要、准确的加固技术。 
 
        土石堤坝加固方法的分类:土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因、原理、目的、性质等进行分类,其中按加固的原因进行分类,主要有:渗透破坏、裂缝(包括非滑坡性裂缝)、滑坡、地震震害与液化等加固方法。下面重点就土石堤渗透破坏、裂缝(包括非滑坡性裂缝)加固方法进行分析探讨。 


        1 渗透破坏加固方法 

        渗透破坏加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基,并使渗水在下游通畅排出,但不带走坝体或坝基上的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。即上游防渗下游排水减压和导渗。防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题,使下游不发生散渗、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑浑水等渗透变形现象;上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口,从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。 

         防渗加固方法。在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施有:土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆 
防渗墙,混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。其中混凝土防渗墙在土石坝坝基、混凝土闸坝基础、土围堰堰体与堰基以及病险土石坝的防渗加固方面应用最广。下面介绍几种 

        主要措施的适用范围。 

       (1)明挖回填粘性土截水墙:适用于深度在15 m以内的透水坝基。 

       (2)混凝土防渗墙(机械造槽法):适用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土层。 

       (3)混凝土防渗墙(倒挂井法):适用于砂砾层墙深约50m 。 

      (4)混凝土防渗墙(射水造槽法):适用于均质砂层或土层。墙深在2om 以下。 

      (5)防渗板墙(高压喷射灌浆法):适用于软弱土层,墙深在20 m 以下。 

      (6)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于砂卵石层,墙深25m 以下。 

      (7)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于粘性土层,墙深20m 以下。 

      (8)灌浆帷幕:适用于砂砾石、卵石、砂层,最深达250 m。1.1.2 排渗加固方法。防渗加固方法采取后,仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合,坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备,排除上游渗水,降低浸润线及下游坝基上的水头。上述措施的适用范围如下。 

      (1)贴坡排水:可防止坝面渗流破坏,不能降低浸润线 

     (2)棱体排水、褥垫排水:可有效降低坝体内浸润线,减小其孔隙水压力,褥垫排水又有助于坝基排水。 

     (3)排水沟、减压井反滤透水盖重或两者相结合:适用于坝基表层有一层相对不透水层以及有一定渗流量的情况,当地基表面相对不透水层不太厚,其下为砂砾石层时可采用排水沟;当不透
   
      水层较厚时,可将深层承压水导出地面,设排水减压井,然后从排水沟排出;当下游坝脚存在的剩余水头不大时,可采用铺填透水盖重的办法,若下游坝脚剩余水头很大可采用减压井和盖重相结合的办法。 

       2 非滑坡性裂缝加固方法 

     通常情况下,如果土石坝体发生较大的不均匀变形,特别是局部较大的不均匀变形,就应考虑坝体是否已经发生了裂缝,防渗体后的浸润线突然上升,常是防渗体发生贯穿裂缝的征兆;坝体渗流量突然增加,特别是出现浑水,极有可能是防渗体发生较大裂缝或孔洞的结果。因此,在水源运行管理中,应对上述情形多作观察,一经发现就应及时处理。 

       2.1 非滑坡性裂缝简要分析 

        2.1.1干缩和冻融裂缝:从工程角度来看,干缩裂缝除了要防止雨水渗入顺缝而发生冲蚀外,一般来说,对土石坝危害不大。冻融裂缝深度限于冻土层的范围内,在冻土融化后一般能自行闭合,该缝一般也不致威胁坝的安全,应多注意发生在下游坡脚处冻害。. 

       2.1.2 坝体变形引起的裂缝:这类裂缝主要由坝体不均匀沉降变形所引起的。不均匀变形裂缝一般规模较大,深入坝体,是破坏坝体完整性的主要裂缝。但是,如裂缝仅发生在坝的非粘性土的坝主体中,则对坝的正常运行尚无多大妨碍且随着时间的推移,裂缝会自行弥合。在防渗体中发生的剪切缝,由于缝面两侧土的结构发生破坏,疏松可加剧局部渗透,但由于缝面一般仍作用有压应力,并不张开,因此对坝的危害也不太大。而在防渗体中发生的拉伸缝,特别是贯穿性的拉伸缝,则由于裂缝张开,形成集中渗漏通道 对坝的安全威胁较大,一般分纵向裂缝、横向裂缝、水平裂缝。 

