土石坝渗漏原因分析

关键词： 石坝

土石坝渗漏原因分析（精选九篇）

土石坝渗漏原因分析 篇1

关键词：土石坝,渗漏,原因,措施

土石坝在中小型水利工程中比较常见, 在施工的过程中, 如果施工的技术使用不当, 使用质量不达标, 则会引起绕坝渗漏问题, 这影响了土石坝的正常使用, 而且在雨季容易出现绝提问题, 会降低土石坝的效用价值, 会给社会带来较大的危害, 容易引起环境问题。为了保证土石坝效用的最大发挥, 施工单位一定要分析出土石坝绕坝渗漏的原因, 还要找出最佳的应对措施, 这样才能提高土石坝施工的质量。

1 土石坝绕坝渗漏的原因分析

土石坝是水库中重要的设施之一, 土石坝在应用的过程中, 有时会出现绕坝渗漏问题, 这一现象容易造成山体滑坡问题, 与土石坝施工质量有着较大的关系。当水库蓄满水后, 水流会绕过土坝, 由两边向下游渗漏, 这一过程即被称为绕坝渗漏。当水流沿着土石坝两端岸坡流出来, 向土壤或者山体内部渗漏, 最终流向下游, 则会造成大坝侵润线升高现象, 这还会使岸坡出现软化, 当土壤吸收较多的水后, 坝体会出现阴湿现象, 岸坡也会被软化, 很容易形成渗漏通道, 严重时还会引起滑坡或者塌陷问题, 会减小水库的容量, 还会威胁坝体的安全。施工单位对土石坝渗漏问题比较关注, 为了更好的处理这些问题, 首先需要对土石坝绕坝渗漏的原因进行简单地分析。

1.1 坝体两端地质条件较差

在分析土石坝绕坝渗漏原因时, 需要从施工阶段入手, 在坝体施工的过程中, 有的施工单位没有做好水文地质条件的勘察工作, 没有做好准备工作, 对坝体周边的土体物理学指标没有进行正确的分析, 有的坝体设计存在不合理现象, 坝体的侵润线比实际水体要低, 这很容易使水体通过渗透的方式而流向下游, 会使岸坡出现软化, 降低岸坡的稳固性, 从而引起山体滑坡等严重的问题。

1.2 施工设计缺乏合理性

土石坝施工设计对土石坝的施工质量有着较大的影响, 有的设计人员缺乏工作经验, 没有设置下截水槽, 坝体的基础工程施工也没有达到要求, 使得坝体在运行的过程中, 坝体下端出现了渗漏通道, 如果施工人员没有对其进行及时处理, 则会使渗漏通道越来越大, 从而影响了坝体的稳固性。

1.3 维护与养护工作不到位

水利工程的工期一般比较长, 而且土石坝的使用年限也比较长, 在使用的过程中, 相关工作人员一定要做好养护工作, 要对土石坝存在的病害进行分析, 还要找出解决的措施, 这样才能保证堤坝正常运行。在日常维护的过程中, 有的工作人员没有认识到养护工作的重要性, 而且对土石坝存在的病害并不重视, 使得一些小病害逐渐演变为大病害, 增加了维护的难度。土石坝绕坝渗漏是比较严重的质量问题, 其与工作人员养护不到位有着较大的关系, 在发现渗漏问题后, 一定要及时处理, 养护人员要重视养护工作, 防止小危害扩大, 这样才能延长土石坝的使用时间。

2 土石坝绕坝渗漏的处理措施

大坝的养护维修人员必须要经常进行坝体查验, 一旦发生病害, 要立即上报并采取处理措施, 养成防微杜渐的思想观念, 确保大坝的正常运行。一般土石坝的绕坝渗漏问题处理方法大概有以下几种:

2.1 防渗斜墙

对于斜墙坝和均质土坝如岸坡地形平缓, 附近又有大量黏土可供使用, 则可沿上游岸坡做黏土防渗斜墙, 防止绕坝渗漏。斜墙下端作截水墙, 嵌入不透水层, 也可做铺盖与斜墙相连。在处理时水库难以放空, 水下部分也可采用水中抛土或深水放淤的办法处理。在斜墙顶上应沿山腰开挖排水沟, 把水堆住, 以免冲刷斜墙。

2.2 截水墙

对心墙坝, 当岸坡存在强透水层引起绕坝渗漏时, 可在坝端开槽做黏土截水墙, 或混凝土防渗齿墙, 切断渗流。截水墙必须和坝身心墙连接, 这种处理方法比较可靠。

2.3 灌浆帷幕

当坝端岩石节理裂隙发育, 绕渗严重时, 可采用灌浆帷幕处理, 具体方法与坝基的灌浆帷幕相同。坝肩两岸的灌浆帷幕应与坝基灌浆帷幕形成一完整的防渗帷幕。

2.4 灌浆帷幕

当坝端岩石节理裂隙发育, 绕渗严重时, 可采用灌浆帷幕处理, 具体方法与坝基的灌浆帷幕相同。坝肩两岸的灌浆帷幕应与坝基灌浆帷幕形成一完整的防渗帷幕。

2.5 粘土斜墙法

粘土斜墙采用粘土作防渗材料, 在原坝上游面分层填筑, 人工或机械夯实成斜墙, 粘土斜墙的主要优点是施工简单, 造价低廉, 适用于坝体不高、坝坡不稳定、坝体渗漏较为严重的水库, 坝址附近有适宜做防渗体土料的小型水库应优先考虑。采取在坝上游做粘土斜墙的措施, 形成一道新的防渗体, 对于较薄透水层的坝基渗漏, 也能结合处理, 这样可达到既处理坝体、坝基涌漏, 又节省投资的多重目的, 但在此项工程施工中应特别注意:基础及两岸结合面的处理要彻底;土料的各项指标要符合筑坝要求;土料要分层碾压夯实。只有这样, 才能保证处理达到预期效果。

2.6 灌浆处理法

对当地缺乏足够的粘土料或不能放空水库的土坝坝体渗漏, 坝基及绕坝渗漏, 适宜采用灌浆的方法来处理渗漏。土坝坝体灌浆分为充填式灌浆及劈裂式灌浆。一般来说, 对性质和范围均比较明确的局部隐患采用充填式灌浆方法, 而对于处理范围较大, 隐患部位不能完全确定的土坝坝体渗漏, 则以采用劈裂式灌浆方法效果为好。灌浆孔的布置, 一般可在渗漏段沿坝轴线布设单排孔, 也可以根据实际需要增加排数。

3 结论

土石坝是水库等水利工程中一项重要的施工项目, 土石坝在施工的过程中, 如果施工技术不够先进, 或者施工人员没有按照施工设计严格操作, 则会降低施工的质量, 会引起坝体危害, 养护人员在发现病害问题时, 一定要高度重视、及时处理, 这样才能避免危害扩大。施工设计人员一定要做好水文地质的勘察工作, 还了解坝体渗漏的危害, 这样才能避免不必要的经济损失。在养护与维护的过程中, 越早处理越容易操作, 如果养护人员不重视这项工作, 可能会造成无法挽回的后果。只有根据绕坝渗漏出现的原因, 找到具有针对性的处理措施, 才能保证维护的质量与效率。

参考文献

[1]胡海兵.水库土石坝工程渗漏的常见类型、原因及处理实例[J].科技创新导报, 2008 (06) .

[2]陈统新.水库土石坝工程渗漏的探讨[J].四川建材, 2007 (04) .

土石坝渗漏的解决对策 篇2

【关键词】土石坝渗漏；渗漏成因；解决对策

作为一个多年从事水利水电工程建设的技术人员，我深知做好土石坝渗漏技术工作，是在水利工程建设中的技术及施工管理人员值得关注、思考的问题。为做好土石坝渗漏技术管理工作，首先我们就要认清土石坝渗漏的原因，然后根据形成原因采取一些有的效解决办法，因此，本文首先对土石坝渗漏的原因进行了如下的分析，同时也提出了几点建议性的策略。

一、土石坝渗漏的原因及表现特征

1、本文主要从心墙、斜墙裂缝漏水；坝体因扩建加高，新老防渗体衔接处理不当漏水；土坝滑坡及沉陷等几个方面对土石坝渗漏的原因进行如下阐述：

心墙、斜墙裂缝漏水。在水利水电工程施工建筑中，我们能够经常看见心墙、斜墙裂缝漏水，这主要是因为心墙的填筑土料与斜墙和坝体的填筑土料不同，在受到外界因素的作用下，他们的形变不相同，导致形成裂缝，最终致使土石坝发生渗漏。

坝体因扩建加高，新老防渗体衔接处理不当漏水。在坝体加大扩建或经过多次扩建，在处理新老防渗体衔接的时候，处理防渗工作做得不够细致、认真，心墙加高时没有对老的心墙采取补救措施，扩建后库容增加、水位上涨，心墙防渗体承受的水力梯度逐渐提高，增加了坝体防渗体被击穿的危险；有的直接把心墙改成了斜墙，这样一来，土石坝体内原有的旧水就很难排出，久而久之，造成了土石坝渗漏的渗漏。

