摘要:我国大坝工程中,大多数为土石坝。近年来我国大型水库发生多次工程事故。本文主要根据土石坝工程事故发生的原因,论述土石坝加固技术的方法。
关键词:土石坝 水库 加固技术
土石坝是应用最广的挡水建筑物,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,易发生土石坝及其坝基渗透等破坏,甚至垮坝失事。土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因可主要分为:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。本文就上述几类土石坝的加固技术,分别结合现今研究实例,进行了归纳和综述。
1. 我国土石坝现状
我国大坝多数修建于20世纪50～70年代,由于受当时客观条件限制,很多水库在修建时没有按基本建设程序进行审批、施工和验收。在安全方面造成许多隐患,主要表现在:
(1)防洪标准低。随着水库运行年代增加,流域内水文、气象情况发生变化,防洪标准达不到相应洪水标准。
(2)坝基渗漏。大坝运行多年后,一直未经高水位考验,在蓄水期间发生坝基渗漏和坝肩绕渗。
(3)安全系数不满足规范要求。大坝坝体碾压质量差,坝体沉降严重,上、下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求。
(4)不满足泄洪要求。溢洪道出口无泄洪槽、陡槽及消能设施,泄流时危及大坝安全。
(5)输水洞无闸门控制。由于输水洞无闸门控制,下游消能设施已全部冲毁。
(6)水库建筑物无观测设施,缺少通讯设备。加快病险水库除险加固,确保水库安全,充分发挥防洪和兴利效益,对促进经济与社会的发展,具有十分重要的意义。
2. 加固土石坝方法
土石坝工程质量问题,主要表现为渗漏、滑坡和裂缝。所以处理病险土石坝的关键是防渗,即针对防渗提出一些常用的工程措施,一般原则是“上堵下排”。上堵的措施有水平防渗与垂直防渗。水平防渗有黏土铺盖结合下排开挖导渗沟、减压井和水平盖重压渗等;垂直防渗有混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、劈裂灌浆防渗、冲抓套井回填黏土防渗及土工合成材料防渗等。
2.1完善基本数据及洪水标准
鉴于水库普遍存在基本数据不清、不全或洪水标准偏低的问题。在处理病险水库时应首先通过调查研究,核实、校验、补充、修正集雨面积、库容和水文、水力计算等有关参数,执行现行洪水标准,按我国新颁布的洪水计算方法复核洪水和调洪演算,结合坝坡稳定分析计算,确定坝顶高程、坝坡坡比和溢洪道、输水涵的有关边界尺寸。
2.2 进一步加厚坝体,加强坝坡稳定安全系数控制
对坝体单薄,坝坡稳定安全系数还不到规范要求的坝,应在进一步搞清坝体物理学参数后,通过渗流和稳定分析计算,确定坝体加固方案。坝坡加固,一般要采取坝后坡培厚加固方案。当前坡和后坡稳定系数达不到要求时,可采取前坡削坡、后坡培厚的加固措施。对仅前坡稳定系数未达要求时,可结合前坡护坡加固综合考虑采用上半坡适当削坡,下半坡适当加厚反滤料和块石的措施来解决边坡稳定。
2.3 严格控制坝基、坝体渗漏
处理坝基和坝体渗漏问题,应围绕“上截下排,以截为主,截排结合”的原则,视渗漏的部位、危害程度,因地制宜,有针对性地采取相应措施:①处理坝基渗漏,一般可采用粘土截水墙、粘土防渗铺盖、土工膜防渗等截水措施,同时可采用排水井、反滤排水体、反滤盖重、反滤排水体和盖重结合等排水措施;②处理坝体渗漏的截水措施可采用粘土斜墙、坝体充填灌浆或劈裂灌浆。对迎水坡偏陡、库水位易于放空的土石坝可采取防渗土工膜截渗。对局部洞隙或因填土上 质差、填土松散而引起渗漏的坝体,一般宜采用充填式灌浆或劈裂灌浆。土工膜防渗效果良好,施工方便, 比较经济。后者施工技术要求高,设备较复杂,后对坝体整体渗漏处理, 其防渗效果也很好。导渗措施,采用坝坡开沟导渗、坝坡培厚导渗、反滤体排渗等。对坝面散漫、牛皮涨,但未引起坝坡失稳时可采取开沟导渗措施,而对因散浸、牛皮涨等引起失稳的坝坡可采用培厚导渗措施,而对渗漏逸出点较低的坝坡脚渗,可采取反滤体排渗措施。