       2.1.3 水力劈裂缝:当坝体由于不均匀沉降变形而发生裂缝,库水进入裂缝后将增大其开度,并可能发展形成较大的渗漏通道。即使不均匀变形的结果未产生裂缝,只引起某个面上压应力降低而小于库水压力也可能出现新的微裂缝,由水平劈裂而形成较大的裂缝。水力劈裂缝多发生于水库初次蓄水时,除粘土心墙外,在粘土斜墙、粘土铺盖或均质坝中都可能发生水力劈裂缝,有时向粘土防渗体内钻孔灌浆,在灌浆压力下也可能出现水力劈裂缝。 

       2.2非滑坡性裂缝的加固方法 

       土石坝一旦发生裂缝,应在及时查明其性状的基础上,采取有针对性的措施适时进行补救处理。对于均质坝或多种材料坝的防渗体中的深度较大的裂缝,特别是贯穿裂缝,则要慎重。如处于非汛期,而裂缝的发展尚未稳定,近期内没有重要险情、时同允许的话,要等裂缝发展稳定后再作彻底处理。 

       2.2.1 翻松夯实 

       一般表面干缩裂缝,可用砂土填塞,将表面缝口土料翻松并湿润,然后夯实、密实、封堵缝口,对冻融裂缝也应按此方法处理,未加防冻保护层的必须设保护层。 

       2.2.2开挖回填 

       开挖回填是比较彻底可靠的方法,具体方法是沿缝灌入少量石灰水,以便沿缝下挖,开挖深度应大于0.3米,宽度以能够作业为准,边坡必须保护稳定,可挖成梯形断面,挖槽较深时,边坡可设台阶。但回填时应将台阶挖除,使回填土可整体性沉降,不产生暗缝,开挖完成后用原坝体土料分层夯实回填。 

       2.2.3 灌浆处理 

       坝体灌浆分充填灌浆和劈裂灌浆两种,本文讨论的是充填灌浆。 

       充填灌浆适用于当坝体裂缝部位较深或范围较广,对裂缝的性质和范围都要确定的局部隐患,采用开挖回填,不但工程量很大,还可能影响蓄水。为安全考虑,可采用灌浆处理,或裂缝上部开挖回填,下部较深的细小裂缝进行填灌浆处理。灌浆的材料及浆液的浓度要满足可灌性、(充填满缝隙)固结后收缩小。一般多采用塑性指数在10左右的粉质壤土或黄土作为灌浆材料。为加速凝结或增加可灌性,减小体积收缩,还可加入少量掺入料,如低标号水泥、水玻璃等。灌浆压力应慎重对待,应使浆液充满裂缝即可,不要引起水力劈裂,可采取保持液面在一定高度靠浆液自重压入,也可施加低压,但要仔细及时观察灌浆情况,灌浆孔要采用套管固壁。 

       3结束语 

       3.1土石堤坝发生病害是多种因素共同作用的结果。发生病害后,应进行安全监测,首先要注意检查渗流破坏迹象,滑坡症兆,裂缝的发生和发展等异常现象;其次用电测和同位素设备探测隐患,以及使用大坝原型观测设备进行监控。在安全监控的基础上,考虑选用土石坝加固方法。由于土石坝工程情况复杂,机具、材料等具体条件的多变性,以及上述土石坝加固方法很多且都有其适用范围及局限性的优缺点,因此,对每一具体工程病害,都应进行仔细分析,克服盲目性。土石坝的加固方法应是技术上合理、又能满足施工要求,可采用一种或几种的组合加固方法。 

         3.2非滑坡性裂缝至于采用何种方法处理裂缝,还要对土石坝的种类、坝体竣工时间、施工质量、坝基情况等要有全面了解。 

       为了防止土石堤坝产生非滑坡性裂缝,首先应在设计时要对裂缝进行控制,同时严格按照设计和规范要求控制施工质量。在运行期(尤其是运行初期),应按照设计要求与施工的实际情况进行土石堤坝管理。

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