土坝滑坡及沉陷。土坝滑坡或沉陷往往是因为填筑的土料力学性能差，设计抗剪指标选用不当，坝坡设计不合理以及渗漏等原因造成的。

2、表现特征：土石坝建成蓄水之后，由于选取土料物理力学指标不当、施工队伍没有按照设计浸润线的水位标准来施工，使得蓄水后的实际浸润线水位经常高于设计的理论浸润线水位，多余的渗流就会从坝体的的下游坡面流出，导致下游坝坡失稳；另外，许多建筑施工人员认为土石坝的基础处理要求不高，忽略了基础的防渗处理措施，致使蓄水后土石坝基础渗水后，坝基发生危害性渗透变形，导致坝基或坝身淘空破坏。

二、对于土石坝渗漏采取的解决对策

土石坝防渗的解决方案有很多种，其中包括：上游水平防渗、垂直防渗和下游排水减压措施等。那么，在垂直防渗措施中主要有：土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆防渗墙，混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。其中混凝土防渗墙技术在土石坝的防渗加固方面应用最广，本文着重的介绍了在垂直防渗的解决方案中混凝土防渗墙技术的应用。

1、混凝土防渗墙技术

混凝土防渗墙技术在施工的过程中要注意以下几点：

第一，修建施工平台及导向槽。在造孔过程中，为了防止钻具撞击孔口，槽孔的泥浆、废水等在孔口处漫流，保护孔口的土体稳定，防止坍塌，造孔前应设导向槽。

第二，槽段划分及施工成槽。槽段的长度应尽量加长，以减少槽段间接头数量，提高墙体的整体性。宜采用冲击钻与液压抓斗相结合的“两钻三抓”成槽方式，即用冲击式钻机钻槽孔两端的接头孔，槽段中间部分用“三抓”完成。它的优点是既保证了端孔的造孔精度，又可增加槽长，充分发挥抓斗的效用，加快了施工进度。

第三，混凝土浇筑。采用直升导法浇筑水下混凝土，在浇筑前，导管内应设置可以浮起的隔离塞球，初浇前先将料斗口用带钢绳钢板封闭，向料斗内泵入一盘砂浆，再注满混凝土，然后同时拉开封底钢板，料斗内混凝土同时推挤皮球，通过皮球将泥浆从导管底部排出。在混凝土浇筑之后用泥浆固壁，可以起到冷却钻头、润滑钻具、悬浮岩屑以及防止坍孔的作用。抓斗在抓孔过程中，会有部分细砂或其他岩渣悬混在泥浆中，然后逐渐沉淀到底孔。抓斗在挖掘槽底部时也会遗留少部分细砂和岩渣，这些淤积物都必须在混凝土浇筑前清理干净，否则，会给墙体质量带来危害。这样不仅起到了防渗的作用，同时还更能适应水利水电工程的地质条件以及新老防渗体的衔接。

第四，混凝土防渗墙技术在施工的过程中我们一定要控制好槽孔深度、混凝土的原材料和混凝土的配合比以及混凝土入导管前的质量，这样才能彻底的解决土石坝渗漏问题。

2、砂浆板桩技术

对于因系粉沙、淤泥等软基层产生的坝基渗漏，且软弱层较浅，可采用砂浆板桩法处理。

3、灌浆帷幕技术

对于由坝基透水层过深，修建防渗墙的时候，对于处理坝基渗漏困难或坝基透水层中有较大的漂砾、孤石等，造孔效率甚低。需要对坝基局部进行渗漏处理时，可采用灌浆帷幕方法。

结束语

由此可见，在水利水电工程中，土石坝防渗工作是一项十分麻烦和艰巨的工作，这就需要水利水电建筑工作者，尤其是土石坝建筑工作人员在日常的防护渗漏工作当中，善于发现问题形成的原因，同时还要对其找出解决的办法，不断地总结经验、积累经验，这样才会做好工作，获得更大的建筑施工技术成效。本文只是对水利工程土石坝渗漏的成因做出了几点简单的探讨以及给出了几点解决的对策，由衷的希望，在今后的水利水电工程土石坝渗漏工作中，有更多的人士能够参与进来。

参考文献

[1]陈亮，吴勇，陈建生.坝基集中渗漏通道的温度场反分析与试验研究[J].东华理工学院学报，2007年04期

[2]王卫.某水库11号坝填筑土软弱带专项分析[J].中国农村水利水电，2011年07期

[3]李风祥.滦河右堤蔡营段管涌成因分析[J].南水北调与水利科技，2001年03期

[4]宋华波，秦双乐.楼子坪水库渗漏地质分析及处理措施建议[J].才智，2010年12期

[5]任寿所.土石坝工程渗漏中存在常见问题与处理措施[J].经营管理者，2010年19期

土石坝渗漏原因分析 篇3

1 大中型水库土石坝工程渗漏问题及原因分析

1. 1 坝体渗漏问题及原因分析

在大中型水库土石坝工程中, 坝体心墙以及斜墙是重要的组成部分, 相较于其他部位来说, 心墙和斜墙的组成材料有着一定的区别, 在大中型水库建成并投入使用一段时间之后, 土石坝心墙及斜墙的材料可能会出现变形, 这就导致心墙或斜墙可能出现裂缝, 从而引起土石坝渗漏问题。心墙或斜墙出现裂缝之后, 渗漏水流会沿着裂缝大量的窜涌, 水流有着强大的冲击力, 在长期水流的冲击下, 土石坝裂缝会逐渐贯穿, 最终出现管涌现象, 土石坝的一些防渗材料在管涌的带动下会流向土石坝下游, 这就使得土石坝工程的心墙和斜墙失去了防渗功能, 坝体渗漏问题随之产生[1]。

要想解决大中型水库土石坝坝体的渗漏问题, 首先要了解坝体渗漏的原因, 具体来说主要有以下几个方面: ( 1) 坝体及材料问题: 土石坝坝体建设的过于单薄或者使用的土料透水性过大, 则可能导致坝体渗漏, 严重时可能引发散浸; ( 2) 坝体质量较差: 坝体质量差使得其抗冲击能力变差, 例如心墙或斜墙的结合出现问题, 则可能出现裂缝, 引起坝体渗漏, 碾压程度不足或者漏压也可能导致坝体渗漏; ( 3) 反滤设施原因: 如果反滤设施质量较差, 或反滤层没有按照规定的标准进行铺设, 则可能破坏土石坝心墙和斜墙, 甚至引起管涌塌方事故; ( 4) 坝体沉降:土石坝坝体出现不均匀的沉降则可能导致横向裂缝或水平裂缝的产生, 从而导致坝体遭到集中性的破坏, 引起渗漏; ( 5) 生物洞穴: 坝体受到生物洞穴的侵蚀也可能出现渗漏, 例如蚁穴、树根洞穴等。

1. 2 坝基渗漏问题及原因分析

坝基是大众型水库土石坝的基础性建设, 如果坝基透水性较强或者坝基防渗不到位则可能引起坝基渗漏。建设坝基的材料至关重要, 如果使用一些强透水性的坝基材料, 例如砂层、砂砾石等, 这会导致地层渗流较大, 再加上没有良好排水减压设施, 则会导致出逸坡降超过临界坡降, 渗水则通过透水层从坝脚出逸出, 这就形成了坝后沼泽, 甚至导致坝体变形, 浑水流出, 这就是坝基渗漏。

坝基渗漏问题的主要原因主要有以下几个方面: ( 1) 坝基清理不彻底: 在修筑土石坝之前, 没有将坝基处杂草、树根等清理干净, 或者风化层未清除, 则会引起接触面或者层面出现渗漏的现象; ( 2) 防渗措施不足: 对于强透水性坝基基础材料来说, 没有设置截水墙等防渗设施, 或砂卵石基础上坝之前没有铺盖防渗层等都属于防渗不到位, 可能引起坝基渗漏[2]; ( 3) 反滤层未设置: 在大中型水库内黏土铺盖下漏设反滤层则会导致铺盖遭遇渗透破坏, 引起坝基渗漏。

1. 3 绕坝渗漏问题及原因分析

大中型水库土石坝绕坝渗漏主要指的是渗水绕过坝头从两端渗漏并在下游岸逸出的问题。绕坝渗漏一般发生在坝体两端的松散处, 例如岩石风化层、透水层的基岩处等, 绕坝渗漏可能导致坝肩出现滑动, 下游的输水渠等建筑物很可能遭到破坏。

引起土石坝绕坝渗漏的原因主要有两个方面: ( 1) 阻水性差: 覆盖层较为淡薄或与坝体连接的山体淡薄可能会导致绕坝问题的出现; ( 2) 岩层问题: 岩层出现生物洞穴或破碎等问题会形成渗漏通道, 引起绕坝渗漏。

2 大中型水库土石坝工程渗漏问题的处理方法

2. 1 回填防渗墙

在土石坝发生渗漏问题时, 在渗漏范围之内找合适的地方进行凿孔, 之后向孔内进行回填粘性土料, 回填之后进行压实处理, 通过一层一层的回填压实来形成防渗墙, 阻断渗漏通道, 从而解决土石坝渗漏问题。这种回填防渗墙方法采用的机械设备相对简单, 且工程量较小, 经济性好, 防渗效果较好, 因此在大中型水库土石坝防渗漏工作中经常被使用到。

2. 2 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙主要针对的是土石坝坝基渗漏问题, 在坝基上利用高速射流来钻孔, 破坏图结构层, 将泥浆注入到孔内, 泥沙会回流到地面, 之后利用导管向孔内进行混凝土浇筑, 这就形成了混凝土房防渗墙。混凝土防渗墙适用于透水性较高材料的坝基, 在施工的过程中要注重控制施工质量, 此外, 要保证钻孔的深度, 相对于不透水层来说, 一般要深入5 米。

