堤壩地基及壩體處理方法和加固措施

黃仕明

（梅州市威華水利水電建設(shè)工程有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水利工程在地方經(jīng)濟(jì)的地位越來越突出，各地水庫的建設(shè)也在不斷的進(jìn)行著。在水庫工程中，安全隱患的排除和加固是確保水庫安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。在實(shí)施水庫堤壩加固施工時，既要確保工程全過程的科學(xué)化、規(guī)范化，又要重視施工期間的管理，防范和加強(qiáng)風(fēng)險，促進(jìn)和諧社會的順利發(fā)展[1]。

1 水庫堤壩加固施工的意義

通過對水庫堤壩建設(shè)規(guī)范的認(rèn)識，可以看出，建設(shè)工程項(xiàng)目的管理應(yīng)該由建設(shè)單位來承擔(dān)，但目前，由于建設(shè)單位的管理意識薄弱，導(dǎo)致建設(shè)項(xiàng)目的管理責(zé)任轉(zhuǎn)移到了工程項(xiàng)目的委托單位上。在水庫堤壩的加固施工中，若出現(xiàn)安全事故，不但要由工程承包方負(fù)責(zé)，而且業(yè)主也不能免除責(zé)任，還要支付一定的撫恤金、器材、材料等，所以必須加強(qiáng)對水庫的管理，并對各參與方的經(jīng)濟(jì)利益進(jìn)行有效的保護(hù)。

2 堤壩地基常見處理方法

在進(jìn)行水庫大壩基礎(chǔ)的治理時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)地貌、水文氣象等因素選擇合適的地基處理措施，例如，當(dāng)?shù)袒泻写罅康挠袡C(jī)物時，可以采取換填法、拋石擠擠等方式進(jìn)行處理。除此之外，在加固大壩的過程中，還可以采用強(qiáng)夯法、化學(xué)加固法[2]。

2.1 拋石擠淤法

在采用此方法對堤基進(jìn)行處理時，優(yōu)先選用出顆粒大小均一的碎石，然后再將其拋入淤泥質(zhì)基礎(chǔ)中進(jìn)行加固。通過大量的拋石，可以將已有的淤泥質(zhì)土壤擠出，但應(yīng)注意，選擇的巖石必須具有抗風(fēng)蝕性，且顆粒直徑應(yīng)大于30cm。在拋填過程中，應(yīng)根據(jù)軟弱地基的水平坡度，并在其上方覆蓋一層反滲透膜。目前，這種方法已被廣泛用于處理流塑性淤泥質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 土工合成材料加固加筋法

此外，還可以利用新的復(fù)合土工合成材料來提高堤基的承載力。在施工過程中，首先要在基坑的地面上鋪設(shè)土工合成材料，然后按加固方案進(jìn)行加固，這樣可以有效地改善地基的上部荷載分布。采用SMA 技術(shù)可以有效緩解大壩的塑性剪切破壞，從而改善堤壩的承載力，從而實(shí)現(xiàn)對大壩進(jìn)行加固[3]。

2.3 置換法

在進(jìn)行水利工程建設(shè)中，當(dāng)遇到軟弱地基時，通常采用砂質(zhì)、水泥等替代軟地基，以滿足工程實(shí)際需要。在采用換填方法處理軟黏土基礎(chǔ)時，先將其開挖，然后選擇礦渣、素土、砂礫等材料，依次進(jìn)行填筑，在填筑完畢后，進(jìn)行分層加固，以提高基礎(chǔ)的整體致密性。為保證工程的順利進(jìn)行，必須要改善大壩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，因此，施工單位必須選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、穩(wěn)定性好、抗侵蝕性能好的填料來替代工程場地的基礎(chǔ)。采用替代土的方式，可以保證工程的順利進(jìn)行，同時也會大大的增加工程造價和滲透率，因此，在進(jìn)行大壩基礎(chǔ)的時候，往往不采用這種材料，而是從工地上的泥土中進(jìn)行，既可以減少工程造價，又可以保證工程的安全，因此得到了廣泛的使用。該技術(shù)適用于土層較淺的地區(qū)，也適用于某些性質(zhì)特殊的基礎(chǔ)。在進(jìn)行工程建設(shè)時，要根據(jù)工程實(shí)際情況，選用最適宜的墊層材料，既能保證工程質(zhì)量，又能減少工程造價。

