浅谈水库土石坝除险加固设计

张笃勇

山东省新泰市金斗水库管理所 271200

摘要:土石坝是世界水库建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型，但由于其历史性、特殊性，多数土石坝存在着不同程度的设计缺陷或质量问题。针对现行土石坝的运行现状，对坝体病害和除险加固措施进行了分析比较。

先键词:土石坝;除险加固:设计

前言

土石坝是利用当地土料、石料或者土石混合料填筑而成的坝，又称当地土料坝，是最古老也是最重要的坝型。据不完全统计，我国兴建的各种类型的坝体约有8.48万座，其中95%以上是土石坝。但由于当时特定的历史条件，存在严重的“三边”(边勘测，边设计、边施工)现象，防洪标准低，质量控制不严，尾工和隐患较多，时刻威胁着的人民生命财产安全，其除险加固的重要性和必要性刻不容缓。

一、土石坝的病险

(1)裂缝。裂缝是土石坝病害中较为常见的现象，有的裂缝在坝体表面就可以看到，有的隐藏在坝体内部，裂缝宽窄长短深浅不一一。裂缝有平行坝轴线的纵缝，也有垂直坝轴线的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。

(2) 渗漏。渗漏一直以来都是危害土石坝安全的主要因素之一，按渗漏的部位可分为坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏、绕坝渗漏;按渗漏性质可分为正常渗漏和异常渗漏;按渗漏现象可分为散浸和集中渗漏。

(3) 滑坡。土石坝滑坡的原因有很多，如坝坡太陡，坝体抗剪强度偏小，坝基土的抗剪强度不足，外界因素扰动(如地震、坝周围动荷载)等， 而导致坝体局部或整体的滑动。

(4)护坡损坏。护坡是土石坝的重要组成部分，由于雨水波浪动植物以及设计不当施工质量和管理等因素的作用和影响，土坝坝坡大都存在不同程度的毁坏，严重的将威胁大坝的安全。

(5)输泄洪建筑物老化破坏。随着使用年限的增加，许多土石坝的输泄洪建筑物老化，甚至出现裂缝、断裂、露筋、漏水等现象，严重影响了这些建筑物的接体性和安全性。

二、土石坝病害的主要原因

(1) 自然灾害问题。土石坝建筑物受到自然界难以预测或难以抗拒的灾害的作用，致使水库大坝发生灾害性事故。土石坝的自然界灾害有:一是遭遇非常洪水、特大水流。二是遭遇强烈的风暴、地震、山崩、滑坡等自然界灾害。

(2)设计阶段的失误。总结以往工程设计经验和教训，在设计阶段容易出现失误:一是缺乏勘测资料就盲目进行工程设计，或因勘测的深度、精度、范围和方法不当，勘测设计资料不准确，以及勘测和设计工作脱节等。二是土石坝枢纽建筑物布置受地形、地势限制，在未作充分地质勘测及工程论证基础上，就确定坝址，由于大坝选址不当带来工程整体的不安全、不稳定隐患。三是土石坝泄水建筑物设计标准偏低，达不到防汛泄洪要求，严重影响整个枢纽工程及下游区域防洪度汛的安全。

(3)施工阶段遗留下的隐患。一是坝基基础开挖不到位，未开挖至设计基岩，而不作特殊处理，或开挖至设计高程，但基础仓面清理不到位，留下碎石、浮土、杂物等影响工程质量隐患，就进行下一道工序施工。二是坝体回填土料(或石料)含水率不符合设计要求，土料(或石料)含水率高于或低于设计碾压含水率。三是土石坝坝体土料(或石料)填筑质量差，每层土石料铺筑厚度超设计要求。

三、加固方法分类及选用原则

（1）方法选用原则

土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。土石坝加固方法很多都有其适用范围、局限性和优缺点。因此，对每一 具体工程病害，都应进行仔细分析，应从工程病害情况、加固要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，克服盲目性。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较。合理的土石坝加固方法应是技术上可靠、经济上合理、又能满足施工要求。

