探析土石坝除险加固设计问题

探析土石坝除险加固设计问题
摘要:本文对土石坝加固以往的经验进行的归纳总结，供广大技术人员参考。

关键词:土石坝病险；原因分析；加固措施
abstract: in this paper, the earth dam reinforcement past summary of the experience for the technical personnel reference.
keywords: earth dam seepage path; reason analysis; reinforcement measures
中图分类号： tv641 文献标识码：a文章编号：
1土石坝病险原因分析
11坝顶高程不满足要求
主要包括三方面，其一是防洪标准偏低防洪能力不足，导致坝顶高程不满足要求;其二是坝体填筑压实度低，竣工以后沉降量大，导致坝顶高程不足;其三坝顶超高不够导致坝顶高程不足。

在实际工程中，坝顶高程不满足要求多是因为防洪标准偏低造成的，也有因多种原因造成坝顶高程不满足要求的情况。

12渗流问题
引起渗流量过大和浸润线过高的原因大致可归纳如下：
(1)防渗材料本身防渗性能差，渗透系数偏大。

(2)材料碾压不密实使得渗透系数大。

(3)铺土层偏厚，每层土上下碾压质量不均匀，成层渗透特征明
显，渗流出溢点高。

(4)防渗体有裂缝。

(5)防渗体与地基、岸坡或其他建筑连接面形成渗漏通道。

(6)透水坝基无防渗处理或防渗处理效果不好。

引起渗透破坏的原因可归纳为以下几种：
(1)防渗体的渗透破坏。

因用料不妥、碾压不密实、碾压密实度不均匀产生不均匀沉降等各种原因使得防渗体存在裂缝，尤其是横向裂缝，当防渗体下游侧无有效的反滤保护时，极容易形成集中渗漏。

(2)沿防渗体与地基、岸坡连接处的渗透破坏可以分为两类，一类是接触面处理不好或未进行处理，使得地基表层内的渗流对防渗体淘刷，逐渐形成集中渗漏;另一类连接面几何形状不适应防渗体变形，使防渗体与接触面脱开形成集中渗流，或形成弱应力带在渗透压力作用下造成水力劈裂，形成集中渗流。

(3)防渗体与其它建筑物连接处的渗透破坏大多是因连接面结构形式不当和连接面防渗体填筑质量不好，使得防渗体与连接面脱开或形成低应力区，在渗透压力作用下，形成集中渗流，导致渗透破坏。

