堤坝地基及坝体处理方法和加固措施

黄仕明

（梅州市威华水利水电建设工程有限公司，广东 梅州 514000）

0 引言

国民经济的迅速发展，水利工程在地方经济的地位越来越突出，各地水库的建设也在不断的进行着。在水库工程中，安全隐患的排除和加固是确保水库安全运行的基础。在实施水库堤坝加固施工时，既要确保工程全过程的科学化、规范化，又要重视施工期间的管理，防范和加强风险，促进和谐社会的顺利发展[1]。

1 水库堤坝加固施工的意义

通过对水库堤坝建设规范的认识，可以看出，建设工程项目的管理应该由建设单位来承担，但目前，由于建设单位的管理意识薄弱，导致建设项目的管理责任转移到了工程项目的委托单位上。在水库堤坝的加固施工中，若出现安全事故，不但要由工程承包方负责，而且业主也不能免除责任，还要支付一定的抚恤金、器材、材料等，所以必须加强对水库的管理，并对各参与方的经济利益进行有效的保护。

2 堤坝地基常见处理方法

在进行水库大坝基础的治理时，应根据地质地貌、水文气象等因素选择合适的地基处理措施，例如，当堤基中含有大量的有机物时，可以采取换填法、抛石挤挤等方式进行处理。除此之外，在加固大坝的过程中，还可以采用强夯法、化学加固法[2]。

2.1 抛石挤淤法

在采用此方法对堤基进行处理时，优先选用出颗粒大小均一的碎石，然后再将其抛入淤泥质基础中进行加固。通过大量的抛石，可以将已有的淤泥质土壤挤出，但应注意，选择的岩石必须具有抗风蚀性，且颗粒直径应大于30cm。在抛填过程中，应根据软弱地基的水平坡度，并在其上方覆盖一层反渗透膜。目前，这种方法已被广泛用于处理流塑性淤泥质基础。

2.2 土工合成材料加固加筋法

此外，还可以利用新的复合土工合成材料来提高堤基的承载力。在施工过程中，首先要在基坑的地面上铺设土工合成材料，然后按加固方案进行加固，这样可以有效地改善地基的上部荷载分布。采用SMA 技术可以有效缓解大坝的塑性剪切破坏，从而改善堤坝的承载力，从而实现对大坝进行加固[3]。

2.3 置换法

在进行水利工程建设中，当遇到软弱地基时，通常采用砂质、水泥等替代软地基，以满足工程实际需要。在采用换填方法处理软黏土基础时，先将其开挖，然后选择矿渣、素土、砂砾等材料，依次进行填筑，在填筑完毕后，进行分层加固，以提高基础的整体致密性。为保证工程的顺利进行，必须要改善大坝基础的稳定性，因此，施工单位必须选择质地坚硬、稳定性好、抗侵蚀性能好的填料来替代工程场地的基础。采用替代土的方式，可以保证工程的顺利进行，同时也会大大的增加工程造价和渗透率，因此，在进行大坝基础的时候，往往不采用这种材料，而是从工地上的泥土中进行，既可以减少工程造价，又可以保证工程的安全，因此得到了广泛的使用。该技术适用于土层较浅的地区，也适用于某些性质特殊的基础。在进行工程建设时，要根据工程实际情况，选用最适宜的垫层材料，既能保证工程质量，又能减少工程造价。

2.4 强夯法

在采用强夯法时，必须利用夯击力来减小地基的孔隙度，从而实现对地基进行加固。一般而言，在夯实阶段，采用80kN 的夯击机，将夯锤提升到6～30m 的高度，使其自由下落。在此期间，夯击处形成的裂缝将为排出孔隙水提供通道，从而有利于土壤固结。若以泥炭、黄土及杂填土为主体，则在加固过程中可采取强夯施工。

2.5 硅化加固法

硅化处理是一种具有代表性的化学加固方法，可以提高基础的强度和稳定性。在实际工程中，应在建筑材料中加入一定数量的氯化钙和Na2O·nSiO2溶液，充分搅拌水泥和石灰。在此基础上，利用网孔将以上物质注射到堤基中。这两种溶液会在岩层中进行一系列复杂的化学反应，从而形成一种胶凝材料，从而极大地提高了土壤的附着力。不同的治理方式各有利弊，在施工过程中应根据堤基的具体情况，采取相应的措施。

