土石壩防滲變形處理措施

1、中央廣播電視大學(xué)人才培養(yǎng)模式改革與開放教育試點水利水電專業(yè)論文土石壩防滲變形的處理措施學(xué) 校：新鄉(xiāng)廣播電視大學(xué)姓 名: 苗順躍 學(xué) 號： 1341001258909指導(dǎo)老師： 周 長 社完成時間：2015年05月 08日目 錄內(nèi)容摘要1一、滲透變形的概念及理解2二、水利工程土石壩的分類與特征3三、土石壩滲漏的途徑及其危害3四、水利工程土石壩滲漏的原因4五、對土石壩滲漏問題采取的處理措施5六、對土石壩的養(yǎng)護7參考文獻9內(nèi)容摘要：隨著我國水利工程建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，土石壩在我國的水利工程建設(shè)中有著越來越廣泛的應(yīng)用。土石壩與其他壩型相比而言，其優(yōu)勢是施工的便捷性、材料的經(jīng)濟性。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國土石

2、壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國現(xiàn)有小型水庫八萬一千余座，中型水庫二千六百余座，大型水庫四百余座（其中三百余座屬于水利部門管理），共計八萬四千余座。這些水庫中較多存在著安全隱患，其中以因為滲漏引起變形而造成病險土石壩最為普遍，這主要是由于這些水庫大多興建于我國經(jīng)濟基礎(chǔ)相對落后、資金嚴重不足的五六十年代。治理好土石壩因為滲漏而導(dǎo)致的變形問題直接關(guān)系著我國水利建設(shè)和人民的生命財產(chǎn)安全，采取有效措施處理土石壩防滲變形問題是水利工程建設(shè)中當(dāng)務(wù)之急。但土石壩建設(shè)最大的病害主要是工程質(zhì)量問題，具體表現(xiàn)在滲漏、滑坡和裂縫。概括起來，是一個防滲加固問題，一般處理防滲的原則是“上堵下排”。上堵的

3、措施有垂直防滲和水平防滲。垂直防滲有混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲、劈裂灌漿防滲、沖抓套井回填防滲、倒掛井防滲、土工合成材料防滲、射水造孔混凝土墻防滲和巖溶帷幕灌漿防滲等。水平防滲有人工粘土鋪蓋和利用天然鋪蓋等，并結(jié)合下排的措施有：在壩體背水坡腳附近開挖導(dǎo)滲溝、減壓井和蓋重壓滲等。如何控制和預(yù)防滲漏是土石壩工程建設(shè)中最主要的工作之一，因此，本文以水利工程土石壩壩體滲流為研究對象，就土石壩壩體防滲處理措施進行探究。土石壩防滲變形的處理措施 近些年來，特別是2011年中央一號文件中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定出臺后，水利投資大幅增加，水利建設(shè)掀起了新一輪高潮，水利建設(shè)成績斐然，水利工程發(fā)

4、揮了巨大效益。在水利建設(shè)中，土石壩得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而土石壩滲漏問題直接危及水利工程安全，并直接影響工程效益的發(fā)揮，必須認真研究、在實踐中探索有效的防滲技術(shù)，切實解決滲漏變形問題，確保工程安全，確保工程保護范圍內(nèi)的廣大人民群眾生命財產(chǎn)安全。一、滲透變形的概念及理解滲透變形是指壩體及壩基中的滲流，由于其機械或化學(xué)作用，使土體產(chǎn)生局部破壞。滲透變形的形式與土料性質(zhì)、土粒級配、水流條件以及防滲、排滲措施等因素有關(guān)。粗粒土滲透變形破壞坡降的大小是水利水電工程中需要考慮的問題，我國科學(xué)家在總結(jié)前人的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，根據(jù)單顆粒水力平衡關(guān)系，總結(jié)出了管涌的臨界水力坡降簡化式，國內(nèi)外一些滲流理論專家根據(jù)力學(xué)

5、平衡原理，通過理論推導(dǎo)，得出一些管涌和流土的臨界水力坡降模型公式。如太沙基模型公式、伊斯托明娜管涌型土的抗?jié)B坡降公式、扎馬林模型公式、沙金煊公式、中國水利水電科學(xué)研究院公式等，其具體形式在這里不再列舉，這些公式都未考慮與級配特征有關(guān)的參數(shù)。目前的試驗研究發(fā)現(xiàn)，這些理論公式與實測值之間存在一些差距，在工程中未能得到較好的應(yīng)用。有關(guān)滲透變形的研究，大多學(xué)者是從試驗的角度進行的探索，分別從滲透試驗中發(fā)現(xiàn)隨著粗細顆粒級配的不同，土的滲透機理將會發(fā)生改變，粗粒料較多時，粗粒形成骨架，細顆粒充填其中，土的滲透破壞性質(zhì)取決于粗顆粒的特征當(dāng)粗粒含量較少時，不足以形成骨架，粗顆粒是散亂地堆積在細顆粒當(dāng)中，土的滲