2. 3 高压喷射灌浆

在大中型水库土石坝防渗漏工作中, 高压喷射灌浆防渗得到了广泛的应用, 防身效果较好, 高压喷射灌浆防渗原来有着一定的局限性, 只可以在土层、沙层级细颗粒的砂砾层中应用, 但随着技术的发展, 其应用范围也逐渐扩大, 在砂卵石、堆石渣层中也可以应用。首先, 对土石坝坝体进行钻孔, 用泥浆固壁, 在钻好的孔中放入高压喷射管; 之后高压喷射管进行高压喷射, 高压喷射的冲击力较强, 喷射的射流会与被破坏的土体相互搅拌; 再之后将喷嘴向上提, 在坝基中按照一定的厚度、形式、深度、方向来形成与地基紧密结合的凝结体, 这就起到了良好的防身效果。高压喷射灌浆防渗有着施工效率高、防渗效果好的特点。

2. 4 具体渗漏问题的针对性处理措施

( 1) 坝体渗漏针对性处理: 心墙坝用充填泥浆或破裂灌浆的方式防止渗漏, 斜墙坝用沥青或粘土住斜墙, 之后做好导渗工作, 用翻筑、回填、填充泥浆等方式来处理水平或横向裂缝的渗漏, 用堵洞的方式来处理生物洞穴引起的渗漏, 用灌浆、排水的方法处理山体渗漏和接触面渗漏; ( 2) 坝基渗漏: 坝基渗漏可以在筑坝前修剪铺盖、截渗墙等, 也可以进行帷幕灌浆, 对于心墙坝来说, 只能采用帷幕灌浆的方式[3]; ( 3) 绕坝渗漏: 主要是对坝肩处进行处理, 例如灌浆处理、做截渗墙、铺盖等, 如果是心墙坝的坝体与山体接触面出现渗漏, 则只能够用灌浆的方式来处理渗漏问题。

3 大众型水库土石坝防渗漏问题处理实例分析

云南省曲靖市的独木水库是一座大 ( 2) 型水库, 其有着农业灌溉、防洪防汛、发电等功能, 经济效益与社会效益巨大, 2008 年12 月, 独木水库土石坝坝体的输水涵洞、溢洪道出现渗漏, 之后采取坝体防渗墙、坝端帷幕灌浆等方式进行防渗处理, 消除了原油的背水坡渗漏湿润, 管涌现象消失, 满足了安全运行要求。

镇沅县靛坑河水库属于中型水库, 2001 年建成蓄水后发现绕坝渗漏, 帷幕线的施工长度不足, 渗漏通道并没有被完全阻断, 2003 年云南省水利水电设计院对镇沅县靛坑河水库土石坝进行了绕坝渗漏处理, 主要对水库土石坝左岸进行了灌浆处理, 绕坝渗漏问题得以解决。

梅州市和山岩水库兴建于1958 年, 属于中型水库, 经过安全鉴定后, 发现水库坝基渗漏严重, 输水涵裂缝出现渗漏, 同时发现了左岸坝肩的绕坝渗漏。2001 年, 对水库进行渗漏处理, 土石坝前坡进行了混凝土护坡处理, 坝基以及坝体进行了灌浆处理, 对输水涵进行了改造, 同时针对性的对左岸坝肩进行了灌浆处理, 解决了绕坝渗漏的问题。

4 结论

综上所述, 大中型水库是重要的基础性建设, 其对于防洪防汛、城乡供水、水力发电等各个方面都有着重要的问题。土石坝渗漏是大中型水库常见的渗漏问题, 其影响力大中型水库社会效益和经济效益的实现。土石坝渗漏问题形式多样, 影响因素众多, 防渗漏问题逐渐被人们重视起来。本文从坝基渗漏、坝体渗漏、绕坝渗漏等三个方面分析了大众型水库土石坝的渗漏问题, 并针对性的提出了具体的解决措施, 旨在为大中型水库土石坝防渗漏工作提供相关参考, 以此来保证大中型水库经济效益和社会效益的实现。

参考文献

[1]陈统新.水库土石坝工程渗漏的探讨[J].四川建材, 2007 (04) ∶13-15.

[2]陈洋, 王立彬, 王旭东.病险土石坝除险加固防渗方案的比选[J].水利科技与经济, 2010 (02) ∶136-139.

土石坝渗漏原因分析 篇4

摘要：劈裂灌浆技术是我国水利工作者通过总结土坝坝体灌浆经验提出的一种新式灌浆方法，由于施工简便、材料来源广、投资省而在土坝坝体防渗加固工程中取得显著成效，本文结合广东四会大南山水库大坝坝体防渗加固实践分析了该项技术的应用。

关键词：劈裂灌浆；防渗加固；应用；土石坝

劈裂灌浆技术产生于20世纪70年代，是在充填灌浆基础上发展起来的一种新型灌浆技术，已成功用于上千座土坝坝体，在中小型水库大坝除险加固工程中取得良好效果[1]。该项技术具有处理效果好、施工简便、经济性强等优势，适用于各类型的土坝坝体，如低矮均质坝和高薄心墙坝坝体。土坝坝体施工时若碾压不实就会出现坝体松散、裂缝较多、渗漏严重等问题，通过劈裂灌浆可有效填塞渗漏通道，并能在坝体内部形成一道连续的防渗墙，这样就能达到防渗加固的效果[2]。广东四会大南山水库应用劈裂灌浆技术很好地解决了坝体渗水严重的问题，本文相关应用进行了分析。

1 工程概况

四会大南山水库建于1971年12月，是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖的小（一）型水库。集雨面积3.36km2，总库容145万m3，承担4.7km2以上的农田灌溉任务。大坝为均质土坝，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5，坝顶长141m，坝顶宽6m，坝顶高程110m，最大坝高35m。水库建设时发动群众采用大兵团作战方式，建成之初坝体就出现了严重的渗漏，加上其他一些问题，使水库一直未能正常运行。于是上级主管部门决定投资对水库进行维修加固，其中大坝坝体防渗选择了劈裂灌浆技术。经过处理大坝坝体渗漏问题得以解决，水库最终也可以正常运行了。

2 劈裂灌浆施工准备与试验

2.1 灌浆孔布置

由于坝顶宽只有6m，所以沿坝轴线布置单排孔。由于该坝坝体碾压质量较差，并且渗水又较严重，所以决定钻孔至坝底，最大孔深大于等于35m。根据《土坝坝体灌浆技术规范》规定，孔深大于15m时，终孔孔距可采用10m。岸坡段孔深小于15m时，终孔孔距取5m。为了保证浆液在坝体内有足够的析水固化时间，所以分两序施工。根据钻孔深度，考虑泥墙厚度10～20cm。灌浆液采用纯黏土浆，干容重取灌浆1年后1.40～1.60t/m3。

2.2 灌浆仪器设备准备

根据大坝劈裂灌浆设计要求，选择钻机为XJ-100型，该设备最大钻进深度可达100m，终孔直径75mm，并且具有回转和冲击两种钻进功能。泥浆搅拌机采用WJG-80型，搅拌容量为280L。泥浆泵采用BW-250/50型（2套），为3缸泵，流量15m3/h，最大压力可达5MPa。其他设备和仪器包括水泵（配套柴油电动机）、1000L储浆罐、测斜仪、压力表、输浆胶管、比重计、经纬仪、水准仪、灌浆记录仪等。

2.3 灌浆试验

正式施工前，根据设计要求进行劈裂灌浆生产性试验，以确定施工参数。泥浆采用当地经过筛选的黏土配制，黏土性能符合《土坝坝体灌浆技术规范》规定的要求。开灌浆液密度取1.2～1.3g/cm3，坝体劈开后更换为密度1.5～1.6 g/cm3浓浆，封孔浆液密度取1.7 g/cm3。起始劈裂压力为130～190kPa，最大单孔灌浆压力为230 kPa。

3 劈裂灌浆施工

3.1 施工流程

平整场地→做阻浆盖→布孔放样→造孔→制浆→灌浆→终灌→封孔→顶面处理

3.2做阻浆盖

为避免灌浆时孔口开裂或冒浆，沿坝轴线（即孔口中心线）挖一条沟槽，宽、深为0.7m×1.5m，然后填入黏土并夯实，这就是阻浆盖。

3.3布孔放样

按设计要求测量放样，放出孔口位置。然后在各孔口位置打入钢制孔口管。管子直径101mm，长2m。

3.4造孔

钻孔分序钻进，先钻1序孔，孔距为20m或10m。完成1序孔灌浆后再在孔之间造2序孔，终孔孔距就达到10m或5m。钻孔采用湿钻方法，并以少量泥浆护壁。开钻直径85mm，终钻直径75mm，控制孔斜不超过孔深的3%。经过检测孔深达到设计深度就下放注浆管。管底距孔底0.5～1m。整个钻孔过程做详细记录。

3.5制浆

采用湿法制浆。黏土先经过浸泡，再过筛后加入搅拌机中，搅拌之后过2道5mm孔的筛网就可以放进储浆罐内。安排专人测试泥浆密度和黏度，黏度应控制在20～100s之间，开灌或小裂缝采用20s的泥浆，大裂缝采用50～100s的泥浆，终灌用100s以上的泥浆。灌浆前泥浆应再过1道35孔/cm2的筛网。