2.6 排水固结法

所谓的排水固结技术，就是将塑料排水管板、沙井等放入地基里面，然后在上面进行预压，将土壤中的水分排出，从而增加基础的承载力，同时也可以增加土壤的稳定性。排水固结法包括了压力和排水两个方面，在进行施工的时候，首先要将软土中的水分排出，这样不仅可以加快空气中的水分排出，还可以减少空气中的水压和孔隙率，从而达到提前进行地基的沉降和变形，从而增强基础的承载力。在设置排水系统时，要根据地基土壤的渗水性，设置相应的排水装置，将基础上的水分排出。在软土、饱和土壤中采用排水固结技术，可以提高基础的稳定性，但不宜用于渗透性较差的泥炭土。在进行水利工程建设时，如果采用排水固结法处理软弱地基，通常采取电渗排水、堆载预压、真空预压、沙井等方法[4]。

（1）沙井工艺。沙井法是一种适合软黏土地基的施工技术，它具有很好的渗透性，所以在加固排水管的过程中，必须要铺上砂石，以加快排水的速度，同时还可以增强基础的强度。

（2）堆载预压方法。堆载预压法是一种非常适合于软土地基的方法，它可以通过加载碎石来激活地基中的填料，从而加速地基的沉降。因此，在采用堆载预压法前，必须对加载速率进行有效的控制，并采取分层加载的方法，以减小预压对整体基础的影响。

（3）一种真空预压方法。真空预压是一种很好的方法，它是在没有渗透水层的情况下，用一种薄膜将沙子包裹起来，然后用真空设备把里面的空气抽出来，让水从地面上流下来。

（4）电渗透。电渗法是在具有较低粘性、较高水位的软弱地基上应用的。

3 堤坝及两岸山体渗漏的原因及施工要点

3.1 堤坝及两岸山体渗漏的原因

随着蓄水池的不断增大，蓄水池内的水压也会随之增大，在施工的时候，还会考虑到管道的高度、漏水等问题，如果混凝土或者沙子在长期的风吹雨打中出现了裂缝，那么就会导致储层的裂缝越来越大，这就需要对裂缝进行深入的研究，尽量降低水库的渗漏。

坝基渗漏是以坝体裂纹和断裂为主要基础，但仍需对细节腐蚀问题进行有效的筛检调查，以较小的渗透区域作为坝体定位。在水利工程施工中，必须合理地选取大坝和山体。

3.2 堤坝施工的要点

在大坝工程建设中，要加强工程建设的质量管理。项目经理和技术人员应及时掌握施工情况，并及时采取相应的对策。其次，要组织专门的技术人员对坝体进行观测和记录，确定坝体渗漏、渗透形式、渗漏问题的大小，并分析坝体渗漏机制。此外，要组织技术人员对水文数据进行分析，并开展先导钻孔的地质调查，全面地分析和推断工程的实际情况，并在此期间设置若干先导钻孔作为勘探孔。另外，在工地上要有一个主管对施工进行监督，并把监理的责任落实到每个人的身上[5]。

4 水库堤坝加固施工方案

4.1 调查

在水库工程加固前，采集现场资料，对不同地区的详细情况进行调查，根据不同地区的工程量，在了解不同渠道的土壤，进行分级，并制订相应的对策，建筑材料等情况后，根据防冻害、防渗等方面的经验，合理地制订施工方案。

4.2 加固方案设计

根据不同的地形条件，必须考虑由于水流冲刷引起的加固区域的耐久性。设计出相应的加固方案，在进行水库的加固时，在进行工程建设之前，并综合考虑了不同的地形结构和地下水温度对工程的影响，应根据工程实际情况，全面考虑工程建设所带来的经济成本和对环境的影响，根据工程建设的需要，设计出一套更加符合现代绿色建造的新思路，并在技术上持续优化，同时节约成本。

4.3 制订计划

在进行水库堤坝的加固时，施工人员必须首先理解有关的法规和管理计划，自身具备较高的专业知识，同时懂得具体的强化防渗技术和原理，充分运用防渗、防盐化、排水系统等，并根据不同的实施情况，进行修改，使其能更好地应付各种突发情况，并能更好的适应水库建设的需要。