2.4 強(qiáng)夯法

在采用強(qiáng)夯法時，必須利用夯擊力來減小地基的孔隙度，從而實(shí)現(xiàn)對地基進(jìn)行加固。一般而言，在夯實(shí)階段，采用80kN 的夯擊機(jī)，將夯錘提升到6～30m 的高度，使其自由下落。在此期間，夯擊處形成的裂縫將為排出孔隙水提供通道，從而有利于土壤固結(jié)。若以泥炭、黃土及雜填土為主體，則在加固過程中可采取強(qiáng)夯施工。

2.5 硅化加固法

硅化處理是一種具有代表性的化學(xué)加固方法，可以提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，應(yīng)在建筑材料中加入一定數(shù)量的氯化鈣和Na2O·nSiO2溶液，充分?jǐn)嚢杷嗪褪?。在此基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)孔將以上物質(zhì)注射到堤基中。這兩種溶液會在巖層中進(jìn)行一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，從而形成一種膠凝材料，從而極大地提高了土壤的附著力。不同的治理方式各有利弊，在施工過程中應(yīng)根據(jù)堤基的具體情況，采取相應(yīng)的措施。

2.6 排水固結(jié)法

所謂的排水固結(jié)技術(shù)，就是將塑料排水管板、沙井等放入地基里面，然后在上面進(jìn)行預(yù)壓，將土壤中的水分排出，從而增加基礎(chǔ)的承載力，同時也可以增加土壤的穩(wěn)定性。排水固結(jié)法包括了壓力和排水兩個方面，在進(jìn)行施工的時候，首先要將軟土中的水分排出，這樣不僅可以加快空氣中的水分排出，還可以減少空氣中的水壓和孔隙率，從而達(dá)到提前進(jìn)行地基的沉降和變形，從而增強(qiáng)基礎(chǔ)的承載力。在設(shè)置排水系統(tǒng)時，要根據(jù)地基土壤的滲水性，設(shè)置相應(yīng)的排水裝置，將基礎(chǔ)上的水分排出。在軟土、飽和土壤中采用排水固結(jié)技術(shù)，可以提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，但不宜用于滲透性較差的泥炭土。在進(jìn)行水利工程建設(shè)時，如果采用排水固結(jié)法處理軟弱地基，通常采取電滲排水、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、沙井等方法[4]。

（1）沙井工藝。沙井法是一種適合軟黏土地基的施工技術(shù)，它具有很好的滲透性，所以在加固排水管的過程中，必須要鋪上砂石，以加快排水的速度，同時還可以增強(qiáng)基礎(chǔ)的強(qiáng)度。

（2）堆載預(yù)壓方法。堆載預(yù)壓法是一種非常適合于軟土地基的方法，它可以通過加載碎石來激活地基中的填料，從而加速地基的沉降。因此，在采用堆載預(yù)壓法前，必須對加載速率進(jìn)行有效的控制，并采取分層加載的方法，以減小預(yù)壓對整體基礎(chǔ)的影響。

（3）一種真空預(yù)壓方法。真空預(yù)壓是一種很好的方法，它是在沒有滲透水層的情況下，用一種薄膜將沙子包裹起來，然后用真空設(shè)備把里面的空氣抽出來，讓水從地面上流下來。

（4）電滲透。電滲法是在具有較低粘性、較高水位的軟弱地基上應(yīng)用的。

3 堤壩及兩岸山體滲漏的原因及施工要點(diǎn)

3.1 堤壩及兩岸山體滲漏的原因

隨著蓄水池的不斷增大，蓄水池內(nèi)的水壓也會隨之增大，在施工的時候，還會考慮到管道的高度、漏水等問題，如果混凝土或者沙子在長期的風(fēng)吹雨打中出現(xiàn)了裂縫，那么就會導(dǎo)致儲層的裂縫越來越大，這就需要對裂縫進(jìn)行深入的研究，盡量降低水庫的滲漏。

壩基滲漏是以壩體裂紋和斷裂為主要基礎(chǔ)，但仍需對細(xì)節(jié)腐蝕問題進(jìn)行有效的篩檢調(diào)查，以較小的滲透區(qū)域作為壩體定位。在水利工程施工中，必須合理地選取大壩和山體。

