土石壩除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量存在的主要問題及措施

鄧良武

（云南省楚雄州牟定縣江坡鎮(zhèn)水務(wù)服務(wù)中心，云南 楚雄 675509）

0 引言

土石壩除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量問題直接關(guān)系到壩體的穩(wěn)定性和安全性。然而，當(dāng)前施工中存在著材料選擇與質(zhì)量控制問題、施工工藝與方法問題以及監(jiān)測與質(zhì)量控制問題，導(dǎo)致壩體存在變形、破壞、滲透等穩(wěn)定性問題。因此，為了保證土石壩的除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量，提高壩體的穩(wěn)定性，需要采取一系列的措施與技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

1 土石壩除險(xiǎn)加固施工主要問題

1.1 材料選擇與質(zhì)量控制問題

在土石壩除險(xiǎn)加固工程中，材料選擇與質(zhì)量控制問題是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。在實(shí)際施工中，常常出現(xiàn)選用的水泥、石子等材料未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，或者存在摻假摻劣情況的情況。這可能會(huì)導(dǎo)致加固效果不佳，甚至影響整個(gè)土石壩工程的安全穩(wěn)定性。因此，需要從源頭上加強(qiáng)對(duì)材料的選擇和質(zhì)量控制管理，確保所選用的材料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

1.2 施工工藝與方法問題

在土石壩除險(xiǎn)加固工程中，部分施工單位存在著缺乏有效的施工方案和施工工藝不當(dāng)?shù)膯栴}。這種情況可能表現(xiàn)為未經(jīng)合理論證的施工工藝、施工方案缺乏細(xì)化和規(guī)范化等情況。這些問題可能導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)效率低下、質(zhì)量無法保障以及安全隱患增加的情況。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)施工單位的管理和監(jiān)督，要求其在施工前進(jìn)行詳細(xì)的施工方案論證，并制定細(xì)化的施工工藝流程。

1.3 監(jiān)測與質(zhì)量控制問題

在土石壩除險(xiǎn)加固工程中，監(jiān)測與質(zhì)量控制問題是一個(gè)重要的方面。存在監(jiān)測手段不完善、數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確等問題。一方面，部分工程監(jiān)測設(shè)備可能存在老化、損壞等情況，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性受到影響。另一方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理可能存在不準(zhǔn)確的情況，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題和隱患。

2 土石壩壩體穩(wěn)定性問題

2.1 壩體變形與破壞

土石壩的壩體穩(wěn)定性是工程施工中需要高度關(guān)注的問題之一。在實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)壩體滑坡、傾斜、開裂等問題，這些問題的根源可能包括基礎(chǔ)不牢固、材料不符合要求或施工工藝不當(dāng)?shù)纫蛩?。首先，基礎(chǔ)不牢固可能導(dǎo)致土石壩的壩體變形與破壞。如果基礎(chǔ)處理不到位或地質(zhì)條件不符合要求，壩體在承受水壓力的作用下可能發(fā)生滑移、沉降等問題，進(jìn)而影響壩體的穩(wěn)定性[1]。其次，材料不符合要求也會(huì)對(duì)土石壩的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。如使用了質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的填充材料或者不符合規(guī)范的混凝土等，在長期的水壓力和變形作用下，可能導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫、掉塊等現(xiàn)象，危及工程的安全性。此外，施工工藝不當(dāng)也是造成土石壩壩體變形與破壞的重要原因之一。工程施工中，如果施工工藝沒有按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，例如未采取適當(dāng)?shù)呐潘胧?、未進(jìn)行必要的加固等，都可能導(dǎo)致壩體在水壓力和變形力的作用下發(fā)生滑坡、傾斜等問題。

2.2 滲透與滲漏問題

土石壩的滲透與滲漏問題可能源自壩體滲透性能不佳或施工質(zhì)量問題。首先，如果土石壩的壩體材料本身滲透性能不佳，包括填筑材料的細(xì)度模數(shù)不合適、密實(shí)度不夠等因素，就容易導(dǎo)致滲流量大、滲漏點(diǎn)多的情況。此外，施工中可能存在澆筑不均勻、接縫處理不當(dāng)、防滲材料選用不當(dāng)?shù)葐栴}，也會(huì)導(dǎo)致滲透與滲漏問題的出現(xiàn)。

3 土石壩除險(xiǎn)加固措施與技術(shù)

3.1 加強(qiáng)壩體排水技術(shù)