3.6灌浆

劈裂灌浆原则是“稀浆开路，浓浆灌注”、“限量灌浆，少灌多复”的原则。稀浆开路是指采用1.2～1.3g/cm3的稀浆开灌，坝体开裂后再采用1.5～1.6 g/cm3的浓浆。限量灌浆是指每个孔每次灌浆量控制在0.5～1.0m3之间，少灌多复是说每孔灌浆次数要达到5～10次。复灌间隔5d。灌浆采用孔底注浆、全孔灌注的方式，同时控制一次灌浆量和灌浆压力。每次复灌浆前提升灌浆管1～2m，避免孔底堵塞和孔口冒浆，但最后1次灌浆管不能太短，距坝顶不少于5m。灌浆压力控制要满足“内劈外不劈”的原则。对于初灌和复灌不起压的孔，劈裂压力一般在50kPa以内，这种情况下应全泵量灌注，直至限定灌浆量为止。对于孔内吃浆量明显，同时孔口压力也会升高的情况，国内工程劈裂压力大都在50～300kPa范围内，本工程在130～190kPa之间，最大不超过230kPa。灌浆开始后压力升至最大值，劈裂后压力迅速下降直至零。随着复灌次数增加，坝体质量改善，灌浆压力会有所提高。为了保证大坝安全和取得较好的灌浆效果，每次灌浆时都要监测坝体横向水平位移量。本工程设计要求最大位移限定在3cm以内，实测平均位移1.5cm，最大位移为3.3cm，此时最大裂缝宽度为2.1cm。

3.7终灌

当坝顶裂缝开始冒浆，在无压状态下反复轮灌，直至坝顶表面3次冒浆，并且裂缝内浆液面不再下沉，这时即可终灌。

3.8封孔

终灌后拔出注浆管，静置1d后抽出孔内清水，填入密度1.7 g/cm3的浓浆。再静置1周后抽水并注入浓浆，然后填入干土封孔，压实。

4灌浆问题处理

4.1冒浆问题

施工过程中曾出现输水涵管处冒浆问题。钻孔时产生严重冒浆会降低钻进效率，延长施工工期，所以要采取措施处理。解决办法是停灌待凝，并在泥浆中加入膨润土增稠，通过少灌多复方式封堵冒浆处的裂缝。

4.2 卡钻现象

由于坝体填筑时使用了部分塑性较大的黏土，施工时发生缩孔而卡钻，采用常规倒打吊锤起吊钻杆方式起吊缓慢，而且因为振动加重了缩孔，导致注浆管无法下放到位，后来改用倒链起吊钻杆才解决了这个问题。

4.3 串浆问题

施工过程中出现相邻两孔或隔孔冒浆现象，表明两孔或隔孔之间的浆脉连通了，这种现象称为串浆。为了阻止串浆，应堵塞冒浆的孔后再继续灌浆。

4.4 复灌压力

前已述及，随着复灌次数增加，灌浆压力会有所提高，但很多时候复灌压力低于初灌压力，究其原因是浆液未凝结所致，可在浆液中掺入干土质量15%的水泥，可加快浆液凝结。

5 結语

四会大南山水库土坝坝体经灌浆处理后，坝体渗漏量明显减小。两年后探测发现劈裂灌浆形成的浆脉已连成整体，防渗帷幕墙已经形成，坝体内裂缝、空穴等缺陷已被填实，表明劈裂灌浆技术应用于土坝坝体防渗加固取得满意效果。

参考文献：

[1] 王或果. 劈裂灌浆技术应用过程控制要点分析[J]. 水利建设与管理，2015（3）：23-26.

土石坝渗漏变形中的防渗加固 篇5

关键词：土石坝,防渗变形,大坝加固

前言

近些年来, 随着国家经济的快速发展, 国家加大了对于水利设施的投入力度, 各地掀起了一轮建设水利设施的高潮。在这一建设过程中, 土石坝以其所具有的优势在建设过程中占据着重要的地位。在广泛应用土石坝的过程中, 由土石坝渗漏所导致的变形乃至溃坝问题不容忽视, 应当做好对于原有及新建土石坝采取相应的防渗加固措施来提高土石坝的使用可靠性及使用寿命。

1 土石坝渗透所导致的严重危害

在土石坝的使用过程中, 由于渗透作用会使得渗流在流过坝体的过程中由于机械或化学的作用对土石坝的坝体产生局部的破坏, , 从而破坏了土石坝坝体的整体性结构, 从而导致土石坝在水压力的作用下产生一定的变形, 从而造成了土石坝产生了严重的病险。其中, 在我国各地中所使用的大、中、小型水库中土石坝坝型是一种使用较为广泛的坝型, 渗透变形会使得土石坝溃坝的几率大增, 从而严重影响着人民的生命和财产安全, 采取有效的防渗措施来确保土石坝的安全是现今乃至今后一段时间内的重点。

2 土石坝渗漏的途径

土石坝的渗漏除了沿着大坝坝基的断层破碎带或是岩溶地层向下渗漏外, 最主要了的渗漏途径是沿着土石坝的坝身土料、坝基土体或是绕过坝端向下游渗漏, 初期的渗漏量相对较小, 如未能采取有效地措施来解决渗漏问题, 渗漏将会破坏土石坝的整体性结构, 从而对坝体造成严重的破坏从而造成溃坝等严重后果。渗漏会造成水库等水利工程中的蓄水量的损失, 除了以上危害外渗漏还会造成土石坝的浸润线抬高, 从而使得土石坝的下游坝坡容易出现散浸现象, 使得土石坝坝体的抗剪切能力下降, 严重时容易造成土石坝坝体的滑坡。土石坝的渗漏还容易使得土石坝出现管涌或是流土等渗透变形, 严重时甚至会出现集中渗漏, 从而极大的增加了土石坝溃坝的几率。

3 造成土石坝渗漏的原因分析

土石坝是一种在我国应用较为广泛的坝型, 造成其出现渗漏的原因主要有以下几个方面: (1) 土石坝中的心墙与斜墙出现裂缝, 土石坝的坝体中心墙与斜墙是土石坝中的重要结构, 其组成材料主要是由防水材料组成, 但是在土石坝使用一段时间后, 由于施工质量、、外部因素以及其他一些原因造成土石坝中的心墙和斜墙出现一定的破损裂缝, 将会使得土石坝心墙与斜墙的防渗效果大打折扣, 从而造成土石坝渗漏的发生。当渗漏不断进行将会使得原先细小的渗漏水逐渐演变成渗漏水流, 渗漏水流在冲击力、流量等方面都有着很大的提高, 往往演变成管涌等严重影响土石坝的现象, 土石坝在管涌的作用下将会严重破坏土石坝心墙与斜墙的防渗效果。 (2) 土石坝设计、建造存在一定的问题, 在进行土石坝设计时, 对于土石坝坝体的填土与排水体之间的反滤层设计不够科学, 从而使得土石坝因各个层面之间的系数过大、错断混层等问题从而使得土石坝的反滤层失去原有的效果。反滤层是土石坝防止渗漏的重要屏障, 当土石坝的反滤层完好时, 即使心墙和斜墙因裂缝产生泄露时, 土石坝因渗漏所导致的破坏也将会控制在一个较为合理的水平范围内, 同时由于土石坝的防渗体无法达到土石坝的坝基以及可靠的黏土层内, 当在进行截水槽开挖时未能按照标准施工, 将会造成严重的安全隐患。 (3) 土石坝的实际浸润线较设计浸润线来的高, 从而造成土石坝的坝体下游的坡面常常处于较为湿润的状态, 从而使得土石坝的坡面无法保持较为稳定的状态。造成的土石坝浸润线提高主要是是由于施工人员在进行施工的过程中未能考虑到土石坝的分层碾压, 从而致使坝体因碾压而形成许多水平层面, 增大了水平渗透的效效果果。。

4 如何做好土石坝的防渗加固

4.1 加强对于土石坝坝基的防渗加固

在进行土石坝的基础施工过程中, 需要做好对于土石坝基础的处理, 采用合理、规范的施工工艺, 确保土石坝基础的施工质量。特别是对于一些大型的土石坝, 在进行土石坝基础的施工过程中, 需要在确保土石坝基础承载能力的基础上做好对于土石坝基础的稳定性处理工作, 在解决了技术问题的基础上才能进行后续的填筑施工。尤其是对于一些在深覆盖层上修筑的土石坝, 在进行土石坝基础施工时, 需要使用防渗墙、固结灌浆等方式来提高地基处理的水平, 做好地基的防渗处理可以采用水泥或化学材料灌浆、混凝土塞、混凝土防渗墙或是加宽心墙, 加设防渗铺盖, 做好排水反滤用以阴截渗流从而防止管涌和溶蚀等问题。

4.2 如何做好混凝土防渗墙的修筑

在进行混凝土防渗墙施工时, 在土石坝坝基上使用钻机进行钻孔作业, 孔呈槽型。在进行钻孔作业时通过利用高压水泵水流的冲击力来破坏土石坝地基的土层结构, 待到泥浆进入到钻孔底部时, 在回流到地面上, 这样就会使得回流的泥沙溢出地面, 从而对壁面进行加固, 而后利用导管, 在导管内装入浇筑好的混凝土往孔内进行浇筑, 从而形成一道完善的混凝土槽墙, 完成对于土石坝的防渗加固。在进行防渗墙的施工过程中, 需要控制好施工质量, 壁面因施工质量问题而造成截断渗流。