6、透穩(wěn)定性類似于細粒料。不均勻系數(shù)小的土，顆粒大小均勻，骨料與填料區(qū)別不明顯，土體不能形成骨架結(jié)構(gòu)，如果粒徑較小，在較小的水頭下，出口處小顆粒被水流帶走，并逐漸發(fā)展為流土破壞。如果不均勻系數(shù)較大，曲率系數(shù)也較大，土體缺乏中間粒徑，在土體結(jié)構(gòu)中，大顆粒形成的骨架結(jié)構(gòu)空隙較大，小顆粒在大空隙中處于自由狀態(tài)，在較小的水力坡降下，小顆粒土體被帶走，形成管涌破壞，這種破壞形式由于粗顆粒骨架還存在，還能承擔(dān)一定的水力坡降，土體結(jié)構(gòu)并未完全破壞。如土體不均勻系數(shù)較大，曲率系數(shù)為13，土體級配良好，土體中顆粒大小漸變，空隙中填料被約束而處于固定狀態(tài)，滲透破壞形式表現(xiàn)為流土破壞。滲流控制從20世紀80年代開始，閘

7、壩基礎(chǔ)滲流控制的原則逐漸明確為防滲、排滲與反濾層保護滲流出口相結(jié)合。對土石壩透水地基滲流控制方法主要有:設(shè)置截水槽，澆筑混凝土防滲墻或設(shè)灌漿帷幕，鋪筑上游水平防滲鋪蓋等。二、水利工程土石壩的分類與特征 根據(jù)施工方法的差異，土石壩又可以劃分為：碾壓式土石壩、沖填式土石壩、定向爆破堆土石壩、水中填土石壩等等。而在水利工程中使用最多的則是碾壓式的土石壩。以壩的高度來分，則可以劃分為低土石壩、高土石壩、中土石壩三類。其中，高土石壩技術(shù)是近代發(fā)展使用的。碾壓式土石壩根據(jù)土料的配置與防滲類型，可以劃分為均質(zhì)土石壩、土質(zhì)心墻壩、土質(zhì)斜墻壩等等。水利工程土石壩作為一種歷史悠久、建設(shè)便捷的壩型。土石壩的優(yōu)勢在便

8、于就地取材，在一定程度上能夠節(jié)省建壩所需的水泥、鋼筋等建筑材料，有利于節(jié)省材料運輸?shù)馁M用。同時，土石壩的結(jié)構(gòu)較為簡單，有利于后期的壩維修、加高等工程的開展。其次，土石壩的壩體是土石散粒體的結(jié)構(gòu)，所以具備了良好的變形適應(yīng)能力，對地基要求相對較低。再次，土石壩的施工技術(shù)較為簡單，工序較少，有利于組合機械進行快速的施工。但是土石壩也有自身的不足，例如：一般的土石壩是不能溢流的，土石壩建設(shè)過程中粘性土料的施工容易受氣候等因素的影響等。三、土石壩滲漏的途徑及其危害土石壩滲漏除沿地基的斷層破碎帶或巖溶地層向下滲漏外，一般均沿壩身土料、壩基土體或繞過壩端滲向下游，即所謂的壩身滲漏、壩基滲漏及繞壩滲漏。這些滲

9、漏過大時將造成一下危害。1、損失蓄水量 一般正常的滲漏所損失的水量與水庫蓄水量相比，其值很小。若對壩基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件重視不夠，未作必要的調(diào)查研究，更未作必要的調(diào)查研究，更未作防滲處理，則蓄水后會造成大量滲漏，甚至無法蓄水。2、抬高浸潤線嚴重的壩身滲漏、壩基滲漏或繞壩滲漏，常會導(dǎo)致土石壩壩身浸潤線抬高，使下游壩坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象，降低壩體的抗剪強度，甚至造成壩體滑坡。3、滲透破壞滲流通過壩身或壩基時，若滲流的滲透坡降大于臨界坡降，將使土體發(fā)生管涌或流土等滲透變形，甚至產(chǎn)生集中滲漏，導(dǎo)致土壩失事。因此，對土石壩的異常滲漏，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須立即查清原因，及時采取妥善的處理措施，有效防止事故擴大。