為加強(qiáng)土石壩的排水技術(shù)，采取以下措施可以有效提高排水效果，降低滲水風(fēng)險(xiǎn)，確保壩體的穩(wěn)定性和安全性。首先，在面板壩的適當(dāng)部位增設(shè)排水層。這個(gè)排水層能夠有效排除來自面板、止水系統(tǒng)及帷幕等部位的少量滲水。通過合理布置排水層的位置和密度，可以確保滲水不會(huì)積聚在壩體內(nèi)部，避免滲水引起的浸潤線抬高問題。其次，在下游壩腳處設(shè)置反濾排水壩址。這樣的設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)壩體的排水能力，防止水壓力對(duì)壩體產(chǎn)生過大影響。反濾排水壩址能夠有效地排除下游的滲流，并保持壩體穩(wěn)定。此外，還應(yīng)注重排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工。合理設(shè)置排水管網(wǎng)，確保排水暢通，避免堵塞和滲漏現(xiàn)象[2]。同時(shí)，要加強(qiáng)監(jiān)測和維護(hù)，定期檢查排水設(shè)施的運(yùn)行情況，及時(shí)修復(fù)和清理可能存在的問題。

3.2 優(yōu)化防浪墻設(shè)計(jì)

壩頂防浪墻是水利水電工程中非常重要的一部分，其設(shè)計(jì)對(duì)于保障工程安全和穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用。為此，在防浪墻的設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用上游高、下游低的“雙墻”或“U”型墻結(jié)構(gòu)，以能夠有效地抵御壩頂風(fēng)浪的沖擊[3]。同時(shí)，在防浪墻與面板的連接縫及止水的設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)按照周邊縫的原則進(jìn)行。這樣可以確保防滲效果和安全性。具體來說，應(yīng)考慮連接縫的密封性和可靠性，選用優(yōu)質(zhì)的止水材料和合適的施工技術(shù)，以保證連接縫的緊密度和長期使用效果。此外，在防浪墻的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)充分考慮其抗震性能。在地震等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，防浪墻應(yīng)能夠承受動(dòng)力荷載和地震力，保持穩(wěn)定性和完整性，以確保工程的安全性。

3.3 簡化壩體結(jié)構(gòu)

面板壩和心墻壩是兩種常見的水壩類型，在設(shè)計(jì)上存在一些國內(nèi)與國外之間的結(jié)構(gòu)差異。對(duì)于面板壩而言，在國外通常只增設(shè)礫卵石排水層，而國內(nèi)除了排水層外，還設(shè)置了墊層、過渡層、反濾層等多個(gè)層次，有時(shí)還在下游壩腳設(shè)置反濾排水壩址。這些設(shè)計(jì)可能是將壩體作為類似心墻壩的滲流場進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果，未能完全考慮到面板壩失事的原因。實(shí)際上，面板壩下游出現(xiàn)滲漏與心墻壩的滲漏相比，其重要性有所不同。因此，在面板壩的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮面板的防滲作用，避免過于復(fù)雜化壩體斷面結(jié)構(gòu)。合理的壩體分區(qū)應(yīng)該在面板下設(shè)置墊層區(qū)和傾向上游的壩體排水區(qū)，但墊層與排水層、排水層與砂礫石壩體之間不需要再設(shè)置反濾層，而且下游也不必單獨(dú)設(shè)置濾水壩址。心墻壩在過去常常在黏土心墻的上游側(cè)設(shè)置反濾層或過渡帶，其層數(shù)和材料級(jí)配與下游反濾層相同，目的是防止心墻土料顆粒在庫水位降低時(shí)向上游移動(dòng)，并進(jìn)入上游壩殼的砂石間隙中。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，庫水位降低時(shí)從心墻內(nèi)滲入的水量很小，且經(jīng)過壓實(shí)后的黏土料具有一定強(qiáng)度，在單純的重力作用下，黏土顆粒一般不會(huì)向上游移動(dòng)[4]。同時(shí)，向上游側(cè)滲水的滲透梯度一般小于1，且滲流速度很小，不會(huì)導(dǎo)致大量心墻土黏粒移動(dòng)。為了簡化上游反濾層，可以首先減小其厚度，并將其簡化為由粒徑小于150mm 的碎石料組成的過渡帶，其顆粒組成不需要符合任何反濾層的要求。實(shí)踐證明，對(duì)于使用粘粒含量大于30%，塑性指數(shù)大于δ 的黏性土填筑的心墻，采用碎石料過渡帶是足夠的。但當(dāng)心墻土料為非塑性粉質(zhì)砂或塑性指數(shù)小于δ 的低塑性黏質(zhì)粉土?xí)r，在滲水和重力共同作用下，心墻上游面的土顆粒有可能隨著庫水位快速降低而移動(dòng)并進(jìn)入過渡帶的大空隙中[5]。因此，當(dāng)壩前水位經(jīng)常波動(dòng)（抽水蓄能電站的蓄水池）或心墻較薄且上游面很陡時(shí)，應(yīng)該設(shè)置一個(gè)合適的反濾帶，并且其顆粒組成需符合反濾層的主要要求。