4.3 混凝土的浇筑

对于水下混凝土采用直升导管法浇筑时需要在浇筑前在导管内设置可以浮起的隔离塞球, 初浇前首先应将料斗口用带钢绳钢板进行封闭, 向料斗内泵入一定的砂浆, 而后再进行混凝土的浇筑, 然后同时拉开封底钢板, 在料斗内混凝土同时推挤皮球, 通过皮球将泥浆从导管底部排出, 在完成了混凝土的浇筑后, 用泥浆固壁, 在确保悬浮岩屑、润滑钻具的同时还可以冷却钻头防止坍孔。

4.4 高压喷射灌浆防渗

高压喷射灌浆防渗是一种在土石坝防渗加固过程中应用较多的一种防渗措施, 采用高压喷射灌浆能够在确保施工质量的同时保证施工速度。采用高压喷射能够在减少高压喷射能量的同时提高浆液的渗透能力, 从而提高了成墙效率。在进行高压喷射灌浆施工过程中, 首先使用钻机在土石坝的坝体层进行钻孔, 而后使用泥浆固壁, 将喷射管防止在钻好的钻孔内, 而后使用高压泵泵出高压射流, 由于喷射的射流冲击力较强, 从而能够破坏土体结构, 使土体结构能够与喷射的水流进行搅拌从而形成相应的浆液, 待到浆液凝固后将在地基中按照设计的方向、深度以及厚度等于土石坝地基形成紧密的结合体, 从而达到土石坝防渗加固的效果。

5 结束语

土石坝是一种在我国应用较多的一种坝型。在土石坝的使用过程中会由于各种原因造成土石坝渗漏变形, 从而造成土石坝存在较大的安全隐患, 为解决这一问题需要做好土石坝的防渗加固, 确保土石坝的正常使用。

参考文献

[1]任寿所.土石坝工程渗漏中存在常见问题与处理措施[J].经营管理者, 2010, 19.

[2]闫宝宏.后张法预应力混凝土施工技术在水利工程中的应用[J].黑龙江水利科技, 2011, 1.

土石坝土料压实质量控制分析 篇6

土料的压实是保证土石坝施工质量的关键。由于土是松散颗粒的集合体, 其自然的稳定性主要取决于土粒的内摩擦力和凝聚力;而土料的内摩擦力、凝聚力和抗渗性都与土的密实性有关, 密实性越大, 其物理力学性能就越好。由于土体是三相体, 即土体是由固相的土粒、液相的水和气相的空气所组成。通常土粒和水是不会被压缩的, 土料压实的实质是将水包裹的土粒挤压填充到土粒间的空隙里, 排走空气占有的空间, 使土料的空隙率减少, 密实度提高。所以, 土料压实的过程实际上就是在外力作用下土料的三相重新组合的过程。土料的压实效果, 与土料本身的性质、颗粒组成情况、级配特点、含水量大小以及压实功能等有关。一般黏性土料的黏结力较大, 摩擦力较小, 具有较大的压缩性, 但由于其透水性小, 排水困难, 压缩过程慢, 所以很难达到固结压实。而非黏性土料黏结力小, 摩擦力大, 具有较小的压缩性, 但由于透水性大, 排水容易, 压缩过程快, 能很快达到密实。土料颗粒的大小与组成也影响压实效果。颗粒愈细, 孔隙比就愈大, 所含矿物分散度愈高, 愈不容易压实。所以黏性土的压实干表观密度低于非黏性土的压实干表观密度。颗粒不均匀的砂砾料比颗粒均匀的砂砾料达到的干表观密度要大一些。土料的含水量也是影响压实效果的重要因素之一。当压实功能一定时, 黏性土的干表观密度随含水量的增加而增大, 当含水量增大到某一临界值时, 干表观密度达到最大, 此时如进一步增加土体含水量, 干密度反而减小, 此临界含水量值称为土体的最优含水量, 即相同压实功能时压实效果最大的含水量。对于每一种土料, 在一定的压实功能下, 只有在最优含水量范围内, 才能获得最大的干表观密度, 且压实也较经济。非黏性土料的透水性大, 排水容易, 不存在最优含水量, 故对含水量不作专门控制。压实功能的大小, 也影响着土料干表观密度的大小。压实功能增大, 干表观密度也随之增大, 而最优含水量随之减小。说明同一种土料的最优含水量和最大干表观密度, 随压实功能的改变而变化, 一般说来, 增加压实功能可增加干表观密度, 这种特性对于含水量过低或过高的土料更为突出。

2 土料压实方式比选

土料不同其物理力学性质也不相同, 因而使之密实的作用外力也不相同。对于黏性土来说, 黏性土料的黏结力是主要的, 这就要求压实作用外力能够克服其黏结力;对于砂性土料、石渣料、砾石料等非黏性土料, 其内摩擦力是主要的, 要求压实作用外力能克服颗料间的内摩擦力。不同的压实机械产生的压实作用外力不同, 按其作用原理, 大体上可以分为碾压、夯击和振动三种基本类型。碾压的作用力是静压力, 其大小不随作用时间变化。夯击的作用力为瞬时动力, 具有瞬时脉冲作用, 其大小随时间和落高而变化。振动的作用力为周期性的重复动力, 其大小随时间呈周期性变化, 振动周期的长短, 随振动频率的大小而变化。常用的土料压实机械有羊脚碾、气胎碾、振动碾和夯实机械等。

(1) 气胎碾:

气胎碾是一种拖式碾压机械, 分单轴和双轴两种.如图所示是单轴气胎碾.单轴气胎碾的主要构造是由装气胎碾载荷载的金属车箱和装在轴上的4～6个充气轮胎组成.碾压时在金属车厢内加载同时将气胎充气至设计压力.为避免气胎损坏, 停工时用千斤顶将金属车箱顶起, 并把胎内的气放出一些。气胎碾的适应范围广, 对黏性土和非黏性土都能压实, 在多雨地区或含水量较高的土料更能突出它的优点。其与羊脚碾联合作业效果更佳。

(2) 羊脚碾:

羊脚碾就是在碾压滚筒表面设有交错排列的截头圆锥体, 状如羊脚, 仅适用于黏性土的压实。碾压时, 羊脚插入土料内部, 使羊脚底部土料受到正压力, 羊脚四周侧面土料受到挤压力, 碾筒转动时, 土料受到羊脚的揉搓力, 从而使土料层均匀受压。对于非黏性土料, 由于土颗粒易产生竖向及侧向移动, 故而碾压效果较差。进退错距法。即沿直线前进后退压实, 反复行驶, 达到要求后错距, 重复进行。此种方式压实质量好, 遍数好控制, 但后退操作不便, 适用于狭窄的工作面;回转套压法。即先沿填土一侧开始, 逐圈错距以螺旋形开行, 逐渐移动进行压实, 机械始终前进开行, 生产率高, 适用于宽阔的工作面, 并可多台羊脚碾同时前进工作。但拐角处及错距交叉处易产生重压和漏压。当转弯半径小时, 容易引起土层扭曲, 产生剪力破坏, 在转弯的四角容易漏压质量难以保证。

(3) 夯实机械:

夯实机械是利用夯实机具的冲击力来压实土料的, 既可以用来夯实砂砾土料, 也可用来夯实黏性土料, 常用的机械有挖掘机夯板和强夯机。挖掘机夯板是一种用起重机械或正向铲挖掘机改装而成的夯实机械。夯板多为圆形或方形, 面积约1m2, 重量为1～2t, 提高高度为3～4m, 利用冲击作用对土体进行压实。其主要优点是压实功能大, 生产率高, 有利于雨期、冬期施工。当石块直径大于500mm时, 工效大大降低, 压实黏性土料时, 表层容易发生剪切破坏。强夯机是由高架起重机和铸铁块或钢筋混凝土块做成的夯砣组成。夯砣的重量一般为10～40t, 由起重机提升10～40m高后自由下落冲击土层, 影响深度达4～5m。压实效果好, 生产率高, 用于杂土填方、软基及水下地层。

(4) 振动碾:

振动碾是一种具有静压和振动双重功能的复合型压实机械, 它是由起振柴油机带动碾滚内的偏心轴旋转, 通过连接碾面的隔板, 将振动力传至碾滚表面, 然后以压力波的形式传到土体内部。适用于非黏性土料和黏粒含量、含水量不高的黏性土料的压实。振动碾可以有效地压实堆石体、砂砾料和砾质土, 是土坝砂壳、堆石坝碾压必不可少的工具。在振动力的作用下, 土中的应力可提高4～5倍, 压实层达1m以上, 有的高达2m。

3 土料压实质量控制措施

土石料压实得越好, 物理力学性能指标就越高, 坝体填筑质量就越有保证。但土石料的过分压实, 不仅提高了压实费用, 而且会产生剪切破坏, 反而达不到应有的技术经济效果。因此, 应确定合理的压实标准。一般, 黏性土的压实标准主要是以压实干表观密度帕和施工含水量这两个指标来控制的;非黏性土料是以相对密度来控制的;而石渣或堆石体则可用孔隙率作为压实指标。

(1) 黏性土料:

压实干表观密度黏性土料的压实干表观密度常用击实试验来确定。这种方法对大多数黏性土料是合理的、适用的。但是, 土料的塑限含水量、黏粒含量不同, 对压实度都有一定影响, 非黏性土料的压实程度与颗粒级配及压实功能关系密切。

