水库工程土石堤坝加固方法研究

刘红光

(阜阳市水利建筑安装工程公司，安徽 阜阳 236000)

土石坝是指当地的土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水坝，历史悠久，从上个世纪50年代得到迅猛地发展，在很大程度上促进了高坝的建设。与此同时，土石坝也出现了一些病险，潜在着渗漏的危害，因此，相关的部门要找到土石坝具体的病险，针对相应的病险提出有计划、有步骤的全方位、多角度、多层次的设计方案，制定行之有效的加固措施，不断稳定水坝建设，促进国民经济的持续、健康发展。

1 渗透破坏加固方法

渗透破坏加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基，并使渗水在下游通畅排出，但不带走坝体或坝基上的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。即上游防渗下游排水减压和导渗。防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题，使下游不发生散渗、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑浑水等渗透变形现象;上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口，从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。

防渗加固方法。在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施有: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。其中混凝土防渗墙在土石坝坝基、混凝土闸坝基础、土围堰堰体与堰基以及病险土石坝的防渗加固方面应用最广。下面介绍几种主要措施的适用范围。

(1)明挖回填粘性土截水墙:适用于深度在15m以内的透水坝基。

(2)混凝土防渗墙(机械造槽法):适用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土层。

(3)混凝土防渗墙(倒挂井法):适用于砂砾层墙深约50m。

(4)混凝土防渗墙(射水造槽法):适用于均质砂层或土层。墙深在20m以下。

(5)防渗板墙(高压喷射灌浆法):适用于软弱土层，墙深在20m以下。

(6)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于砂卵石层，墙深25m以下。

(7)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于粘性土层，墙深20m以下。

(8)灌浆帷幕:适用于砂砾石、卵石、砂层，最深达250m。

1.1 排渗加固方法

防渗加固方法采取后，仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合，坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备，排除上游渗水，降低浸润线及下游坝基上的水头。上述措施的适用范围如下。

(1)贴坡排水:可防止坝面渗流破坏，不能降低浸润线

(2)棱体排水、褥垫排水:可有效降低坝体内浸润线，减小其孔隙水压力，褥垫排水又有助于坝基排水。

(3)排水沟、减压井反滤透水盖重或两者相结合:适用于坝基表层有一层相对不透水层以及有一定渗流量的情况，当地基表面相对不透水层不太厚，其下为砂砾石层时可采用排水沟;当不透水层较厚时，可将深层承压水导出地面，设排水减压井，然后从排水沟排出;当下游坝脚存在的剩余水头不大时，可采用铺填透水盖重的办法，若下游坝脚剩余水头很大可采用减压井和盖重相结合的办法。

2 非滑坡性裂缝加固方法

通常情况下，如果土石坝体发生较大的不均匀变形，特别是局部较大的不均匀变形，就应考虑坝体是否已经发生了裂缝，防渗体后的浸润线突然上升，常是防渗体发生贯穿裂缝的征兆;坝体渗流量突然增加，特别是出现浑水，极有可能是防渗体发生较大裂缝或孔洞的结果。因此，在水源运行管理中，应对上述情形多作观察，一经发现就应及时处理。

2.1 非滑坡性裂缝简要分析

2.1.1 干缩和冻融裂缝

从工程角度来看，干缩裂缝除了要防止雨水渗入顺缝而发生冲蚀外，一般来说，对土石坝危害不大。冻融裂缝深度限于冻土层的范围内，在冻土融化后一般能自行闭合，该缝一般也不致威胁坝的安全，应多注意发生在下游坡脚处冻害。

2.1.2 坝体变形引起的裂缝

这类裂缝主要由坝体不均匀沉降变形所引起的。不均匀变形裂缝一般规模较大，深入坝体，是破坏坝体完整性的主要裂缝。但是，如裂缝仅发生在坝的非粘性土的坝主体中，则对坝的正常运行尚无多大妨碍且随着时间的推移，裂缝会自行弥合。在防渗体中发生的剪切缝，由于缝面两侧土的结构发生破坏，疏松可加剧局部渗透，但由于缝面一般仍作用有压应力，并不张开，因此对坝的危害也不太大。而在防渗体中发生的拉伸缝，特别是贯穿性的拉伸缝，则由于裂缝张开，形成集中渗漏通道对坝的安全威胁较大，一般分纵向裂缝、横向裂缝、水平裂缝。

2.1.3 水力劈裂缝

如果因为沉降的不均匀导致的缝隙，水的通过会加剧裂缝扩张，并形成有渗透能力的关键位置。就算变形不会导致裂纹而知识将某一平面上的压力减小而无法平衡库水压力是会连带出现其他的细小的裂缝的，因为水平方向的开裂，会形成更大的裂缝。水力劈裂缝多发生于水库初次蓄水时，除粘土心墙外，在粘土斜墙、粘土铺盖或均质坝中都可能发生水力劈裂缝，有时向粘土防渗体内钻孔灌浆，在灌浆压力下也可能出现水力劈裂缝。

2.2 非滑坡性裂缝的加固方法

土石坝一旦发生裂缝，应在及时查明其性状的基础上，采取有针对性的措施适时进行补救处理。对于均质坝或多种材料坝的防渗体中的深度较大的裂缝，特别是贯穿裂缝，则要慎重。如处于非汛期，而裂缝的发展尚未稳定，近期内没有重要险情、时同允许的话，要等裂缝发展稳定后再作彻底处理。

2.2.1 翻松夯实

一般表面干缩裂缝，可用砂土填塞，将表面缝口土料翻松并湿润，然后夯实、密实、封堵缝口，冻融性裂缝的处理方法与此相同，防冻保护层十分关键，不可遗漏。

2.2.2 开挖回填

开挖回填是比较彻底可靠的方法，具体方法是沿缝灌入少量石灰水，以便沿缝下挖，开挖深度应大于0.3米，宽度以能够作业为准，边坡必须保护稳定，可挖成梯形断面，挖槽较深时，边坡可设台阶。但回填时应将台阶挖除，使回填土可整体性沉降，不产生暗缝，开挖完成后用原坝体土料分层夯实回填。

2.2.3 灌浆处理

坝体灌浆分充填灌浆和劈裂灌浆两种，本文讨论的是充填灌浆。填充灌浆的方法适合在大坝某些位置的裂缝尺寸大而影响强的状况，而对裂缝了解透彻的局部性裂缝，选择挖开再填回改变当前情况，这需要工作量的支持并给蓄水造成困难。为安全考虑，可采用灌浆处理，或裂缝上部开挖回填，下部较深的细小裂缝进行填灌浆处理。灌浆的材料及浆液的浓度要满足可灌性、(充填满缝隙)固结后收缩小。一般多采用塑性指数在10左右的粉质壤土或黄土作为灌浆材料。为加速凝结或增加可灌性，减小体积收缩，还可加入少量掺入料，如低标号水泥、水玻璃等。灌浆压力应当严格控制，以盖满裂缝为标准，过强的压力反倒破坏结构，注意控制高度和浆液重力的关系，稍微施加压力，但是要时刻注意灌浆进展，并以套管进行保护。

3 结束语

近年来，我国的水库建设的速度非常快，对堤坝的要求越来越严格。作为我国历史较为悠久的土石坝，它在我国水库建设中发挥着重要的作用，但是由于内部原因和外部原因的影响，它的坝顶、防渗体和坝基受到了一定的破坏，或者是随着防洪、泄洪、抗震标准的提高，传统的土石坝规格已经不符合现代要求，对土石坝进行必要的加固刻不容缓，它既保证了坝体的稳定又保证了水库的正常运行，稳定了人们的生活，促使国民经济持续健康地发展。