3.4 改進(jìn)土石壩與混凝土建筑物接觸處的處理

在土石壩與混凝土建筑物接觸處的處理中，可以考慮以下改進(jìn)措施：取消截水環(huán)和刺墻，將混凝土結(jié)構(gòu)與土石壩心墻結(jié)合處的側(cè)面坡度由垂直改為8∶1～10∶1，有利于提高結(jié)合部的穩(wěn)定性和防滲效果。此外，在壩內(nèi)輸水洞（管）的四周和溢洪道邊墻接觸處的下游段，需要做好反濾料，并加強(qiáng)下游側(cè)反濾料的設(shè)計(jì)和精心施工，以確保防滲效果。通過取消截水環(huán)和刺墻，可以簡化土石壩與混凝土建筑物接觸處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了工程量和施工難度。在壩內(nèi)輸水洞（管）的四周和溢洪道邊墻接觸處的下游段，需要進(jìn)行反濾料的設(shè)置。反濾料能夠有效地阻止細(xì)顆粒土壤的滲入，保護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。尤其是在下游側(cè)，應(yīng)加強(qiáng)反濾料的設(shè)計(jì)，確保其能夠承擔(dān)較大的滲流壓力，避免滲漏問題。在實(shí)際施工中，需要進(jìn)行精心的施工操作，確保反濾料的填筑均勻、密實(shí)，并采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，以提高反濾料的防滲效果和長期穩(wěn)定性。

3.5 壩體加高加寬

壩體加高加固和壩體加寬加固是土石壩除險(xiǎn)加固措施中常用的方法之一。具體來說，壩體加高加固是在原有土石壩頂部加筑新的土石體，以增加壩體的高度和重量，提高壩體抗水壓能力、抗滑性能和穩(wěn)定性。在進(jìn)行加高加固時(shí)，需要對(duì)原有壩體進(jìn)行全面檢查和評(píng)估，并根據(jù)實(shí)際情況確定加高的高度、填筑材料的類型和數(shù)量等參數(shù)，以確保加高后的壩體滿足工程要求和安全標(biāo)準(zhǔn)。壩體加寬加固則是指在現(xiàn)有壩體的兩側(cè)加筑新的土石體，以增加壩體的寬度和重量，提高抗震、抗滑和抗拔能力。在進(jìn)行加寬加固時(shí)，需要分析土石壩受力特點(diǎn)和地質(zhì)條件，選擇合適的加固方式和方案，包括采用防滲材料、增加壩肩、加裝錨桿等措施，以提高壩體的整體穩(wěn)定性和安全性。

3.6 土料選取

在選擇心墻土料時(shí)，應(yīng)考慮成本和經(jīng)濟(jì)性，并優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)氐牟煌杆亮?。盡管這些土料可能屬于非黏性土，但不應(yīng)違背土料設(shè)計(jì)的基本原則而僅僅出于成本考慮而選擇粘性土。在土料選取中，需要綜合考慮土體的物理力學(xué)性質(zhì)、滲透性、穩(wěn)定性和可獲得性等因素。同時(shí)，在抵御和防止管涌沖刷方面，應(yīng)主要依靠反濾層的設(shè)計(jì)和施工。反濾層能有效防止細(xì)顆粒土壤的滲入，從而減少管涌的發(fā)生。與僅依賴黏土相比，反濾層具有更好的抵抗管涌沖刷的效果。因此，在土料選取和設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重反濾層的設(shè)置和性能，以保證土體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性。