3.2 堤壩施工的要點(diǎn)

在大壩工程建設(shè)中，要加強(qiáng)工程建設(shè)的質(zhì)量管理。項(xiàng)目經(jīng)理和技術(shù)人員應(yīng)及時掌握施工情況，并及時采取相應(yīng)的對策。其次，要組織專門的技術(shù)人員對壩體進(jìn)行觀測和記錄，確定壩體滲漏、滲透形式、滲漏問題的大小，并分析壩體滲漏機(jī)制。此外，要組織技術(shù)人員對水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并開展先導(dǎo)鉆孔的地質(zhì)調(diào)查，全面地分析和推斷工程的實(shí)際情況，并在此期間設(shè)置若干先導(dǎo)鉆孔作為勘探孔。另外，在工地上要有一個主管對施工進(jìn)行監(jiān)督，并把監(jiān)理的責(zé)任落實(shí)到每個人的身上[5]。

4 水庫堤壩加固施工方案

4.1 調(diào)查

在水庫工程加固前，采集現(xiàn)場資料，對不同地區(qū)的詳細(xì)情況進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)不同地區(qū)的工程量，在了解不同渠道的土壤，進(jìn)行分級，并制訂相應(yīng)的對策，建筑材料等情況后，根據(jù)防凍害、防滲等方面的經(jīng)驗(yàn)，合理地制訂施工方案。

4.2 加固方案設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的地形條件，必須考慮由于水流沖刷引起的加固區(qū)域的耐久性。設(shè)計(jì)出相應(yīng)的加固方案，在進(jìn)行水庫的加固時，在進(jìn)行工程建設(shè)之前，并綜合考慮了不同的地形結(jié)構(gòu)和地下水溫度對工程的影響，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，全面考慮工程建設(shè)所帶來的經(jīng)濟(jì)成本和對環(huán)境的影響，根據(jù)工程建設(shè)的需要，設(shè)計(jì)出一套更加符合現(xiàn)代綠色建造的新思路，并在技術(shù)上持續(xù)優(yōu)化，同時節(jié)約成本。

4.3 制訂計(jì)劃

在進(jìn)行水庫堤壩的加固時，施工人員必須首先理解有關(guān)的法規(guī)和管理計(jì)劃，自身具備較高的專業(yè)知識，同時懂得具體的強(qiáng)化防滲技術(shù)和原理，充分運(yùn)用防滲、防鹽化、排水系統(tǒng)等，并根據(jù)不同的實(shí)施情況，進(jìn)行修改，使其能更好地應(yīng)付各種突發(fā)情況，并能更好的適應(yīng)水庫建設(shè)的需要。

5 壩體處理方法與加固措施

5.1 劈裂式帷幕灌漿技術(shù)

在大壩加固工程中，劈裂式帷幕灌漿技術(shù)首先要利用灌漿壓力將大壩劈開，然后將泥漿注入裂縫，形成一堵與大壩軸線相同的防滲墻。利用這種方法進(jìn)行大壩的加固，不僅可以有效地截?cái)嘬浫鯇樱铱梢杂行У亟鉀Q大壩內(nèi)部的漏洞、裂縫等問題。同時，由于壩體與泥漿間的相互擠壓，導(dǎo)致大壩內(nèi)的應(yīng)力發(fā)生再分配，從而實(shí)現(xiàn)大壩的加固。大壩的加固工作比較復(fù)雜、系統(tǒng)，對加固技術(shù)的要求也比較高。在大壩工程中，在大壩的軸線方向設(shè)置幕墻，可以有效地防止大壩冒漿、局部隆起和串漿，從而減少了大壩的滲漏，并改善了大壩的堅(jiān)固性能。在具體的施工過程中，要根據(jù)壩體的彎曲情況，選擇合適的鉆孔方法和鉆孔工具。一般采用直線型布孔法和梅花布孔法。在布孔過程中，孔距宜為3m，并嚴(yán)格按照“從上往下，多次少量”的原則進(jìn)行注漿，可防止壩體漏水。由于大壩大部分為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行加固時，不能很好地掌握壩體的具體情況，因此，在此條件下，可以采用鉆孔法進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，從而為后期的注漿施工做準(zhǔn)備。圖1 為注漿的工藝流程。在施工過程中，必須嚴(yán)格控制泥漿的配制和現(xiàn)場施工工藝的使用。

