土石坝的地基处理

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要求：
范围：横贯整个河床，并延伸到河岸 槽形：梯形
上部：与防渗体连成整体 下部：与基岩紧密结合
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(2)混凝土防渗墙
深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比 较 有效和经济的防渗设施。一般做法是用冲 击钻分段建造槽形孔，以泥浆固壁，然后在 槽孔内用水下浇注混凝土的方法浇筑成墙，
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处理方法有：
①挖除； ②设置砂井加速排水； ③坝脚压重，以保持地基的稳定性。
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砂 井 直 径 约 ３ ０ ～ 40cm ， 井 距 与 井 径 之比为6～8，按梅花形布置，砂井顶面铺 设厚约1m的砂垫层。
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如：杜湖水库土坝坝基表层有11～13m厚的淤 泥质粘土层，抗剪强度只有0.015Mpa，采用砂井 加固后，随坝体增高，坝基强度增长较快，当大 坝填筑到14m高度时，坝基土的抗剪强度已增至 0.05Mpa，满足了稳定要求。建软粘土地基上的坝， 宜尽量减小坝基中的剪应力，防渗体填筑的含水 量宜略高于最优含水量，以适应较大的不均匀沉 降。
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常见的土石坝地基： 山区：岩基或浅覆盖层
砂卵石强透水地基 平原：细砂或有淤泥地基
粘土或黄土地基 可能出现的技术问题：
渗漏问题 承载能力低 振动液化问题
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地基处理主要解决的问题： ➢ 岩石地基
解决接触面上的集中渗流 岩石裂缝严重时需灌浆 承载能力无问题，需清除表面腐殖土 ➢ 非岩石地基 粘土地基：渗流、强度 砂砾石地基：渗流问题 细砂、淤泥、黄土地基：承载能力问题 ➢ 与岸坡、地基及其它建筑物的连接
适用范围：中、小型工程或大型工程的辅助设施。
铺盖渗透系数：<k砂砾石/1000 铺盖长度：6～8倍水头
铺盖厚度：最薄处≮0.5～1.0m
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3.下游排水设施，包括：
(1)水平排水层 (2)排水沟 (3)减压井 (4)透水盖重等。 这些设施可以单独使用，也可以综合 使用。
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一、岩基处理
参见混凝土坝
覆盖层较薄时，做截水槽，阻截渗流；较高土石 坝应挖除，坐落于基岩上。
防渗体与基岩的接触面要求结合紧密。
不需过多考虑断层、破碎带、软弱夹层等的承载 力和不均匀沉降问题。主要研究抗渗稳定性和抗 溶蚀性能。
基岩透水性较强时需做帷幕灌浆。
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从砼坝与土石坝的连接部位开始，砼坝的断面逐渐减小，最后成刚性 插入土石坝的心墙内。
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土石 砼
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图 5-39 插入式连接示意图 1-混凝土重力坝；2-土石坝；3-半插入段；4-插入
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帷幕灌桨既可以处理较深的砂砾石层； 也可以处理局部不便于用其他防渗方法施工 的地层；还可以作为其他防渗结构的补强措 施。
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帷幕灌桨存在的问题是工艺较复杂，费 用偏高，地表需加压重，否则灌浆质量达不 到要求。对地层的适应性差，即这种灌浆方 法是否宜于采用，取决于地层的可灌性。
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出口高程宜尽量降低，但应高于排水 沟底面。井周设置反滤层。减压井的缺点 是加了坝基渗水量。减压井与其它防渗排 水设施共同使用时，应统一考虑，权衡利 弊。
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减压井
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三、细砂、软粘土和湿陷性黄土坝 基处理
1. 细砂等易液化土坝基 2. 软粘土坝基 3. 湿陷性黄土坝基
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水平排水：主要采用褥垫排水 垂直排水：排水沟或减压井
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减压井可以有效地排除渗水，降低坝基扬 压力。
它是深入坝基透水层中的连续并排，井径 一般大于15cm。井贯入强透水层中不应少于其 厚度的25%，一般采用50%~70%，但100%效果最 好。
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坝基处理的范围包括河床和两岸岸坡。