3.7 強(qiáng)化材料選擇與質(zhì)量保障

在土石壩工程中，選擇和使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)材料是保證工程質(zhì)量的重要因素之一。特別是對(duì)于強(qiáng)化材料，如水泥和石子等，應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)其選用和質(zhì)量保障，以確保工程的穩(wěn)定性和長期可靠性。首先，對(duì)于水泥的選用，應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥產(chǎn)品，并關(guān)注其品牌信譽(yù)和生產(chǎn)廠家的資質(zhì)認(rèn)證情況。優(yōu)質(zhì)的水泥應(yīng)具備良好的膠凝硬化特性和強(qiáng)度發(fā)展?jié)摿?，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求。其次，對(duì)于石子（骨料）的選用，也應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)石子，并優(yōu)先考慮當(dāng)?shù)乜色@得的合適規(guī)格的骨料。石子應(yīng)具備適當(dāng)?shù)念w粒分布、堅(jiān)固耐久的質(zhì)地和良好的抗凍融性能，以提供足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在選用強(qiáng)化材料時(shí)，建議進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測和驗(yàn)收程序?？梢晕袡?quán)威的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料樣品的檢測，包括強(qiáng)度、抗凍融性能、顆粒分布等指標(biāo)的測試。同時(shí)，要確保材料供應(yīng)商提供的相關(guān)證明文件齊全、真實(shí)有效，并進(jìn)行合格品的標(biāo)識(shí)和記錄，以防止摻假摻劣情況的出現(xiàn)。

3.8 優(yōu)化施工工藝與方法

在土石壩工程中，針對(duì)具體工程情況，應(yīng)選擇適宜的施工工藝和方法，以確保施工過程規(guī)范、高效，避免因施工工藝不當(dāng)引發(fā)的穩(wěn)定性問題。首先，需要根據(jù)地質(zhì)條件、氣候特點(diǎn)和工程規(guī)模等因素，合理確定施工工藝方案。例如，在選擇填筑工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)壩體高度和坡度等參數(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧腺Y源的實(shí)際情況，科學(xué)確定填筑層厚度和均勻度要求，以確保填筑質(zhì)量和壩體穩(wěn)定。其次，針對(duì)施工方法，應(yīng)合理安排施工序列和作業(yè)流程，遵循“先壩基、后壩身”的原則，確保各施工環(huán)節(jié)有機(jī)銜接、無縫配合。例如，在壩基處理階段，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)呐潘幚砗途|(zhì)加固措施，以提高壩基的承載能力和穩(wěn)定性；在壩身填筑階段，可考慮采用分層填筑、梯級(jí)夯實(shí)等施工方法，以確保填筑質(zhì)量和壩體整體穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測與控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理施工中可能存在的質(zhì)量問題和安全隱患。采用合適的監(jiān)測技術(shù)手段，如測孔、測點(diǎn)等，對(duì)壩體變形、滲流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決施工中的問題，確保工程建設(shè)的安全穩(wěn)定。

3.9 加強(qiáng)監(jiān)測與質(zhì)量控制

在土石壩工程中，加強(qiáng)監(jiān)測與質(zhì)量控制至關(guān)重要。為此，應(yīng)建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，包括定期檢查監(jiān)測設(shè)備，對(duì)壩體變形、滲流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和精確分析，以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問題。具體來說，需要選擇合適的監(jiān)測設(shè)備，如測孔、測點(diǎn)、應(yīng)變計(jì)等，安裝在關(guān)鍵位置以對(duì)壩體變形、滲流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)定期上傳至專業(yè)的監(jiān)測中心進(jìn)行分析，以識(shí)別任何異常情況，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。同時(shí)，需要建立健全的質(zhì)量控制體系，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格管理和分析，確保工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，從而保障土石壩工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

土石壩除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量問題是一個(gè)復(fù)雜而重要的課題。通過加強(qiáng)壩體排水技術(shù)、優(yōu)化防浪墻設(shè)計(jì)、簡化壩體結(jié)構(gòu)、改進(jìn)土石壩與混凝土建筑物接觸處的處理、合理選取土料、強(qiáng)化材料選擇與質(zhì)量保障、優(yōu)化施工工藝與方法以及加強(qiáng)監(jiān)測與質(zhì)量控制，可以有效解決土石壩除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量存在的主要問題，提高壩體的穩(wěn)定性和安全性。這些措施與技術(shù)的應(yīng)用將為土石壩的除險(xiǎn)加固工程提供了可行的解決方案，推動(dòng)工程的可持續(xù)發(fā)展。