(2) 施工含水量:

施工含水量是由标准击实条件时的最大干表观密度确定的, 但最大干表观密度对应的最优含水量是一个点值。而实际的天然含水量总是在某一范围内变化, 为适应施工的要求, 必须围绕最优含水量规定一个范围, 即含水量的上下限。

(3) 相对密度与干袁观密度换算:

在现场用相对密度来控制施工质量不太方便, 通常将相对密度转换成对应的干表观密度来控制, 其大小按非黏性土不同砾石含量, 分别确定不同标准。

(4) 土料压实参数的确定:

在确定土料压实参数前必须对土料场进行充分调查, 全面掌握各料场土料的物理力学指标, 在此基础上选择具有代表性的料场进行现场试验, 作为施工过程的控制参数。当所选料场土性差异较大时, 应分别进行碾压试验。如试验不能完全与施工条件吻合, 在确定压实标准的合格率时, 应略高于设计标准。土料填筑压实参数主要包括碾压机具的重量、含水量、碾压遍数及铺土厚度等, 对于振动碾还应包括振动频率及行走速率等。压实试验前, 应选择具有代表性的料场, 通过理论计算并参照已建类似工程的经验, 初选几种碾压机械和拟定几组碾压参数, 采用逐步收敛法进行试验。先以室内试验确定的最优含水量进行现场试验。

4 结束语

通过对水库大坝不均匀土料填筑过程的压实控制最大干密度变化范围较大的情况时应根据实据情况查明土料的干密度及组成的变化范围, 在土石方填筑施工过程中不易采用一个固定的干密度值进行控制遇到土料场土料分布不均匀合理的确定出切实实际的、有利于工程进展的压实控制指标。根据施工实践经验会随着土料场开采深度的加大而增大但我们的目的是使土料最终的填筑密度均值能达到设计要求。

摘要：结合工作经验论述了在水库实际施工中土料压实难控制的实际问题。主要从土料的颗分试验判明土料及击实试验、压实机械的比选等方面对压实度进行全面控制, 提高了水库大坝工程质量为今后类似工程提供工程参考资料。

关键词：水利工程,土料,压实控制,水库

参考文献

土石坝土工膜防渗渗流分析 篇7

土石坝是利用砂、土、砂砾以及石料等坝址材料填筑而成的挡水建筑物。由于可就地取材、对地形地质条件适应性强、施工进度快、造价低，土石坝是目前最古老且应用较广的坝型。但散粒体材料之间的孔隙，在水压力的作用下，水流会沿坝体土料、坝基土料、坝肩两岸地基中的孔隙向下游渗透，造成坝体、坝基的渗漏。

土工合成材料是一种以聚合物为原材料人工合成的新型防渗材料，在水利水电工程方面的应用主要包括防渗、排水、反滤，隔离、封闭、护岸护底工程、防汛抢险等方面[1]。土工膜防渗结构具有不透水性强，抗冻性好，重量轻，体积小，厚度薄，便于施工和造价低的特点，具有广泛的应用，土工膜防渗技术在我国土石坝中的应用已渐趋成熟，特别在新建的中低土石坝、病险土石坝以及堤防的除险加固中等应用较广[2]。

1 土石坝渗流分析

土石坝如果渗透性过大，不仅使水量大量流失，而且还会引起坝体和坝基产生管涌，流土等渗透变形，严重者可导致溃坝事故[3]，必须进行渗流分析。渗流分析研究的主要任务是根据坝体浸润线的位置确定渗透流量和渗透压力、确定坝基平均水力坡降和出逸坡降；土石坝渗流分析方法可分为流体力学法，水力学法，数值解法和流网法，一般可采用水力学法进行计算[4]。

土石坝水力学法渗流分析的基本思路是把坝内渗流区域划分为若干段（一般为两段），建立各段水流的运动方程式，并根据渗流的连续性原理求解渗流要素和浸润线，一般假设[5]：

(1) 坝体内部渗流为层流，认为坝内渗流符合达西定律； (2) 坝体内部渗流为渐变流，认为渗流场中任意过水断面各点的水平流速和比降都是相等的； (3) 渗透系数在相同或近似相同的土料中各向同性。

渗流分析计算时，将坝体横断面分成两段，利用达西定律，对坝体的每一段建立流量方程式，解方程组，便可确定渗流的基本特性。在实际分析中，以虚拟等效的矩形代替上游坝体三角形，假设浸润线在下游水面与排水体上游面的交点进入排水体，即出逸高度为0，坝体浸润线方程式为

式中：q为坝体和坝基单宽流量，m3/（s.m）;

K为坝体土层渗透性系数；

H1为铺设薄膜范围内的最大水头，（m）;

T为坝基透水层的厚度，（m）;

KT为坝基土层渗透性系数；

m1为大坝上游面边坡系数；

m2为大坝下游面边坡系数；

m3为大坝排水体上游面边坡系数。

2 土工膜防渗设计

2.1 土工膜材料选择

在采用土工膜防渗技术时，对土工膜品质及性能提出以下要求[6]： (1) 具备足够的抗拉强度，能承受施工铺设时的拉应力和使用期在水压力作用下不损坏； (2) 在设计应用条件下，有足够长的寿命； (3) 在侵蚀性的液体中，有足够的抗化学侵蚀能力。选择时，其除了满足防渗要求外，还应满足膜本身强度、防渗性、抗化学侵蚀等方面的要求，而且必须结合工程实际情况，考虑各种薄膜性能、单价、产品质量等方面的因素，经济技术比较后选定。选定的土工膜必须满足工程要求，达到技术指标，有特殊工程需要的满足特殊要求极其相关规定。

在使用时，由于土工膜性状受荷载、加荷速率、使用时间、温度和试样尺寸等因素影响，应按有关规定进行测试，对重要工程应进行现场实验，以满足使用的要求。

2.2 土工膜厚度的确定

土工膜厚度的确定应依据防渗和强度两个方面来考虑，其与垫层平整度，材料允许拉应力及弹性模量有关。土工膜厚度的合理与否，是确保土工膜在水压力下不被刺穿漏水的关键因素之一。水利水电工程土工合成材料应用技术规范要求一般选用0.5mm厚度土工膜，隐蔽工程还要求厚度大于0.5mm。土工膜厚度核算公式较多，视工程实际情况选择合理的计算公式。当垫层土体粒径d<22mm时，一般采用下式进行计算[7]

式中：δ为土工膜的厚度，（mm）;

d为垫层土壤最大粒径，（mm）;

[σ]为膜的允许拉应力，（kPa）;

E为薄膜的弹性模量，（kPa）;

其他符号同前。

利用土工膜进行防渗时，对计算所得理论厚度，然后考虑其他因素，确定最终的采用值。

2.3 防渗结构设计

在一般土石坝工程中，为了有效保护土工膜防渗体的正常工作，土工膜防渗结构一般由上面保护层、上下垫层、土工膜、支持层等几部分组成[8]。

支持层是对下垫层和防渗土工膜起到稳定可靠的支撑作用，使土工膜受力均匀，免受局部集中应力的破坏，可用级配良好的压实砂砾料，压实土层等材料。下垫层具有保护土工膜不被支持层材料破坏的作用，并使土工膜受力均匀，可采用细粒土，土工织物等材料。上垫层可以使土工膜在水中不被漂起并防止膜料老化，可用透水性良好的砂粒料，沥青砂浆等透水且颗粒较小的材料。上层保护层是外界接触的最外层，具有防御外界水流冲刷，冻冰损坏，紫外线辐射以及膜下水压力的顶托等作用。（见图1）。

施工中一定要做好整体性防渗处理，土工膜要与不透水地基和岸坡严密结合，并注意排水问题[9]。铺膜基面的清理要求做到平整，无尖锐物，防止薄膜刺穿破坏；铺设土工膜不宜张拉太紧，要预留伸缩长度，以适应基体变形；膜料之间的连接一般有粘接法和焊接法，使用粘接剂要与所用膜相匹配；顶部应埋入坝顶锚固槽内，或与坝顶防浪墙紧密连接。膜的底部必须嵌入坝底。

2.4 土工膜结构渗透计算

利用达西公式可近似估算土工膜的渗透性产生的渗透水量[10]

式中：Q为土工膜渗水量，（m3/s）;

K1为土工膜渗透系数，（m/s）;

A为土工膜渗透面积，（m2）;

H1土工膜上下游水位差，（m）;

其他符号同前。

为提高土工膜防渗效果，通过土工膜防渗结构的水量应满足要求，渗流量不能造成膜后土体的渗透变形，根据工程实际情况，应做适当修正。

3 结论

土工膜防渗结构在国内某些工程中获得成功，证明了土工膜是一种理想的防渗材料。用土工膜防渗结构，简化了防渗设施的构造，提高了工程防渗能力，缩短了工程工期，降低了工程造价，提高了工程效益。但土工膜一般用于堆石坝的上游坝面防渗体，如何进一步拓宽其使用范围，开展在土工膜材料设计施工监测等方面的研究，在工程应用中检测、科研、设计、施工、管理应多方协作，促进土石坝防渗技术以及土石坝的发展。

参考文献

[1]徐又建.水利工程土工合成材料应用技术[M].郑州:黄河水利出版社, 2000, 10.

[2]张启岳.土石坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社, 1999.

[3]刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.

[4]李立军, 魏家安.土工合成材料在大坝防渗与导流中的应用[J].大坝与安全, 2005, (2) :72-76.