(4)坝基渗透破坏主要是发生在未进行防渗处理的坝基。

对于进行防渗处理的坝基，采取水平防渗发生渗透破坏多余垂直防渗。

13坝坡失稳或稳定不满足要求
导致坝坡失稳或稳定不满足要求的主要原因如下：
(1)坝坡偏陡。

(2)筑坝材料的抗剪强度未达到设计预期值。

(3)坝体填筑形成了软弱面。

(4)地基中存在设计时未发现的软弱夹层，或水库蓄水后软弱夹层性质恶化。

(5)水库蓄水后工程区水文地质条件变化使得坝体坝基的孔隙压力增加明显超过了设计预期值。

2除险加固设计方案的拟定原则
(1)综合选用加固措施的原则。

对于一座病险坝往往不止一种病险情况，也往往不仅仅是坝体或坝基存在病险。

因此在拟定加固处理方案时应根据各种病险情况的安全需求，采取综合措施。

(2)有利原则。

对存在病险的老坝进行加固，原则上选用的除险加固措施应尽量避免某种措施对坝的安全构成新的威胁。

当针对某种病害情况采取针对性的加固措施时，应该全面评估这种措施是否对坝的安全构成新的不利影响。

(3)兼顾原则。

针对某种病险采取的加固措施尽量兼顾其他病险的处理。

(4)一体原则。

加固措施与原坝体的结构、坝体与坝基的处理措施等应形成完整的体系。

比如防渗加固，如果仍然利用原坝体防渗体的防渗作用时，防渗加固措施应与原坝体防渗体形成完整的防渗体系，坝体防渗与坝基防渗形成完整的体系。

其中关键问题是确保连接部位的可靠性。

3常用的加固措施
31坝顶高程不满足要求的加固措施
坝顶高程不满足要求有两类措施，其一加高大坝，其二加大泄洪设施规模降低洪水位。

本文只讨论加高大坝的问题。

土石坝加高一般有坝顶加高、从上游坡加高和从下游坡加高三种方式。

从坝顶加高:俗称戴帽加高。

按加高方式不同常采用的大致有坝顶直接加高、顺坡加高、戴帽加高三种形式。

其适用条件和需要注意的问题如下：
(1)对三种不同形式的坝顶加高，都必须满足一个共同的条件，即坝坡的整体稳定必须有足够的富裕度，加高之后的整体和局部稳定安全系数必须满足规范规定。

(2)从坝顶加高高度不易过大，一般不超过3m。

(3)在强地震区，慎用直接从坝顶加高方式。

(4)顺坡加高适用于原坝顶宽度较宽的情况，加高后的坝顶宽度必须满足运行管理需要。

(5)戴帽加高形式适用于靠近坝顶处坝坡稳定安全富裕度较大的情况。

当坝顶附近上下游坡有马道时，比较适于采用这种加高方式。

从坝下游坡加高:优点是加高施工期间基本不影响水库运用，加高高度没有特殊限制。

但加高工程量相对较大。

对于均质坝，如果坝体填筑质量差、内部有裂缝等缺陷，不宜采用这种加高方式。

当存在这种缺陷时，防渗体疏松、渗透性大，后期加高坝体质量好渗
透性小。

在坝下游加高后，除了因施加偏荷载引起的压缩变形可能会形成新的裂缝外，加高后抬高了浸润线，加高前未饱和土体饱和后会产生新的固结变形，从而可能导致新裂缝产生。

严重时，在库水位降落时，上游坝坡有产生遛坡破坏的危险。

从大坝上游坡加高:一般而言，这种加高方式适用于坝前淤积面较高的情况。

这种情况下，在上游坡加高，工程量少。

在坝上游淤积面加高需要重视淤积物在附加荷载作用下的压缩变形对加高坝
体安全的影响。

对于均质坝，在上游坡加高，后期加高填筑的土体压实质量好，防渗性能好，大大降低了原坝体浸润线，对坝的安全有利。

32防渗体的防渗加固措施
在所有除险加固项目中，防渗加固措施形式、方法最多。

对于大坝防渗体，常用的防渗加固措施有各种形式的灌浆、复合土工膜、各种形式的防渗墙等。

对于坝基，砂砾石坝基和土基常用防渗加固措施有粘土铺盖、复合土工膜铺盖、各种防渗墙和灌浆等，岩石坝基常用的防渗加固措施是帷幕灌浆。

321坝体防渗加固措施
(1)防渗体灌浆。

大坝体灌浆方式主要有充填灌浆和劈裂灌浆两种。

充填灌浆常用自流或压力灌浆，或者先自流后加压力进行灌浆，灌浆材料与原坝防渗体相同或相近。

充填灌浆适用于防渗体填筑质量差，内部因存在裂缝使防渗性能不能满足要求的情况。

劈裂灌浆是利用浆液压力大于坝体小主应力的原理在防渗体内进行压力灌
浆。

灌浆材料采用粘性土。

通过灌浆在防渗体内形成一道约
20cm~30cm厚的粘土浆脉，提高防渗体的防渗性能，从而达到防渗加固的目的。

劈裂灌浆适用于坝体填筑质量相对均匀的情况。

对于碾压质量不均匀、内部裂缝严重的情况，在灌浆过程中串浆、跑浆现象难以避免，灌浆工艺不当会对防渗体形成新的破坏，应谨慎采用。

(2)复合土工膜防渗加固。

近年来，采用复合土工膜对防渗体进行防渗加固越来越普遍。

复合土工膜的铺设方式随防渗体形式不同分为两种形式。

对于均质坝和斜墙坝，复合土工膜铺设在防渗体上游面，心墙坝采用垂直铺设形式。

前者采用的较为普遍，后者采用不多。

当采用上游面铺设复合土工膜时，大坝上游坡以及复合土工膜与垫层和保护层之间均应满足抗滑稳定要求。

另外，还应做好复合土工膜分幅以及与岸坡的连接。