2.4 杜绝浇坝渗漏
可采用迎水坡坝头黏土铺盖防渗法、坝头山体与坝体间设截水墙法、坝头坝体灌浆截渗法等。在做“上堵”措施同时可在下游岸坡浇坝渗流的出口段,设置导渗排水反滤层或反滤沟,当采取坝后坡培厚加同坝体时,宜在原坝下游坝端与山体交接处设置排水反浊暗沟,以排除浇坝渗水 。
2.5 注重溢洪道的修复和处理
①土溢洪道结构应结合安全达标工作,做彻底的处理。可采取重建浆砌石或钢筋混凝土结构溢洪道的处理措施。消能结构应视地形、地质条件,采用挑流或消力池底流消能方式;②对陡坡和底板变形,应采取局部或全部翻修、重建,防渗、排水设施应结合重建做彻底的处理, 底板厚度不足可采用面浇混凝土加厚加固措施,对混凝土或浆砌石结构底板或边墙出现裂缝,可采取沿裂缝凿一条深4―6cm,宽2―6cm,下宽上窄的槽,在槽内填允水泥砂浆、沥青砂浆或用环氧砂浆修补。
3. 小结
土石坝加固工程的实施,对促进我国国民经济的发展,提高人民生活水平,保障社会稳定,以及防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥了重要作用。目前病险土石坝加固任务是很重的。只有正确认识土石坝病险,科学分析,对症下药,才能使病险土石坝除险加固工作既“快”又“好”地进行。
参考文献:
[1] 刘玉泉,刘亚凤,周春霞.土石坝除险加固的几种方法[J].黑龙江水专学报,2002,29(2):132,转135.
[2] 牛运光,试论土石坝除险加固技术[J].大坝与安全.1995年第3期:6～l 5.
[3] 高洋,低弹模混凝土防渗墙在某土石坝加固中的应用[J].浙江水利科技,2006,3(2):37～39.
[4] 张宗媛,郭祯荣,梁志坚.火甲水库主坝高压喷射灌浆防渗堵漏设计与施工[J].广西水利水电,2004,1:49～51.
[5] 张志刚,劈裂灌浆在水库主坝防渗加固工程中的应用[J].四川建材,2008年,第3期:19[4～195.
关键词:土石坝 水库 加固技术
土石坝是应用最广的挡水建筑物,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,易发生土石坝及其坝基渗透等破坏,甚至垮坝失事。土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因可主要分为:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。本文就上述几类土石坝的加固技术,分别结合现今研究实例,进行了归纳和综述。
1. 我国土石坝现状
我国大坝多数修建于20世纪50～70年代,由于受当时客观条件限制,很多水库在修建时没有按基本建设程序进行审批、施工和验收。在安全方面造成许多隐患,主要表现在:
(1)防洪标准低。随着水库运行年代增加,流域内水文、气象情况发生变化,防洪标准达不到相应洪水标准。
(2)坝基渗漏。大坝运行多年后,一直未经高水位考验,在蓄水期间发生坝基渗漏和坝肩绕渗。
(3)安全系数不满足规范要求。大坝坝体碾压质量差,坝体沉降严重,上、下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求。
(4)不满足泄洪要求。溢洪道出口无泄洪槽、陡槽及消能设施,泄流时危及大坝安全。
(5)输水洞无闸门控制。由于输水洞无闸门控制,下游消能设施已全部冲毁。
(6)水库建筑物无观测设施,缺少通讯设备。加快病险水库除险加固,确保水库安全,充分发挥防洪和兴利效益,对促进经济与社会的发展,具有十分重要的意义。
2. 加固土石坝方法
土石坝工程质量问题,主要表现为渗漏、滑坡和裂缝。所以处理病险土石坝的关键是防渗,即针对防渗提出一些常用的工程措施,一般原则是“上堵下排”。上堵的措施有水平防渗与垂直防渗。水平防渗有黏土铺盖结合下排开挖导渗沟、减压井和水平盖重压渗等;垂直防渗有混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、劈裂灌浆防渗、冲抓套井回填黏土防渗及土工合成材料防渗等。