5 坝体处理方法与加固措施

5.1 劈裂式帷幕灌浆技术

在大坝加固工程中，劈裂式帷幕灌浆技术首先要利用灌浆压力将大坝劈开，然后将泥浆注入裂缝，形成一堵与大坝轴线相同的防渗墙。利用这种方法进行大坝的加固，不仅可以有效地截断软弱层，而且可以有效地解决大坝内部的漏洞、裂缝等问题。同时，由于坝体与泥浆间的相互挤压，导致大坝内的应力发生再分配，从而实现大坝的加固。大坝的加固工作比较复杂、系统，对加固技术的要求也比较高。在大坝工程中，在大坝的轴线方向设置幕墙，可以有效地防止大坝冒浆、局部隆起和串浆，从而减少了大坝的渗漏，并改善了大坝的坚固性能。在具体的施工过程中，要根据坝体的弯曲情况，选择合适的钻孔方法和钻孔工具。一般采用直线型布孔法和梅花布孔法。在布孔过程中，孔距宜为3m，并严格按照“从上往下，多次少量”的原则进行注浆，可防止坝体漏水。由于大坝大部分为土质结构，在进行加固时，不能很好地掌握坝体的具体情况，因此，在此条件下，可以采用钻孔法进行现场调查，从而为后期的注浆施工做准备。图1 为注浆的工艺流程。在施工过程中，必须严格控制泥浆的配制和现场施工工艺的使用。

5.2 振动沉模防渗板墙技术

在此项技术的实施过程中，必须借助大功率、高频率的起重机械，将预制好的中空钢模放入大坝的地层中。然后再采用水泥或防渗砂浆进行灌浆，从而形成一种加固的防渗墙，从而提高大坝的防渗性能。在工程实施过程中，既简化了施工过程，又缩短了工期，有利于控制工程的进度。但在某些陡坡上，当土坡的土坡质量比较低时，由于施工过程中会发生强烈的振动，从而会给大坝带来二次损害，因此，在对已有多年历史的大坝进行加固时，这种做法是不可取的。

5.3 低压速凝式灌浆技术

目前，在进行高水位灾害抢险、加固工程中，常采用低压快速凝浆技术。利用钻头钻入管涌发生的地层，然后将预先准备好的速凝剂、水玻璃等膨胀材料注入井中，可以起到堵漏的作用。

5.4 高压填充式灌浆技术

当大坝出现蚁穴、孔洞等病害时，可采用高压注浆技术对其进行充填和加固。在堤防工程中，蚁穴、孔洞的存在，会引起坝基不稳定等问题，从而产生管涌问题。在施工过程中，要用钻机等机械对有问题的堤坝进行钻孔，钻孔的间隔要在1.5～2.0m。为了钻深，必须在碎石层下面2m 的地方钻入。然后，再把套管下到砂砾层，然后开始注浆，用黄色的泥浆封住钻孔。

5.5 高聚物注浆技术

采用聚合物灌浆技术，不但可以提高大坝的防渗能力，而且可以提高大坝的机械性能，使其与泥浆充分的结合。在具体的施工中，首先要找出漏水的部位，然后用静力压紧装置，将预先准备好的聚合物注浆液不断的注入孔模具中。聚合物注浆材料在经过一系列的化学反应后，会产生体积膨胀，从而形成具有很好的抗渗性的高分子聚合物，从而提高了大坝的防渗性能。

5.6 建立水库堤坝加固安全监测系统

针对目前水库建设中存在的问题，各级政府要根据水库的加固和治理规范，对相关责任人进行处罚，制订施工计划，并根据有关规范和规范，并与之进行积极的交流，营造一个良好的社会环境。另外，在确保施工和生产的基础上，必须做到文明施工，严禁偷工减料，严禁干扰，确保项目的顺利完成[6]。

5.7 保证施工方案质量

在建立了一套完整的管理体系之后，施工单位也要对工程项目进行检查，对工程项目中出现的问题和不符合管理体系的问题进行整改。在水库堤坝的加固工程中，各级建设和监理单位要清楚地意识到自己的职责和义务，并对安全技术在实际中的应用进行验证，严格按照管理制度来进行工作，以此来为各个施工环节的顺利进行打好基础。另外，在对业主的方案进行检查的同时，也要与有关的政策和制度相配合，进一步提高安全技术的科学性、可操作性、可行性，并倾听一线工人的意见。

6 结语

堤坝是水利建设中的一个重要组成部分，在科学技术和经济飞速发展的今天，人们对水利建设的需求越来越大，对水工产品的质量要求也越来越高。因此，在水利水电工程中，如何加强大坝的基础和坝体是当务之急。目前，水利水电工程的技术手段虽多，但还需依据具体情况，选用更为科学合理的方法，因此，应加强有关技术人员的工作，以促进我国水利事业的快速发展。