论水库土石坝的除险加固设计

论水库土石坝的除险加固设计

作者：杨子昌

来源：《华东科技》2013年第10期

【摘 要】本文基于笔者多年从事水利工程设计的相关工作经验，以水库土石坝设计为研究对象，论文首先分析了土石坝的概况，并通过对水库土石坝病害整治设计的经验，主要介绍了碾压式土石坝在除险加固设计时的坝坡抗滑稳定计算、坝坡加固设计、大坝渗漏整治设计的几点体会，并对遇到的问题和处理方法进行了探讨。 【关键词】水库；土石坝；设计；除险加固 1 国内土石坝的建设概况

水库土石坝的设计十分重要。因为在现有土石坝中，由于设计不当而错设抗洪数据、不能抵抗洪汛的土石坝约占1/3；而因为设计不周、勘测滞后、施工超前的原因，超过1/3的水库土石坝已经出现病险，甚至导致溃坝。土石坝通常是由土料、石料或者混合材料，经过抛填、碾压等方法堆筑而成的挡水坝，是我国现存的坝型中最古老的一种，其建设历史超过了2500年。到现在，土石坝以其发展快、应用广等特点成为了世界坝工建设中一种重要的坝型。土石坝大多就地取材，因此成本低、适应性强，在此基础上又有较好的抗震性，寿命较长，所以在我国广泛应用。我国水库应用广泛，土石坝就地取材、造价低廉，又有较好的抗震性，使用寿命较长，不拘泥于地质条件。在我国土石坝水库的比例大于95%。 2 关于土石坝坡抗滑稳定计算

在进行病险水库整治设计时，必须进行坝坡抗滑稳定计算，作为设计依据。 2.1 土石坝原坝坡的稳定复核

对大坝的稳定性，除根据安全鉴定报告结论和现场察勘以及运行资料来判断外，还应进行稳定计算。其目的是：（1）对安全鉴定结论进行复核；（2）检验试验数据的合理性。由于可能受时间、天气、经费等条件的影响，使所取土样与实际运行条件有差异，或土样偏少，无法完全反映土体的运行状况，这就需要利用计算对试验数据进行检验；（3）了解滑移面的分布规律，为坝坡整治提供依据。在正确了解最危险滑弧位置后，不管采用削坡减载还是抛石压脚增大抗滑力，都具有针对性，不会出现抛石过于靠前，起不到压重作用，或者抛石过高或过于靠坝轴线，反而增加滑动力，对坝体抗滑稳定更加不利的情况。如原水库在前几次整治中由于不了解滑面分布规律，抛石压脚过于靠前，没有起到阻滑作用，上部偏陡，却又没有处理。 2.2 计算方法和计算工况选择

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整治后坝坡抗滑稳定计算，目的是验证整治后坝坡的稳定性，为上级主管部门的检查验收提供依据。

计算方法主要采用计及土条间作用力的简化毕肖普法，利用计算机进行计算。计算工况按《碾压式土石坝设计规范》LS274-2001的要求选择可能出现的工况。

根据对土石坝坡稳定计算的经验，在初步计算时，只需计算对坝坡稳定最不利的情况。对于上游坝坡，在稳定渗流期，上游水位越高对坝坡稳定越有利，所以一般只要库空（水位在1/3坝高处）或死水位时上游坝坡稳定，其它水位时上游坝坡就会稳定；在水位降落期，水位降幅越大，持续时间越短，坝坡越不稳定。 3 针对国内土石坝险情分析

首先土石坝渗漏是我国土石坝溃坝现象最重要原因之一。土石坝的渗漏种类有四个：坝身渗漏、坝基渗漏、接触渗漏、绕坝渗漏。分析这些现象的原因，主要有以下几点：（1）材质不过关。土石坝大多就地取材，有些由于交通不便利，取材就更不规范。筑坝的材料有很多不过关，比如杂质多、水溶性强等；而这些材质在施工时也不能保证充分使用，比如碾压不够紧等。（2）冲坝基等，这些都可能导致渗漏加剧。（3）排水体不过关。一般土石坝都会设立排水槽、排水棱体等，但因为设计问题，很可能导致排水体堵塞而失效，甚至没有排水体。（4）坝基不过关。坝基不过关，很可能导致原封堵漏洞而漏水，或地基沉陷不均匀，坝基挤压变形，从而渗漏。（5）放水设施不过关。比如截水槽的尺寸、设计不符合要求，碾压不实，或内部没有压涵管，导致不能和岸坡结合。 4 坝坡加固设计

