土石坝加固设计论文

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1中小型土石坝使用现状及其险情分析

1．1现状

土石坝在我国具有悠久的历史，主要是有由当地土料和石料组成。按照高度可分为低坝、中坝和高坝，按照施工方法可分为冲填式、碾压式等。土石坝可在当地直接取材，使得水泥、钢材等其他材料大大节省，施工简单，因适应变形能力强，对地基无太高要求，且结构简单方便扩建维修。其不足之处在于由于坝身不能溢流，所以在施工导流方面作用较弱，而且施工成本相对较高。从20世纪50年代起，近代土石坝技术迅速发展，在我国许多中小型水库中都有应用。

1．2险情

首先是渗漏，主要是指坝身渗漏和坝基渗漏，对水库安全影响较大。其原因是多方面的，如基础材料质量不合格，里面杂质太多;坝身设计不合理，厚度没达到要求以至于渗径不足;坝基不合理，一旦出现不均匀沉降，在其挤压下坝基很容易变形;排水体堵塞不能发挥正常作用，甚至忽视了排水体设计;截水槽大小和工艺都不合格。其次是裂缝，出现裂缝极易导致水源流失，当达到一定量时，甚至有冲垮坝身的可能。其原因与清淤不彻底、泄洪操作不当、坝基防渗措施不合理等因素有关。此外坝体滑坡也是土石坝面临的一大险情，可能是建设不到位、勘验设计不合理、碾压不到位等因素造成。

2实际案例分析

某乡镇为加快发展速度，计划建一小型水库A，负责周围3265亩农田灌溉的工作。A水库集水面积35．6m2，总库容386万m3，以灌溉为主，另外还具有防洪、水产养殖等综合功能。大坝建设备受重视，总结以往经验，为降低大坝风险，工程采用土石坝，从当地直接取材。设计环节是前提，最终设计人员设计了帷幕和排水相结合的防渗结构形式。坝身渗漏和坝基渗漏是最为常见的险情，且危害重大，设计过程中必须考虑如何除险加固。

3关于中小型水库土石坝的除险加固设计

3．1土石坝坡加固设计

某水库在过去几十年中因断面有过数次维修，以至于抛石过高，超过了最危险滑弧的范围，以至于抗滑动力作用大大下降，反而还促进了大坝进一步滑动。在最近一次整治时，经严密商讨将部分砌石拆除并予以控制，确保不会超出最危险滑弧的范围，而且对上部陡度较大的坝坡也进行适当削减，以减小滑动力。在上游削坡减载后，原来的坝轴线会有所下降，此时坝顶高度和宽度均应满足规定要求，并做好坝顶和下游坝坡的加固工作。该工程为避免重蹈覆辙，在设计时结合实地勘察资料及工程需求对上游进行合理地设计，具有良好的抗滑力作用。而在下游坝坡加固中，因为下游坝坡通常要比上游稍抖，所以仔细选择填筑材料和坝坡形式，风化石渣料可设计为1∶2—1∶2．5。坝顶建有马道，主要为检查观测及维护工作服务，坝脚则设置有排水棱体。土石坝在使用中可能会受到各种内外界因素影响，所以按照最不利情况下的标准精确计算其承载力、耐久性等，若不符合要求则需重新设计计算，直至达到最初要求。该水库设计有放空底洞，放干水后确保其不会对灌溉产生较大影响，也不会引起大坝滑落的基础上放空水库，完成上下游的培厚加固工作，从而减轻上游削坡减载造成的防渗体破坏程度以及工程量，同时也避免了不必要的经济损失。在今后使用中如果大坝出现安全问题，同样也可采取此类方法进行解决。

3．2土石坝防渗设计

首先是对坝基、坝肩和接触带的防渗设计。对于前两处渗漏而言，适宜采用帷幕灌浆法，以纯水泥或纯水泥砂浆灌入，设置一排间距为1．5m左右的灌浆孔，深度控制在相对不透水层以下3－5m。如果是基岩破碎带，灌浆孔需要设置两排甚至更多。对于基岩和坝体的接触带渗漏而言，可在帷幕灌浆将要结束时以水泥黏土浆灌入，根据实际需要由稀到浓调整浆液浓度，并适当调整灌浆压力和粘土使用量，最终确保帷幕和坝身形成统一的整体。坝肩帷幕顶部灌至水库正常蓄水位，两边则延伸至水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处，以提高整体的防渗性。其次是对坝体渗漏进行防渗设计。如果坝体孔隙率较大，采用其他防渗方式都很难起到理想的效果，此时可沿着坝轴线建防渗墙，墙体厚度在65－85cm间，底部深入基岩2m，余基础帷幕灌浆相连，往往能起到较好的防身效果。如果坝体局部孔隙率较大或者存在明显的渗漏薄弱面，可考虑充填灌浆法，以粘土水泥浆灌入坝体孔隙中，达到防渗目的。此外还有一种防渗设计方式，即在上游坝面铺设复合土工膜，该方式对各种原因导致的渗漏都比较适用，但在设计时需注意，复合土工膜和上游坝脚防渗体结合处不得出现防渗空挡，否则会降低防渗效果。

3．3土石坝排水设计

首先是坝体排水。大坝整治坝体排水多采用棱柱体和贴坡式排水，要注意处理好原排水体及新老排水棱体的连接设计，设计时拆除原棱体失效部分。当新增排水体距原排水体较远时，为节约排水材料，降低投资，同时又能利用原有排水体，可在两者之间设水平排水带，将其连接起来。为节约投资，同时又使棱体外观平整美观，可在干砌块石外面砌条石。其次是坝面排水。坝面排水属于常规设计，应该注意的是，如果上下游护坡采用现浇混凝土或浆砌混凝土预制块，应每2m～3m设一个排水孔，直径5cm左右，呈梅花形布置，孔内采用土工布袋作反滤层，施工方便快捷，排水孔应水平或略向下倾斜。另外，还有白蚁防治、大坝护坡设计、外观和观测设施设计等，需根据实际情况而采取相应的设计方案。

4结束语

土石坝在水库中占据着重要地位，为防止出现渗漏、裂缝、滑坡等风险，削弱水库的使用寿命，必须从源头加以控制。即在设计环节就应增强质量意识，认真考虑所有可能出现的情况，并采取有效防范措施，从而提高设计水平。

作者:叶孝民王明