土石壩加固設計論文

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1中小型土石壩使用現狀及其險情分析

1．1現狀

土石壩在我國具有悠久的歷史，主要是有由當地土料和石料組成。按照高度可分為低壩、中壩和高壩，按照施工方法可分為沖填式、碾壓式等。土石壩可在當地直接取材，使得水泥、鋼材等其他材料大大節省，施工簡單，因適應變形能力強，對地基無太高要求，且結構簡單方便擴建維修。其不足之處在于由于壩身不能溢流，所以在施工導流方面作用較弱，而且施工成本相對較高。從20世紀50年代起，近代土石壩技術迅速發展，在我國許多中小型水庫中都有應用。

1．2險情

首先是滲漏，主要是指壩身滲漏和壩基滲漏，對水庫安全影響較大。其原因是多方面的，如基礎材料質量不合格，里面雜質太多;壩身設計不合理，厚度沒達到要求以至于滲徑不足;壩基不合理，一旦出現不均勻沉降，在其擠壓下壩基很容易變形;排水體堵塞不能發揮正常作用，甚至忽視了排水體設計;截水槽大小和工藝都不合格。其次是裂縫，出現裂縫極易導致水源流失，當達到一定量時，甚至有沖垮壩身的可能。其原因與清淤不徹底、泄洪操作不當、壩基防滲措施不合理等因素有關。此外壩體滑坡也是土石壩面臨的一大險情，可能是建設不到位、勘驗設計不合理、碾壓不到位等因素造成。

2實際案例分析

某鄉鎮為加快發展速度，計劃建一小型水庫A，負責周圍3265畝農田灌溉的工作。A水庫集水面積35．6m2，總庫容386萬m3，以灌溉為主，另外還具有防洪、水產養殖等綜合功能。大壩建設備受重視，總結以往經驗，為降低大壩風險，工程采用土石壩，從當地直接取材。設計環節是前提，最終設計人員設計了帷幕和排水相結合的防滲結構形式。壩身滲漏和壩基滲漏是最為常見的險情，且危害重大，設計過程中必須考慮如何除險加固。

3關于中小型水庫土石壩的除險加固設計

3．1土石壩坡加固設計

某水庫在過去幾十年中因斷面有過數次維修，以至于拋石過高，超過了最危險滑弧的范圍，以至于抗滑動力作用大大下降，反而還促進了大壩進一步滑動。在最近一次整治時，經嚴密商討將部分砌石拆除并予以控制，確保不會超出最危險滑弧的范圍，而且對上部陡度較大的壩坡也進行適當削減，以減小滑動力。在上游削坡減載后，原來的壩軸線會有所下降，此時壩頂高度和寬度均應滿足規定要求，并做好壩頂和下游壩坡的加固工作。該工程為避免重蹈覆轍，在設計時結合實地勘察資料及工程需求對上游進行合理地設計，具有良好的抗滑力作用。而在下游壩坡加固中，因為下游壩坡通常要比上游稍抖，所以仔細選擇填筑材料和壩坡形式，風化石渣料可設計為1∶2—1∶2．5。壩頂建有馬道，主要為檢查觀測及維護工作服務，壩腳則設置有排水棱體。土石壩在使用中可能會受到各種內外界因素影響，所以按照最不利情況下的標準精確計算其承載力、耐久性等，若不符合要求則需重新設計計算，直至達到最初要求。該水庫設計有放空底洞，放干水后確保其不會對灌溉產生較大影響，也不會引起大壩滑落的基礎上放空水庫，完成上下游的培厚加固工作，從而減輕上游削坡減載造成的防滲體破壞程度以及工程量，同時也避免了不必要的經濟損失。在今后使用中如果大壩出現安全問題，同樣也可采取此類方法進行解決。

3．2土石壩防滲設計

首先是對壩基、壩肩和接觸帶的防滲設計。對于前兩處滲漏而言，適宜采用帷幕灌漿法，以純水泥或純水泥砂漿灌入，設置一排間距為1．5m左右的灌漿孔，深度控制在相對不透水層以下3－5m。如果是基巖破碎帶，灌漿孔需要設置兩排甚至更多。對于基巖和壩體的接觸帶滲漏而言，可在帷幕灌漿將要結束時以水泥黏土漿灌入，根據實際需要由稀到濃調整漿液濃度，并適當調整灌漿壓力和粘土使用量，最終確保帷幕和壩身形成統一的整體。壩肩帷幕頂部灌至水庫正常蓄水位，兩邊則延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處，以提高整體的防滲性。其次是對壩體滲漏進行防滲設計。如果壩體孔隙率較大，采用其他防滲方式都很難起到理想的效果，此時可沿著壩軸線建防滲墻，墻體厚度在65－85cm間，底部深入基巖2m，余基礎帷幕灌漿相連，往往能起到較好的防身效果。如果壩體局部孔隙率較大或者存在明顯的滲漏薄弱面，可考慮充填灌漿法，以粘土水泥漿灌入壩體孔隙中，達到防滲目的。此外還有一種防滲設計方式，即在上游壩面鋪設復合土工膜，該方式對各種原因導致的滲漏都比較適用，但在設計時需注意，復合土工膜和上游壩腳防滲體結合處不得出現防滲空擋，否則會降低防滲效果。

3．3土石壩排水設計

首先是壩體排水。大壩整治壩體排水多采用棱柱體和貼坡式排水，要注意處理好原排水體及新老排水棱體的連接設計，設計時拆除原棱體失效部分。當新增排水體距原排水體較遠時，為節約排水材料，降低投資，同時又能利用原有排水體，可在兩者之間設水平排水帶，將其連接起來。為節約投資，同時又使棱體外觀平整美觀，可在干砌塊石外面砌條石。其次是壩面排水。壩面排水屬于常規設計，應該注意的是，如果上下游護坡采用現澆混凝土或漿砌混凝土預制塊，應每2m～3m設一個排水孔，直徑5cm左右，呈梅花形布置，孔內采用土工布袋作反濾層，施工方便快捷，排水孔應水平或略向下傾斜。另外，還有白蟻防治、大壩護坡設計、外觀和觀測設施設計等，需根據實際情況而采取相應的設計方案。

4結束語

土石壩在水庫中占據著重要地位，為防止出現滲漏、裂縫、滑坡等風險，削弱水庫的使用壽命，必須從源頭加以控制。即在設計環節就應增強質量意識，認真考慮所有可能出現的情況，并采取有效防范措施，從而提高設計水平。

作者:葉孝民王明