水庫工程土石堤壩加固方法研究

劉紅光

(阜陽市水利建筑安裝工程公司，安徽 阜陽 236000)

土石壩是指當(dāng)?shù)氐耐亮稀⑹匣蚧旌狭?，?jīng)過拋填、碾壓等方法堆筑成的擋水壩，歷史悠久，從上個世紀(jì)50年代得到迅猛地發(fā)展，在很大程度上促進了高壩的建設(shè)。與此同時，土石壩也出現(xiàn)了一些病險，潛在著滲漏的危害，因此，相關(guān)的部門要找到土石壩具體的病險，針對相應(yīng)的病險提出有計劃、有步驟的全方位、多角度、多層次的設(shè)計方案，制定行之有效的加固措施，不斷穩(wěn)定水壩建設(shè)，促進國民經(jīng)濟的持續(xù)、健康發(fā)展。

1 滲透破壞加固方法

滲透破壞加固方法的原理是在上游不使或少使來水滲入壩體或壩基，并使?jié)B水在下游通暢排出，但不帶走壩體或壩基上的土粒和不改變壩體或壩基的變形和強度。即上游防滲下游排水減壓和導(dǎo)滲。防滲排滲方法常用于解決土石壩壩體和壩基的滲流問題，使下游不發(fā)生散滲、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼澤化、塌坑渾水等滲透變形現(xiàn)象;上游不發(fā)生漩渦、翻泡、塌坑等滲漏入口，從而加強土石壩及其壩基的抗?jié)B能力。

防滲加固方法。在上、中游設(shè)置切斷透水壩基的垂直防滲措施有:土質(zhì)截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、粘土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿防滲墻，混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等。其中混凝土防滲墻在土石壩壩基、混凝土閘壩基礎(chǔ)、土圍堰堰體與堰基以及病險土石壩的防滲加固方面應(yīng)用最廣。下面介紹幾種主要措施的適用范圍。

(1)明挖回填粘性土截水墻:適用于深度在15m以內(nèi)的透水壩基。

(2)混凝土防滲墻(機械造槽法):適用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土層。

(3)混凝土防滲墻(倒掛井法):適用于砂礫層墻深約50m。

(4)混凝土防滲墻(射水造槽法):適用于均質(zhì)砂層或土層。墻深在20m以下。

(5)防滲板墻(高壓噴射灌漿法):適用于軟弱土層，墻深在20m以下。

(6)粘土防滲墻(套孔沖抓法):適用于砂卵石層，墻深25m以下。

(7)粘土防滲墻(套孔沖抓法):適用于粘性土層，墻深20m以下。

(8)灌漿帷幕:適用于砂礫石、卵石、砂層，最深達250m。

1.1 排滲加固方法

防滲加固方法采取后，仍需采用貼坡排水、棱體排水、褥墊排水及其組合，壩體內(nèi)豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設(shè)備，排除上游滲水，降低浸潤線及下游壩基上的水頭。上述措施的適用范圍如下。

(1)貼坡排水:可防止壩面滲流破壞，不能降低浸潤線

(2)棱體排水、褥墊排水:可有效降低壩體內(nèi)浸潤線，減小其孔隙水壓力，褥墊排水又有助于壩基排水。

(3)排水溝、減壓井反濾透水蓋重或兩者相結(jié)合:適用于壩基表層有一層相對不透水層以及有一定滲流量的情況，當(dāng)?shù)鼗砻嫦鄬Σ煌杆畬硬惶瘢湎聻樯暗[石層時可采用排水溝;當(dāng)不透水層較厚時，可將深層承壓水導(dǎo)出地面，設(shè)排水減壓井，然后從排水溝排出;當(dāng)下游壩腳存在的剩余水頭不大時，可采用鋪填透水蓋重的辦法，若下游壩腳剩余水頭很大可采用減壓井和蓋重相結(jié)合的辦法。

2 非滑坡性裂縫加固方法

通常情況下，如果土石壩體發(fā)生較大的不均勻變形，特別是局部較大的不均勻變形，就應(yīng)考慮壩體是否已經(jīng)發(fā)生了裂縫，防滲體后的浸潤線突然上升，常是防滲體發(fā)生貫穿裂縫的征兆;壩體滲流量突然增加，特別是出現(xiàn)渾水，極有可能是防滲體發(fā)生較大裂縫或孔洞的結(jié)果。因此，在水源運行管理中，應(yīng)對上述情形多作觀察，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就應(yīng)及時處理。

2.1 非滑坡性裂縫簡要分析

2.1.1 干縮和凍融裂縫

從工程角度來看，干縮裂縫除了要防止雨水滲入順縫而發(fā)生沖蝕外，一般來說，對土石壩危害不大。凍融裂縫深度限于凍土層的范圍內(nèi)，在凍土融化后一般能自行閉合，該縫一般也不致威脅壩的安全，應(yīng)多注意發(fā)生在下游坡腳處凍害。