（2）加固方法分类及适用范围

土石坝的加固方法，按加固的原因进行分类，主要有:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。

（3）渗透破坏加固法

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(上堵下排)。

（4）滑坡加固方法

土石坝的滑坡的原因是多方面，一般都是多种因素的组合从破坏力上讲占主导地位是坝体内部原因，再加上外部的自然因素或者运用管理不当造成的从滑坡的机理上看，当作用在滑坡上的作用力大于阻止滑坡的作用力时就会发生滑坡。土石坝出现滑坡裂缝及滑坡后，应进行滑坡勘察及土工试验，分析产生的原因，按照滑动力减少和抗滑动力增加的准则，进行滑坡加固设计。一般采用土石坝中常用的主动滑动段减重和滑坡体前缘抛石固脚，加重压坡的方法。

（5）裂缝加固方法

土坝裂缝是较为普遍的现象，大多发生在蓄水运用期间，有些裂缝在坝体表面就可以看到，有些隐藏在坝体内部，要开挖检查才能发现。裂缝的走向有与坝轴线平行的纵缝，与坝轴线垂直的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。无论什么形式的裂缝对土坝的正常运行都有不利影响，其中危害最大的是贯穿坝体的横缝、纵缝以及滑坡裂缝。

四、除险加固设计

（1）防渗处理设计

混凝土防渗墙技术，是利用专门的造槽机械营造槽孔开在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥来的槽孔内浇注混凝士并置换出泥浆，筑成墙体。

灌浆是通过打入被灌地层的套管，用高压将制备的浆液注射入砂卵石孔隙或基岩的裂隙和溶洞中，堵塞孔隙、裂隙或溶洞，降低原地层的透水性，截断强透水的渗流通道，以达到防渗之目的。这也是一种垂直防渗方法。

帷幕灌浆设计内容: (1)确定从坝体与基岩接触面，向地基纵深方向的幕体延伸深度。(2)确定帷幕在坝基内的具体位置及幕体厚度，也就是确定灌浆扩散半径、孔距、排数和排距等参数。

（2）上游块石护坡设计

上、下游坝坡基本维持现有坝坡不变。由于结构的需要一般 土石坝护坡都护到坝顶。设计为:上游坝坡从坝顶到死水位采用块石护坡，140m高程(死水位)以下进行抛石护坡。

土石坝的上游面多采用于砌石护坡。干砌石护坡根据波浪的大小可做成单层或双层。单层干砌石护坡厚度一般为0,30m，双层干砌石护坡厚度一般为0.5m，边坡通常为122-1:3。串高坡陡的用复式坡面。干砌石下面要铺设砾石垫层或砂子垫层，以防止波浪淘刷坝坡，垫层厚度般为0.2m, 并满足反滤层的要求。护坡范围，通常上至坝顶，下至最低库水位以下能满足坝坡土料抗冲要求的高程，不高的坝常护至坝底。

（3）下游贴坡排水设计

大坝排水体处理是一个较为棘手的问题，排水体失效一般是位于坝体内的反滤层堵塞造成的，若全部更换反滤层，大坝坝身的开挖量较大，工程造价高，开挖后回填土与原坝体难以较好的结合，影响大坝安全，故此方案不被采用。

目前，土石坝排水体处理般采用冲抓套井法或采用人工井在排水体前沿布设连续的集渗槽或间隔(3- 5) m布设集渗井，集渗槽或集渗井与原排水体间设置排渗沟，集渗槽内靠大坝上游设反滤层，反滤层后铺设级配的砂石，排渗沟则全部填充碎石。为不影响大坝的安全，集渗槽内反滤层及砂石的填充高度一-般为(2~3) m,其上部采用与坝体相同的土料回填压实。

（4）灌浆处理

灌浆是不开挖处理土坝渗浸和内部隐患的一一种措施。利用压力浆液，通过管道注入蚁洞中，浆液在压力作用下析水后密实，以达到恢复坝体整体性和防渗性的目的。

结束语

我国大坝数量居世界首位，通过对水库的除险加固，可以确保大坝的安全运行，确保下游人民生命财产安全，水库的综合效益也将得到显著提高。可见，水库除险加固任重道远。

参考文献

[1]党雪梅.土石坝除险加固设计[J].理论研究，2010 (5):50-53.

[2]曹楚武.水库大坝安全评价及病险土石坝治理对策研究[D].广州:华南理工大学，2010.