[5]付志刚.土工膜防渗与渗流分析[J].水利天地, 2004 (2) :15-17.

[6]张四平.土工合成材料在水利防渗工程中的应用[J].山西水利科技, 2005, (2) :93-96.

[7]陈淑梅.土工合成材料在水利工程防渗中的应用[J].宁夏农林科技, 2004, (6) :43-44.

[8]谭界雄, 王钊.土工膜防渗技术应用中几个问题的探讨[J].水力发电, 1999, (12) :24-26.

[9]冯耀奇.土工坝渗流及防渗技术措施研究[J].地下水, 2006, (2) :70-72.

土石坝防渗加固处理措施分析 篇8

对于土石坝的防渗加固问题, 一般处理防渗的原则“上堵下排”。“上堵”的措施有垂直防渗和水平防渗。垂直防渗有混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、劈裂灌浆防渗、冲抓套井回填粘土防渗、土工合成材料防渗、射水造孔混凝土墙防渗和薄混凝土防渗墙等;水平防渗有粘土铺盖等。“下排”, 的措施有:在坝体背水坡脚附近开挖导渗沟、减压井和盖重压渗等。垂直防渗处理可以比较彻底地解决坝基和坝身渗漏问题, 水平防渗结合下游排水减压导渗, 虽然可以做到坝基渗透稳定, 但仍有一定渗漏水量损失。

2 防渗加固方案分析

本文以某病险水库防渗加固处理工程为研究对象, 对其中一种 (水平和垂直组合防渗方案) 加固方案为具体分析对象进行了详细地阐述:

2.1 防渗加固措施

坝基采用混凝土防渗心墙和布设复合土工膜, 坝体上游坡布设复合土工膜防渗, 上游坝坡局部加固及上、下游坝坡护坡处理等。

2.1.1 坝基防渗:

采用水平和垂直组合防渗方案。水平防渗是在坝脚以下库内200m范围内水平铺设一布一膜复合土工膜;垂直防渗是在上游坝脚处建造混凝土防渗墙, 防渗墙深度确定遵循下面两个原则:本次灌浆孔深度确定按两条原则为标准, 一是墙深达基岩相对隔水层单位透水率q=3Lu, 二是深入岩溶溶洞发育层高程以下。根据本工程主坝地质情况, 防渗墙深度约为入坝基灰岩基础20m, 墙顶与水平防渗复合土工膜及上游坝坡防渗复合土工膜紧密结合在一起。防渗心墙布置在上游坝脚处, 距坝轴线76.2m, 防渗墙顶部设计高程为253.87m, 为了与墙的上下游侧坝基和坝坡上的复合土工膜防渗体连接好, 在墙顶浇筑结束时, 应预留一个嵌接槽, 槽宽10cm, 深15cm, 待复合土工膜压紧, 二期砼厚度设计为0.6m, 顶部高程254.47m。墙体有效厚度1.0m, 采取C30砼结构, 抗渗标号为S6。

2.1.2 坝体防渗:

上游坝坡采用二布一膜复合土工膜防渗, 铺设范围自坝脚253.87m高程至上游坝肩277.07m高程处。

2.1.3 主坝上游坝坡塌陷体加固及上、下游坝

坡护坡整治方案主坝上游坝坡塌陷体加固, 主要是采取机械开挖为主, 要求挖至基岩溶洞 (槽沟) 面, 并爆破扩充洞口, 清洗干净后, 回填C15砼塞, 砼塞深度不应小于洞口直径2倍, 塞顶直径大于孔口直径1.5倍。上部回填粘土层覆盖。若挖不到基岩 (或过深超挖造成坝体大范围破坏时) , 至少处理深度不应小于3m, 处理半径不应小于塌陷形成软弱范围的2倍。

对主坝上、下游坝坡进行护坡处理:上游坝坡采用C15砼预制块护坡保护:其垫层设计碎石层10cm, 粘土层30cm, 基土均应进行回填、平整、夯实处理;主坝下游坝坡人工植草皮护坡保护, 以减少水土流失。一二除护坡外, 拟在主坝上游坝坡与岸边山体结合处修筑2条坝体排水沟, 排水沟过水断面为0.3x0.4m (宽x高) , 采用M7.5水泥浆砌石结构, 1:2水泥沙浆抹面。

2.2 复合土工膜选型

根据中华人民共和国水利部《水利水电工程土工合成材料应用技术规范) ) (SL/T225-98) 的规定, 膜的一般厚度为0.5mm, 但最小不得<0.3mm。经计算, 选用复合土工膜规格为:一布一膜, 规格为150/0.3;二布一膜, 规格为150/0.3/150。幅宽均为4m。其断裂强力12.0k N/m, 顶破强力2.2k N, 撕破强力0.4k N。

2.3 复合土工膜防渗施工

2.3.1 施工要点:

土工膜尽量应使在不利条件下能满意拼接;平整场地, 清除一切尖角杂物, 做好排渗设施, 挖好固定沟, 纵沟要有一定坡度, 使积水能顺利排出;土工膜铺放应在干燥和暖天气进行, 铺放时不应过紧, 应留足够余幅, 以便拼接和适应气温变化;土工膜铺好后应进行接缝检测, 检测方法有目测法、现场检漏法 (真空法, 充气法) 和抽样测试法, 本工程是用目测法;施工人员应穿无钉鞋或胶底鞋, 不得抽烟, 防止火源, 如发现损伤, 应及时修补;土工膜铺好后应尽快填土, 土料不得损伤土工膜。

2.3.2 施工程序:

准备工作-开挖基槽回填粘土-坝面整理夯实-铺膜焊接-质量检验-膜上保护 (铺设土料和砼预制块) 。

2.3.3 坝基、岸坡、坝面施工:

坝基采用挖掘机开挖至坚硬土层, 回填粘土并分层夯实与坝基相平, 两端岸坡开挖至新鲜岩层后再下挖0.5m, 底宽为水头的1/8, 以利于土工膜相连。坝面按设计坡度填好坝坡, 削好初胚, 清理表面较大的碎石和柴根, 防止刺破土工膜。因土工膜是柔性材料, 靠其坝面支持, 坝面的作用是使土工膜受力均匀, 免受局部集中应力的破坏, 因此对坝面要进行整平、压实, 以防坝面沉降而产生土工膜被拉伸或脱缝现象。坝坡整好后, 按要求开挖齿槽, 以防土工膜下滑, 同时开挖纵横排水沟, 回填砂砾料。

2.3.4 复合土工膜的铺设:

复合土工膜的铺设, 是整个防渗体系施工的关键。在整个施工过程中, 包括材料采购、铺设、接缝、检查、上覆保护层等都来不得半点马虎。主要要把握以下“五关”:

a.材料采购关:本工程拟选用广西升晋交通科技有限公司生产的复合土工膜, 该公司的土工膜产品质量好、信誉高。b.大坝坝面找平关;为使复合生土工膜与坝面填土结合良好, 使其受力均匀, 要求对部分凹陷变形较大韵区域用粘土找平夯实, 同时为防止复合土工膜被刺破, 要求剥除上游面杂土层至粘土出露, 并剔除其表面的石子等坚硬尖状物。c.铺设关:要求土工膜铺设自上而下, 先中间后两边, 垂直于坝轴线方向通幅铺设, 在展膜过程中, 一定要避免强拉硬扯, 也不许将其压出死折, 同时应有一定的松弛度, 以适应变形和气温变化, 铺放应在干燥天气里进行, 随铺随压。d.焊接关:复合土工膜膜体的拼接方法常用的有热熔焊法、胶粘法等, 本工程采用热熔焊法。在焊接时, 要求膜体接面无水、无尘无垢、无折皱, 搭接长度满足要求。当采用自动高温 (调速) 电热楔式双道塑料热合机焊时, 要求事先进行调温、调速试焊, 以确定合适的温度、速度等工艺参数。在现场焊接时, 要严格控制虚焊、漏焊、超焊等情况的发生, 若发现缺陷, 应立即修补。e.质量检查关:膜体拼接完成后, 需及时进行接缝质量检查。目前常用的是采用目测法与充气法相结合的办法。即先由施工方与建设方 (监理) 派人进行目测, 检查有无烫损、褶皱和明显漏焊之处, 再用充气法进行充气检查。要求充气气压0.05-0.2MPa, 静观0.5min, 真空表的气压不下降, 即为接缝合格, 否则应进行修补。在充气检查接缝缺陷时, 如在焊接区域表面涂抹肥皂水或静音监听, 则能较好地发现焊接质量问题, 可提高工作效率。

2.3.5 复合土工膜膜上保护层施工。

在复合土工膜铺设经质量检查合格后, 为防止人畜和动植物破坏、以及紫外线照射, 先在膜上铺设一层0.3m后天然粉质粘土拍实, 在粘土上铺设0.lm厚碎石垫层, 再在其上铺设C15砼预制六角形块厚0.15m。

2.4 防渗砼心墙施工

2.4.1 防渗砼心墙拟定为人工开挖, 机械浇筑

为主, 为确保施工安全, 施工中采用砼支护保护措施, 支护砼满足抗渗要求, 与心墙砼一致取S6, 支护砼厚度为15cm, 采取边开挖边浇筑的施工方式。

2.4.2 防渗砼心墙施工采取两序孔间隔开挖浇筑工序。

即先施工1序孔, 孔型为直径1.3m的圆形孔, 然后施工2序孔, 孔型为两半片弧形围护的椭圆孔, 弧形外径为2.358m。墙的两岸浅孔部位, 采取人工开挖, 断面为矩形, 宽为1.0m。