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处理的主要目的是：
1.控制渗流，减少渗流坡降，避免管涌等有害的渗 流变形，控制渗流量；
2.保持坝体和坝基的静力和动力稳定，不产生过大 的有害变形，不发生明显的均匀沉降，竣工后，坝基 和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的1%；
3.在保证坝安全运行的条件下节省投资。
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2.上游水平防渗铺盖
用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相连 接，并向上游延伸至要求的长度，也是土石 坝常用的防渗设施。铺盖的作用是延长渗径， 从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许 范围以内。
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当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗 设施的条件或其造价昂贵难以实现时，适于 采用铺盖防渗。当上游有天然铺盖或坝前淤 积物较厚可以利用时更值得考虑。
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(3) 灌浆帷幕
采用高压定向喷射灌浆技术，通过喷嘴 的高压气流切割地层成缝槽，在缝槽中灌压 力水泥砂浆，凝结后形成防渗板墙。
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灌浆材料：水泥粘土浆；配比：水泥占20～50％ 灌浆厚度：由容许比降确定，J≤3～4 可灌性：D15/d85<5,不可灌；=5~10可灌性差；>10可灌水泥粘土 浆； >15可灌水泥浆； 深度：达到基岩或相对不透水层
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3、与其它建筑物 设置原因：在连接处，由于土坝沉降过大，容易
造成土坝裂缝，结合处容易出现集中渗流 土坝与混凝土建筑物结合类型：
翼墙式：使混凝土与土坝翼墙相连接 插入式：混凝土插入土坝坝身中 特点：结构简 单，安全可靠，造价低，高坝用得多 翼墙的常用形式：
围墙式 围墙—翼墙式 上下翼墙式 注意： 在翼墙背面设齿墙，延长渗径 翼墙背面坡度>0.1，使土体与翼墙结合良好
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2. 软粘土坝基
软弱粘性土抗剪强度低，压缩性高，在这 种地基上筑坝，会遇到下列问题：
(1) 天然地基承载力很低，高度超过3~6m的坝 就足以使地基发生局部破坏；
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(2)土的透水性很小，排水固结速率缓慢， 地基强度增长不快，沉降变形持续时间很长， 在建筑物竣工后仍将发生较大的沉降，地基 长期处于软弱状态；
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振动切槽施工
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混凝土防渗墙
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要求：
范围：横贯整个河床，并延伸到河岸 槽形：冲击钻分段建造槽形孔
上部：插入防渗体≮1/10H，且≮2m 下部：嵌入弱风化基岩≮0.5～1.0m 墙厚：0.6～1.3m
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坝基处理技术近年来业已取得了很大的进展，从国内外 坝工建设的成就来看，很多地质条件不良的坝基，经过适当 处理以后，都成功地修建了高土石坝。
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如：加拿大在深120m的覆盖层上采用混凝土防渗墙，修 建了高107m的马尼克3号坝；埃及则在厚225m的河床冲积 层上，采用水泥粘土灌浆帷幕，修建了高111m的阿斯旺 坝。我国在深厚覆盖层上的防渗技术也已进入国际先进 行列。铜街子坝，小浪底坝，防渗墙的深度均达70m左右。
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与坝基、岸坡及其它建筑物的连接
1、与坝基 地基与坝体土质相近，清基后直接填土 地基与坝体土质不同，在结合面做槽 与基岩连接时，设混凝土齿墙
2、与岸坡 岸坡存在的问题：
渗透性大，容易出现集中渗流；稳定性差，容易 出现滑动和裂缝。 处理办法：
缓坡连接，不宜陡坡或台阶形，以防裂缝,坝体与 岸坡连接要紧密，加宽心墙或斜墙以延长渗径，岸坡 岩石灌浆防止绕渗
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二、砂砾石坝基处理
常见的砂砾石坝基，其河床段上部多为近代冲积的透 水砾石层，具有明显的成层结构特性。在这种坝基上即使 建造高土石坝，其地基承载力一般也是足够的，而且压缩 性不大。
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如:坝基土层中夹有松散砂层，淤泥层， 软粘土层，则应考虑其抗剪强度与变形特性， 在地震区还应考虑可能发生的振动液化造成 坝基和坝体失稳的危险。为此，需进行专门 的分析研究，必要时，可采取挖除、排水预 压、抗冲加固等措施。