如果坝坡抗滑稳定不满足规范要求，就必须进行加固设计，下面介绍常见的处理方案。 4.1 上下游坝坡的培厚加固设计

对于有放空底洞的水库，在放干水后对灌溉等影响不大，且不会造成新的滑动的情况下，可将水库放空，对上下游坝坡进行培厚加固。这样可避免因上游削坡造成坝轴线下移而增加工程量，或者因削坡造成对原有防渗体的破坏，进行防渗体的整治而增加投资；对于原大坝下游不存在稳定问题的坝体整治，这种方案也更经济合理，同时它可以和上游坝面的防渗设计相结合；对于浅透水地基，在坝脚设防渗齿墙，若透水层较深，可采用帷幕灌浆，坝体上游面铺复合土工膜，并与周围的防渗帷幕形成封闭的防渗体系。 4.2 坝坡的加固与防滑

滑坡及滑坡性裂缝是土石坝溃坝的一大原因。因此在设计的过程中就要十分注重坝坡的加固。

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要充分考虑建设地的地理环境，首先要对河床的土质、是否有架空层等地质条件进行考察，其次要考虑地基是否沉陷、当地土石的水溶性等材料问题，然后结合当地水文条件，考虑好坝坡的建设标准。 5 大坝防渗设计

若排除坝渗漏的常见五项原因后，在查验坝基、坝肩及接触带渗漏时，除有资料可以明确渗漏情况的外，应做勘探压水试验，查明渗漏的具体位置。 5.1 坝基、坝肩及接触带渗漏处理

对坝基、坝肩渗漏，一般采用沿坝轴线（均质坝）或防渗体底部位置及坝肩进行帷幕灌浆，其深度控制在相对不透水层（5～10LU）以下3～5m，灌入纯水泥浆或水泥砂浆。帷幕灌浆宜采用一排灌浆孔，孔距1.5～2.0m，基岩破碎带采用两排或多排。基岩与坝体接触带渗漏处理，可以在帷幕灌浆结束时，在接触带灌入水泥粘土浆，浆液由稀到浓逐渐改变，粘土含量可适当加大，同时注意控制灌浆压力，在接触带形成水泥粘土塞，使帷幕与坝身形成统一封闭的整体。

5.2 坝体防渗设计及排水设计

（1）防渗墙。当坝体孔隙率较大，其它防渗方式不易满足防渗要求时，可沿坝轴线设一道混凝土防渗墙，底部深入基岩1m～2m，并与基础帷幕灌浆连接，墙厚一般取60m～80cm。南充市西充县红旗水库和高坪区磨尔滩水库采用坝体防渗墙和坝基帷幕灌浆结合防渗，防渗效果非常好。

（2）充填灌浆。当坝体存在渗漏薄弱面或局部孔隙率较大而导致渗漏时，可采用充填灌浆，灌入粘土水泥浆，充填坝体孔隙，起到防渗效果。 （3）排水设计

为有效排走坝体和基础少量渗水，降低浸润线，减小渗透压力，汇集排走坝面雨水，防止下游尾水冲刷坝脚，应设坝体和坝面排水设施。只有防渗和排水相结合，做到上防下排，才能保证大坝的渗漏安全。

（4）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。坝面排水属于常规设计，这里不再赘述。 6 结论

在选择好坝型后，要保证它的优势能被切实达成。另外，还有白蚁防治、大坝护坡设计、外观和观测设施设计等，更要根据当地的自然、经济、社会情况，考虑到枢纽运行的各种可

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能，并以此来设定枢纽的设施内容，目的是为了保证在任何情况下，该枢纽都能正常的运作，而不会被中断。

总之，大坝除险加固设计要本着“综合治理，因地制宜，就地取材，经济科学”的原则进行。

参考文献：

[1]李双英.西溪水库主坝防渗设计[J].湖南水利水电，2010（3）.

[2]刘春华.套井回填结合帷幕灌浆在小岭水库防渗加固中的应用[J].广东水利水电，2009（4）.