2.4.3 防渗砼心墙施工质量主要要求:

心墙及支护砼抗渗标号必须满足S6, 应做级配试验;遇到岩溶发育有缺陷地质, 应对墙基与基岩接触层面2m范围内进行灌浆加固处理, 必须保证结合部位的抗渗强度满足设计要求;防渗砼心墙应与周边防渗结构紧密连接, 上部浇筑二期砼, 一以嵌压复合土工膜, 应保证与坝基及坝面水平防渗体的结合质量, 两侧通过开挖、局部灌浆处理以保证质量。

防渗砼心墙施工应严格按照《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》 (SL174-96) 规定执行。

结束语

土石坝护坡破坏原因、危害及防治 篇9

1 常见护坡破护现象及破坏原因

由于雨水、波浪、动植物以及设计不当、施工质量和管理等因素的作用和影响, 土坝坝坡大都存在不同程度的毁坏, 严重的将威胁大坝的安全。常见的护坡破坏现象有沉陷、塌陷、松散、缺失等。护坡毁坏原因比较复杂, 主要有坝体碾压不实、护坡垫层设计与施工不合格、块石偏小、砌筑质量差、设计不完善、风流冲刷、坝体不均匀沉陷、块石风化变质等原因。下面就护坡各类破坏原因进行简要分析。

1.1 沉陷破坏原因

护坡沉陷破坏的主要原因是护坡下面垫层缺失、流失、沉降等, 主要发生在干砌石护坡、碎石护坡、框格砌石护坡。

1.1.1 垫层缺失

护坡下面一般都铺筑垫层, 尤其在水库迎水面护坡, 垫层应该按照反滤层要求进行铺筑, 以保证在库水位削落时顺利排出坝体中的渗压水, 而不致将较细的坝体土带走。然而如果垫层缺失, 护坡在自然界降雨情况下不断经受降雨的袭击, 其中一部分雨水下渗, 一部分雨水在边坡汇集, 形成径流。径流在土颗粒表面产生剪切力, 当这种力大到能抵消土的抗侵蚀能力时, 土颗粒被径流带走, 从而发生侵蚀, 这种径流的剪切力与土壤粒抵抗力之间的相互作用不同相可引起溅蚀、溶蚀、片蚀、沟蚀等不同的侵蚀现象。同时, 波浪、顺坝水流、坝体反向渗水等均能够将坝体土带走, 致使护坡下面土体逐渐遭到侵蚀, 日积月累造成护坡沉陷破坏, 严重的能够引起坝体脱坡, 造成脱坡险情, 给水库防汛抗洪工作带来不利影响。

1.1.2 垫层流失

护坡下面垫层应该按照一定的级配进行铺筑, 如果垫层级配设计不合理, 容易造成垫层本身流失。比如在碎石与粗砂垫层之间未铺筑砾石垫层 (或同等粒径的石屑等) , 容易造成雨水将碎石垫层下面的粗砂从碎石的空隙中冲走, 致使碎石垫层下陷, 最后导致护坡的局部或整体沉陷。另外, 在迎水面护坡如果砌筑不紧密或石块之间缝隙未填充密实留有较大空隙, 在较大风浪作用下, 甚至可造成碎石垫层被波浪冲蚀卷走, 进而造成整体垫层的破坏, 最终造成护坡冲蚀沉陷破坏。

1.1.3 垫层沉降

坝体碾压不实、护坡垫层设计与施工不合格, 护坡下面垫层及土体在施工过程中未到达密实度要求或垫层下面有湿陷性土体, 在坝体、垫层固结过程中沉降量较大以及湿陷性土体遇水下陷, 都能造成护坡局部沉陷破坏。

1.2 塌陷破坏原因

塌陷破坏主要是由护坡下垫面 (包括反滤层、垫层、支撑土体等) 大量流失引起, 多发生在浆砌石、混凝土板、混凝土预制块等护坡。由于该类护坡结构较紧密、稳固, 即使护坡下垫面有少量流失、下陷, 也不会立即发生坍塌, 从表面看护坡仍然是完整的。但一旦形成了流失通道, 易造成护坡下垫面大量流失, 致使护坡被逐渐架空, 当护坡自身重量产生的剪切力、拉力超过该类护坡薄弱部位胶结材料的粘结力时, 就易造成护坡剪切、张拉破坏, 而且破坏时比较突然, 因而有较大危险性。

1.3 松散、缺失破坏原因

块石偏小、重量不够, 砌筑质量差、块石风化变质以及人为破坏等是造成该类问题的主要原因, 比如在干砌石排水沟中翻动石块用于洗涤衣物、在水库上游护坡翻动较大石块用于拴船、挂网等。由于护坡石块缺失, 护坡原有较紧密的结构遭到了破坏, 缺失部位的石块缺少周边挤压力稳固, 自身又受到其余石块的挤压, 致使石块向下、向左或向右错动, 从而造成护坡的松散破坏, 影响工程的外观及正常运用。

2 护坡破坏危害

护坡遭受破坏后主要有以下危害:

2.1 削弱坝体防洪抗冲能力, 妨碍工程运用安全。

护坡遭受破坏后, 土坝内坝体土容易被风浪冲蚀、淘刷, 易产生塌陷、脱落、滑坡等现象, 减小了坝体断面, 削弱了坝体的防洪抗冲能力, 破坏坝体整体结构, 不利工程稳定, 对水库的防洪安全极为不利, 是导致水库大坝失事的重大安全隐患。

2.2 缩短渗径, 易引发管涌等险情。

在护坡遭受破坏部位, 由于风浪淘刷、冲蚀, 坝体横断面减小, 渗径缩短, 渗透坡降加大, 易发生管涌、流土等险情, 严重影响工程安全与稳定, 严重的将引起大坝失事。

3 防治护坡破坏的措施与对策

对于护坡易出现的各类问题, 应该从设计、施工、管理等方面多加考虑, 尽量避免不必要的损失及危害。

3.1 设计中应注意的问题

3.1.1 设计时应从水利学角度加以考虑。

边坡由降雨产生的坡面流与明渠流具有不同的水力学特点, 它应该是产流降雨强度、坡长、坡度、粗糙系数的函数。由于坡度增大一方面使势能向动能的转化加快, 另一方面却使单位坡长所接受的降雨减少, 因此边坡的流速应该存在一个临界坡角。因此, 在设计时应遵循科学, 而不能仅凭主观意识, 随心所欲地搞设计。

3.1.2 在满足安全要求的情况下, 尽量按工程实际考虑, 选择理想的护坡形式。

在设计时, 应在满足安全的要求下, 选择性价比较高的方案, 兼顾工程安全与工程美观, 避免人为加大工程量和工程造价, 造成不必要的浪费。

3.1.3 设计中应从抗冻、抗滑、抗冲等多方面考虑, 使工程设计符合工程实际, 尽量避免设计不合理现象的发生。

3.2 施工中应注意的问题

3.2.1 施工中应严把材料关。

护坡材料的材质是影响护坡使用寿命的重要指标, 为此在施工中要坚决制止不合格材料进场。如可能出现砌石工程中的石块尺寸偏小、有风化石、垫层及反滤料杂质比例较高等问题, 都应该从源头上制止。

3.2.2 施工中应严把质量关。

“百年大计, 质量第一”, 应从施工的第一步开始, 加强质量监管。一是要严格验收程序, 必须在上一道工序验收合格后才能继续进行下一道工序。从回填土体的结合部处理、夯实到最后一块石料的砌筑, 都要紧密监督。二是对没有达到标准的必须返工处理。三是对工程基础一定要处理好, 特别是有软弱夹层的要采取有效措施认真处理。四是对新老结合部位要进行刨毛破面, 新土与原土要构成一体, 达到相同的密实度、抗剪强度。

3.3 管理中应注意的问题

管理也是一门科学, 管理水平直接关系到工程作用的发挥和工程使用寿命, 因此对于管理中发现的问题要及时采取补救措施, 防止小问题发展成大毛病。

3.3.1 加强日常巡查。

为确保安全度汛和工程正常运行, 按要求对工程进行经常巡查、定期巡查、特殊巡查, 并进一步明确责任, 实行谁管理谁负责的制度。

3.3.2 强化工程维修保养。

按照“防重于抢”、“常备不懈”的要求, 针对巡查中发现的险情、问题, 尽快查明险情原因, 提出抢险措施, 及时处理, 做到抢早、抢小、抢了, 确保工程始终处于完好状态。

4 结语

总之, 护坡破坏是内外因综合作用的结果。护坡工程要求平整、紧密、耐用, 从施工准备阶段就要开始重视, 必须强化施工管理, 完善施工工艺和施工方法, 提高施工质量, 只有这样, 才能从源头上、根本上解决问题, 使工程效益和施工质量得到保证。以上是笔者根据这些年的管理和施工经验, 得出的一些见解, 难免有粗陋、不妥之处, 有待今后实际工作中继续总结和完善。

参考文献

[1]田志强, 闫文斌.土石坝护坡的破坏与修理[J].黑龙江水利科技, 2011 (05) .

[2]宋世田, 陈占学.寒冷地区土石坝护坡破坏及其防治[J].黑龙江水专学报, 1999, 26 (1) :9-12.