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墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于0.5 ～ 1.0m ， 墙 顶 插 入 防 渗 体 内 的 深 度 应 大 于 1/10坝高，并不得小于2m。墙厚按施工条件 可在0.6～1.3m范围内选用，一般0.8m左右。
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②可采用振冲、强夯、爆破、挤密、震动碾 压等加密方法加固，提高土体的密实度和颗粒 骨架的稳定性。
③排水和减压，创造排水条件以使振动孔隙 水压力很快
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淤泥地基处理
淤泥地基的主要问题是天然含水量高，抗剪 强度低，承载能力低。
处理方法有： ①挖除； ②设置砂井加速排水； ③坝脚压重，以保持地基的稳定性。
§5－8 土石坝的地基处理
一、概述 二、坝基防渗措施 三、加强地基承载力措施 四、与坝基、岸坡及其它建筑物的连接
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土石坝底面积大，坝基应力较小，坝身具有一定适应变 形的能力，坝身断面分区和材料的选择也具有灵活性，所以， 对天然坝基的要求低于混凝土坝。
对坝基处理的要求也不能放松。据统计，土石坝失事约 有40%是由于坝基问题引起的。
(3)由于灵敏度较高，在施工中不宜采用振 动或挤压措施，否则易扰动土的结构，使土 的强度迅速降低造成局部破坏和较大变形。
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软粘土地基一般不宜用作地基，仅在采取有 效处理措施后，才可能修建高度不大的坝。我国 在软土地基上筑坝也取得了一定的经验，如：杜 湖土坝，坝高17.5m，采用砂井处理办法；溪口 土坝，坝高23m，采用镇压层方法。国外在软土 地基上建坝的实例有委内瑞拉的古里坝，坝高 90m，地基为高压缩性残积土，采取了部分挖除、 预浸水、设戗台、加强反滤等措施。
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在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行 渗流控制，解决的方法是作好防渗和排水。
1.垂直防渗设施 2.上游水平防渗铺盖 3.下游排水设施
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1.垂直防渗设施包括:
(1)粘性土截水槽 (2)混凝土防渗墙 (3)灌浆帷幕
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(1) 粘性土截水槽
当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是 最常用而又稳妥可靠的防渗设施。一般布置在 大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游 1/3至1/2坝顶宽处），横贯整个河床并延伸到 两岸。
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3. 湿陷性黄土坝基
湿陷性黄土坝基的主要危害是浸水后产生 过大的不均匀沉降，造成坝体裂缝。这种地基 也不宜建坝，只有经过充分论证和处理后才可 建低坝。
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一般处理措施是挖除、翻压或通过强夯 以消除其湿陷性，也可通过预先浸水处理， 使湿陷量大部在建坝前或施工完成。
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1. 细砂等易液化土坝基
坝基中的细砂等地震时易液化的土料对坝 的稳定性危害很大。
液化是在震动荷载作用下，土坝内孔隙水 来不及排出，土体内孔隙压力上升，使土体颗 粒间的连接强度降低，而处于流动状态。
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细砂坝基处理：
①打板桩封闭或压重，目的是增加土体的约 束力。
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槽身开挖断面呈梯形，切断砂砾石层直 达岩基，岩面经处理后回填粘性土料，槽下 游侧按级配要求铺设反滤料，槽底宽应该根 据回填土料的容许渗流坡降、与岩基接触面 抗渗流冲刷的容许坡降以及施工条件确定。
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截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部 与岩基紧密结合，形成一个完整的防渗体系。 （如图示）我国在60年代前建成的大坝曾广为 应用。截水槽的最大开挖深度一般不超过20m。 国外高土石坝截水槽的开挖深度有的较大， 如：加拿大的下诺赫坝最大挖深达82m。
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铺盖不能像垂直防渗设施那样可以完全 截阻渗流，其防渗效果有一定限度，故多在 中、小工程中使用，对高坝多和其他防渗设 施配合使用。
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范围：下端与防渗体相连，上游延伸到需要长度 目的：延长渗径，减小渗流比降到容许范围
防渗效果：不能截阻渗流，防渗效果有一定限度