土石坝加固设计论文

时间:2022-05-18 03:55:06

土石坝加固设计论文

1中小型土石坝使用现状及其险情分析

1.1现状

土石坝在我国具有悠久的历史,主要是有由当地土料和石料组成。按照高度可分为低坝、中坝和高坝,按照施工方法可分为冲填式、碾压式等。土石坝可在当地直接取材,使得水泥、钢材等其他材料大大节省,施工简单,因适应变形能力强,对地基无太高要求,且结构简单方便扩建维修。其不足之处在于由于坝身不能溢流,所以在施工导流方面作用较弱,而且施工成本相对较高。从20世纪50年代起,近代土石坝技术迅速发展,在我国许多中小型水库中都有应用。

1.2险情

首先是渗漏,主要是指坝身渗漏和坝基渗漏,对水库安全影响较大。其原因是多方面的,如基础材料质量不合格,里面杂质太多;坝身设计不合理,厚度没达到要求以至于渗径不足;坝基不合理,一旦出现不均匀沉降,在其挤压下坝基很容易变形;排水体堵塞不能发挥正常作用,甚至忽视了排水体设计;截水槽大小和工艺都不合格。其次是裂缝,出现裂缝极易导致水源流失,当达到一定量时,甚至有冲垮坝身的可能。其原因与清淤不彻底、泄洪操作不当、坝基防渗措施不合理等因素有关。此外坝体滑坡也是土石坝面临的一大险情,可能是建设不到位、勘验设计不合理、碾压不到位等因素造成。

2实际案例分析

某乡镇为加快发展速度,计划建一小型水库A,负责周围3265亩农田灌溉的工作。A水库集水面积35.6m2,总库容386万m3,以灌溉为主,另外还具有防洪、水产养殖等综合功能。大坝建设备受重视,总结以往经验,为降低大坝风险,工程采用土石坝,从当地直接取材。设计环节是前提,最终设计人员设计了帷幕和排水相结合的防渗结构形式。坝身渗漏和坝基渗漏是最为常见的险情,且危害重大,设计过程中必须考虑如何除险加固。

3关于中小型水库土石坝的除险加固设计

3.1土石坝坡加固设计

某水库在过去几十年中因断面有过数次维修,以至于抛石过高,超过了最危险滑弧的范围,以至于抗滑动力作用大大下降,反而还促进了大坝进一步滑动。在最近一次整治时,经严密商讨将部分砌石拆除并予以控制,确保不会超出最危险滑弧的范围,而且对上部陡度较大的坝坡也进行适当削减,以减小滑动力。在上游削坡减载后,原来的坝轴线会有所下降,此时坝顶高度和宽度均应满足规定要求,并做好坝顶和下游坝坡的加固工作。该工程为避免重蹈覆辙,在设计时结合实地勘察资料及工程需求对上游进行合理地设计,具有良好的抗滑力作用。而在下游坝坡加固中,因为下游坝坡通常要比上游稍抖,所以仔细选择填筑材料和坝坡形式,风化石渣料可设计为1∶2—1∶2.5。坝顶建有马道,主要为检查观测及维护工作服务,坝脚则设置有排水棱体。土石坝在使用中可能会受到各种内外界因素影响,所以按照最不利情况下的标准精确计算其承载力、耐久性等,若不符合要求则需重新设计计算,直至达到最初要求。该水库设计有放空底洞,放干水后确保其不会对灌溉产生较大影响,也不会引起大坝滑落的基础上放空水库,完成上下游的培厚加固工作,从而减轻上游削坡减载造成的防渗体破坏程度以及工程量,同时也避免了不必要的经济损失。在今后使用中如果大坝出现安全问题,同样也可采取此类方法进行解决。

3.2土石坝防渗设计

首先是对坝基、坝肩和接触带的防渗设计。对于前两处渗漏而言,适宜采用帷幕灌浆法,以纯水泥或纯水泥砂浆灌入,设置一排间距为1.5m左右的灌浆孔,深度控制在相对不透水层以下3-5m。如果是基岩破碎带,灌浆孔需要设置两排甚至更多。对于基岩和坝体的接触带渗漏而言,可在帷幕灌浆将要结束时以水泥黏土浆灌入,根据实际需要由稀到浓调整浆液浓度,并适当调整灌浆压力和粘土使用量,最终确保帷幕和坝身形成统一的整体。坝肩帷幕顶部灌至水库正常蓄水位,两边则延伸至水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处,以提高整体的防渗性。其次是对坝体渗漏进行防渗设计。如果坝体孔隙率较大,采用其他防渗方式都很难起到理想的效果,此时可沿着坝轴线建防渗墙,墙体厚度在65-85cm间,底部深入基岩2m,余基础帷幕灌浆相连,往往能起到较好的防身效果。如果坝体局部孔隙率较大或者存在明显的渗漏薄弱面,可考虑充填灌浆法,以粘土水泥浆灌入坝体孔隙中,达到防渗目的。此外还有一种防渗设计方式,即在上游坝面铺设复合土工膜,该方式对各种原因导致的渗漏都比较适用,但在设计时需注意,复合土工膜和上游坝脚防渗体结合处不得出现防渗空挡,否则会降低防渗效果。

3.3土石坝排水设计

首先是坝体排水。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。当新增排水体距原排水体较远时,为节约排水材料,降低投资,同时又能利用原有排水体,可在两者之间设水平排水带,将其连接起来。为节约投资,同时又使棱体外观平整美观,可在干砌块石外面砌条石。其次是坝面排水。坝面排水属于常规设计,应该注意的是,如果上下游护坡采用现浇混凝土或浆砌混凝土预制块,应每2m~3m设一个排水孔,直径5cm左右,呈梅花形布置,孔内采用土工布袋作反滤层,施工方便快捷,排水孔应水平或略向下倾斜。另外,还有白蚁防治、大坝护坡设计、外观和观测设施设计等,需根据实际情况而采取相应的设计方案。

4结束语

土石坝在水库中占据着重要地位,为防止出现渗漏、裂缝、滑坡等风险,削弱水库的使用寿命,必须从源头加以控制。即在设计环节就应增强质量意识,认真考虑所有可能出现的情况,并采取有效防范措施,从而提高设计水平。

作者:叶孝民王明