2.1完善基本数据及洪水标准
鉴于水库普遍存在基本数据不清、不全或洪水标准偏低的问题。在处理病险水库时应首先通过调查研究,核实、校验、补充、修正集雨面积、库容和水文、水力计算等有关参数,执行现行洪水标准,按我国新颁布的洪水计算方法复核洪水和调洪演算,结合坝坡稳定分析计算,确定坝顶高程、坝坡坡比和溢洪道、输水涵的有关边界尺寸。
2.2 进一步加厚坝体,加强坝坡稳定安全系数控制
对坝体单薄,坝坡稳定安全系数还不到规范要求的坝,应在进一步搞清坝体物理学参数后,通过渗流和稳定分析计算,确定坝体加固方案。坝坡加固,一般要采取坝后坡培厚加固方案。当前坡和后坡稳定系数达不到要求时,可采取前坡削坡、后坡培厚的加固措施。对仅前坡稳定系数未达要求时,可结合前坡护坡加固综合考虑采用上半坡适当削坡,下半坡适当加厚反滤料和块石的措施来解决边坡稳定。
2.3 严格控制坝基、坝体渗漏
处理坝基和坝体渗漏问题,应围绕“上截下排,以截为主,截排结合”的原则,视渗漏的部位、危害程度,因地制宜,有针对性地采取相应措施:①处理坝基渗漏,一般可采用粘土截水墙、粘土防渗铺盖、土工膜防渗等截水措施,同时可采用排水井、反滤排水体、反滤盖重、反滤排水体和盖重结合等排水措施;②处理坝体渗漏的截水措施可采用粘土斜墙、坝体充填灌浆或劈裂灌浆。对迎水坡偏陡、库水位易于放空的土石坝可采取防渗土工膜截渗。对局部洞隙或因填土上 质差、填土松散而引起渗漏的坝体,一般宜采用充填式灌浆或劈裂灌浆。土工膜防渗效果良好,施工方便, 比较经济。后者施工技术要求高,设备较复杂,后对坝体整体渗漏处理, 其防渗效果也很好。导渗措施,采用坝坡开沟导渗、坝坡培厚导渗、反滤体排渗等。对坝面散漫、牛皮涨,但未引起坝坡失稳时可采取开沟导渗措施,而对因散浸、牛皮涨等引起失稳的坝坡可采用培厚导渗措施,而对渗漏逸出点较低的坝坡脚渗,可采取反滤体排渗措施。
2.4 杜绝浇坝渗漏
可采用迎水坡坝头黏土铺盖防渗法、坝头山体与坝体间设截水墙法、坝头坝体灌浆截渗法等。在做“上堵”措施同时可在下游岸坡浇坝渗流的出口段,设置导渗排水反滤层或反滤沟,当采取坝后坡培厚加同坝体时,宜在原坝下游坝端与山体交接处设置排水反浊暗沟,以排除浇坝渗水 。
2.5 注重溢洪道的修复和处理
①土溢洪道结构应结合安全达标工作,做彻底的处理。可采取重建浆砌石或钢筋混凝土结构溢洪道的处理措施。消能结构应视地形、地质条件,采用挑流或消力池底流消能方式;②对陡坡和底板变形,应采取局部或全部翻修、重建,防渗、排水设施应结合重建做彻底的处理, 底板厚度不足可采用面浇混凝土加厚加固措施,对混凝土或浆砌石结构底板或边墙出现裂缝,可采取沿裂缝凿一条深4―6cm,宽2―6cm,下宽上窄的槽,在槽内填允水泥砂浆、沥青砂浆或用环氧砂浆修补。
3. 小结
土石坝加固工程的实施,对促进我国国民经济的发展,提高人民生活水平,保障社会稳定,以及防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥了重要作用。目前病险土石坝加固任务是很重的。只有正确认识土石坝病险,科学分析,对症下药,才能使病险土石坝除险加固工作既“快”又“好”地进行。
参考文献:
[1] 刘玉泉,刘亚凤,周春霞.土石坝除险加固的几种方法[J].黑龙江水专学报,2002,29(2):132,转135.
[2] 牛运光,试论土石坝除险加固技术[J].大坝与安全.1995年第3期:6～l 5.
[3] 高洋,低弹模混凝土防渗墙在某土石坝加固中的应用[J].浙江水利科技,2006,3(2):37～39.
[4] 张宗媛,郭祯荣,梁志坚.火甲水库主坝高压喷射灌浆防渗堵漏设计与施工[J].广西水利水电,2004,1:49～51.
[5] 张志刚,劈裂灌浆在水库主坝防渗加固工程中的应用[J].四川建材,2008年,第3期:19[4～195.