2.1.2 壩體變形引起的裂縫

這類裂縫主要由壩體不均勻沉降變形所引起的。不均勻變形裂縫一般規(guī)模較大，深入壩體，是破壞壩體完整性的主要裂縫。但是，如裂縫僅發(fā)生在壩的非粘性土的壩主體中，則對壩的正常運行尚無多大妨礙且隨著時間的推移，裂縫會自行彌合。在防滲體中發(fā)生的剪切縫，由于縫面兩側(cè)土的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，疏松可加劇局部滲透，但由于縫面一般仍作用有壓應(yīng)力，并不張開，因此對壩的危害也不太大。而在防滲體中發(fā)生的拉伸縫，特別是貫穿性的拉伸縫，則由于裂縫張開，形成集中滲漏通道對壩的安全威脅較大，一般分縱向裂縫、橫向裂縫、水平裂縫。

2.1.3 水力劈裂縫

如果因為沉降的不均勻?qū)е碌目p隙，水的通過會加劇裂縫擴張，并形成有滲透能力的關(guān)鍵位置。就算變形不會導(dǎo)致裂紋而知識將某一平面上的壓力減小而無法平衡庫水壓力是會連帶出現(xiàn)其他的細小的裂縫的，因為水平方向的開裂，會形成更大的裂縫。水力劈裂縫多發(fā)生于水庫初次蓄水時，除粘土心墻外，在粘土斜墻、粘土鋪蓋或均質(zhì)壩中都可能發(fā)生水力劈裂縫，有時向粘土防滲體內(nèi)鉆孔灌漿，在灌漿壓力下也可能出現(xiàn)水力劈裂縫。

2.2 非滑坡性裂縫的加固方法

土石壩一旦發(fā)生裂縫，應(yīng)在及時查明其性狀的基礎(chǔ)上，采取有針對性的措施適時進行補救處理。對于均質(zhì)壩或多種材料壩的防滲體中的深度較大的裂縫，特別是貫穿裂縫，則要慎重。如處于非汛期，而裂縫的發(fā)展尚未穩(wěn)定，近期內(nèi)沒有重要險情、時同允許的話，要等裂縫發(fā)展穩(wěn)定后再作徹底處理。

2.2.1 翻松夯實

一般表面干縮裂縫，可用砂土填塞，將表面縫口土料翻松并濕潤，然后夯實、密實、封堵縫口，凍融性裂縫的處理方法與此相同，防凍保護層十分關(guān)鍵，不可遺漏。

2.2.2 開挖回填

開挖回填是比較徹底可靠的方法，具體方法是沿縫灌入少量石灰水，以便沿縫下挖，開挖深度應(yīng)大于0.3米，寬度以能夠作業(yè)為準(zhǔn)，邊坡必須保護穩(wěn)定，可挖成梯形斷面，挖槽較深時，邊坡可設(shè)臺階。但回填時應(yīng)將臺階挖除，使回填土可整體性沉降，不產(chǎn)生暗縫，開挖完成后用原壩體土料分層夯實回填。

2.2.3 灌漿處理

壩體灌漿分充填灌漿和劈裂灌漿兩種，本文討論的是充填灌漿。填充灌漿的方法適合在大壩某些位置的裂縫尺寸大而影響強的狀況，而對裂縫了解透徹的局部性裂縫，選擇挖開再填回改變當(dāng)前情況，這需要工作量的支持并給蓄水造成困難。為安全考慮，可采用灌漿處理，或裂縫上部開挖回填，下部較深的細小裂縫進行填灌漿處理。灌漿的材料及漿液的濃度要滿足可灌性、(充填滿縫隙)固結(jié)后收縮小。一般多采用塑性指數(shù)在10左右的粉質(zhì)壤土或黃土作為灌漿材料。為加速凝結(jié)或增加可灌性，減小體積收縮，還可加入少量摻入料，如低標(biāo)號水泥、水玻璃等。灌漿壓力應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制，以蓋滿裂縫為標(biāo)準(zhǔn)，過強的壓力反倒破壞結(jié)構(gòu)，注意控制高度和漿液重力的關(guān)系，稍微施加壓力，但是要時刻注意灌漿進展，并以套管進行保護。

3 結(jié)束語

近年來，我國的水庫建設(shè)的速度非?？?，對堤壩的要求越來越嚴(yán)格。作為我國歷史較為悠久的土石壩，它在我國水庫建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，但是由于內(nèi)部原因和外部原因的影響，它的壩頂、防滲體和壩基受到了一定的破壞，或者是隨著防洪、泄洪、抗震標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳統(tǒng)的土石壩規(guī)格已經(jīng)不符合現(xiàn)代要求，對土石壩進行必要的加固刻不容緩，它既保證了壩體的穩(wěn)定又保證了水庫的正常運行，穩(wěn)定了人們的生活，促使國民經(jīng)濟持續(xù)健康地發(fā)展。