5.2 振動沉模防滲板墻技術(shù)

在此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施過程中，必須借助大功率、高頻率的起重機(jī)械，將預(yù)制好的中空鋼模放入大壩的地層中。然后再采用水泥或防滲砂漿進(jìn)行灌漿，從而形成一種加固的防滲墻，從而提高大壩的防滲性能。在工程實(shí)施過程中，既簡化了施工過程，又縮短了工期，有利于控制工程的進(jìn)度。但在某些陡坡上，當(dāng)土坡的土坡質(zhì)量比較低時，由于施工過程中會發(fā)生強(qiáng)烈的振動，從而會給大壩帶來二次損害，因此，在對已有多年歷史的大壩進(jìn)行加固時，這種做法是不可取的。

5.3 低壓速凝式灌漿技術(shù)

目前，在進(jìn)行高水位災(zāi)害搶險、加固工程中，常采用低壓快速凝漿技術(shù)。利用鉆頭鉆入管涌發(fā)生的地層，然后將預(yù)先準(zhǔn)備好的速凝劑、水玻璃等膨脹材料注入井中，可以起到堵漏的作用。

5.4 高壓填充式灌漿技術(shù)

當(dāng)大壩出現(xiàn)蟻穴、孔洞等病害時，可采用高壓注漿技術(shù)對其進(jìn)行充填和加固。在堤防工程中，蟻穴、孔洞的存在，會引起壩基不穩(wěn)定等問題，從而產(chǎn)生管涌問題。在施工過程中，要用鉆機(jī)等機(jī)械對有問題的堤壩進(jìn)行鉆孔，鉆孔的間隔要在1.5～2.0m。為了鉆深，必須在碎石層下面2m 的地方鉆入。然后，再把套管下到砂礫層，然后開始注漿，用黃色的泥漿封住鉆孔。

5.5 高聚物注漿技術(shù)

采用聚合物灌漿技術(shù)，不但可以提高大壩的防滲能力，而且可以提高大壩的機(jī)械性能，使其與泥漿充分的結(jié)合。在具體的施工中，首先要找出漏水的部位，然后用靜力壓緊裝置，將預(yù)先準(zhǔn)備好的聚合物注漿液不斷的注入孔模具中。聚合物注漿材料在經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)后，會產(chǎn)生體積膨脹，從而形成具有很好的抗?jié)B性的高分子聚合物，從而提高了大壩的防滲性能。

5.6 建立水庫堤壩加固安全監(jiān)測系統(tǒng)

針對目前水庫建設(shè)中存在的問題，各級政府要根據(jù)水庫的加固和治理規(guī)范，對相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行處罰，制訂施工計(jì)劃，并根據(jù)有關(guān)規(guī)范和規(guī)范，并與之進(jìn)行積極的交流，營造一個良好的社會環(huán)境。另外，在確保施工和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，必須做到文明施工，嚴(yán)禁偷工減料，嚴(yán)禁干擾，確保項(xiàng)目的順利完成[6]。

5.7 保證施工方案質(zhì)量

在建立了一套完整的管理體系之后，施工單位也要對工程項(xiàng)目進(jìn)行檢查，對工程項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題和不符合管理體系的問題進(jìn)行整改。在水庫堤壩的加固工程中，各級建設(shè)和監(jiān)理單位要清楚地意識到自己的職責(zé)和義務(wù)，并對安全技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證，嚴(yán)格按照管理制度來進(jìn)行工作，以此來為各個施工環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。另外，在對業(yè)主的方案進(jìn)行檢查的同時，也要與有關(guān)的政策和制度相配合，進(jìn)一步提高安全技術(shù)的科學(xué)性、可操作性、可行性，并傾聽一線工人的意見。

6 結(jié)語

堤壩是水利建設(shè)中的一個重要組成部分，在科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，人們對水利建設(shè)的需求越來越大，對水工產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。因此，在水利水電工程中，如何加強(qiáng)大壩的基礎(chǔ)和壩體是當(dāng)務(wù)之急。目前，水利水電工程的技術(shù)手段雖多，但還需依據(jù)具體情況，選用更為科學(xué)合理的方法，因此，應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)技術(shù)人員的工作，以促進(jìn)我國水利事業(yè)的快速發(fā)展。