10、土石壩滲漏處理的具體原則為“上堵下排”。“上堵”，即在上游壩身或地基采取措施，堵截滲漏途徑，防止入滲，或延長滲徑，降低滲透坡降，減少滲透流量；“下排”，即在下游做好反慮和導(dǎo)滲設(shè)施，將壩內(nèi)滲水盡可能安全地排出壩外，已達到滲透穩(wěn)定，保證工程安全運用的目的。四、水利工程土石壩滲漏的原因 1、心墻和斜墻裂縫有水流通過 土石壩壩體的心墻組成材料和斜墻組成材料，與土石壩其他部位的組成材料有所區(qū)別，所以，不同的組成材料經(jīng)過一段時間運用之后，由于變形等原因，致使土石壩壩體的心墻和斜墻出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致發(fā)生滲漏。當(dāng)滲漏問題加劇嚴重后，由于大量的滲漏水流在裂縫中竄涌而過，滲漏水流的沖破力很強，所以，往往導(dǎo)致管涌的發(fā)生

11、。在管涌作用下，將一些防滲體的材料帶到土石壩的下游，這樣情況下，土石壩壩體的心墻和斜墻自然而然就失去了防滲的功能。 2、水利工程土石壩壩體滲流的原因 在對水利工程土石壩滲流的因素進行分析時可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致土石壩滲流的原因主要有下面幾點：首先，壩體填土同排水體之間的反濾層設(shè)計的不夠科學(xué)，因為層間系數(shù)過大、錯斷混層問題等，都會導(dǎo)致反濾層受到破壞而失去效果。反濾層作為土石壩防滲功能中的一個重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前面的防滲體出現(xiàn)裂縫或出現(xiàn)滲漏通道的情況發(fā)生時，只要反濾層能夠正常的工作，土石壩的滲漏破壞就不會擴大。其次，土石壩的防滲體沒有能夠達到基巖以及可靠的粘土層。當(dāng)進行截水槽開挖的時候，因為施工難度大等問題，沒

12、有按標(biāo)準進行開挖，進而留下了一些安全隱患。再次，土石壩兩岸岸坡臺階狀的產(chǎn)生。為了建成較平順的坡度，要進行變坡，在上下兩坡度的轉(zhuǎn)折位置，破角的差較大，有平臺時平臺位置填土的高度與平臺兩端填土的高度不符合標(biāo)準。3、浸潤線抬高使下游壩坡失穩(wěn) 當(dāng)施工人員在進行壩體施工的時候，常存在著實際侵潤線要比原計劃設(shè)計的侵潤線高，這樣導(dǎo)致壩體下游的坡面經(jīng)常處于濕潤的狀態(tài)，從而導(dǎo)致坡面不穩(wěn)定。侵潤線抬高的原因，主要是施工人員在進行施工時沒有考慮土壩施工是分層碾壓的，因碾壓使壩體形成許多水平層面，導(dǎo)致水平向滲透系數(shù)大于垂直向滲透系數(shù)，產(chǎn)生各向異性滲流場的結(jié)果。 培坡、削坡、干砌固腳、襯砌護坡等對由于下游坡過陡導(dǎo)致壩體

13、滲徑不能滿足要求，而造成壩體浸潤線出逸點過高的，必須對下游坡進行加厚培坡。下游坡過陡，不僅可造成壩體滲漏，也存在壩坡穩(wěn)定問題。削坡減載，減少滑動力，并及時封堵裂隙，阻止雨水繼續(xù)滲入。干砌固腳，保證滑動體穩(wěn)定；襯砌護坡保護壩體。五、對土石壩滲漏問題采取的處理措施 1、加大對土石壩基礎(chǔ)的處理 在進行水利工程土石壩建設(shè)的過程中，一定要做好土石壩基礎(chǔ)處理工作，保證基礎(chǔ)處理的質(zhì)量。尤其是大型的土石壩，要在滿足壩基承載力的基礎(chǔ)上，完成土石壩基礎(chǔ)處理的穩(wěn)定性，才可以實施填筑施工。針對那些在深覆蓋層上修筑的土石壩，在面對工程量較大的基礎(chǔ)處理時候，要通過使用防滲墻、固結(jié)灌漿等手段，來提升地基處理的水平。如巖基、

14、砂礫石壩基處理。當(dāng)巖基上的覆蓋層較薄時，只需將防滲體座落在巖基上形成截水槽，隔斷滲流即可；但對較高的土石壩，從土石壩的壩基處理防滲和穩(wěn)定安全考慮，有時要挖除較大部分的覆蓋層，將防滲體和透水壩殼都建在巖基上，基巖內(nèi)部防滲處理的主要設(shè)施是帷幕灌漿，用以提高其不透水性、強度和完整性，減小滲流坡降，減少滲漏損失。很多高壩出于安全考慮，利用廊道或平洞對全壩進行深孔帷幕灌漿。近年來不少人對此提出不同看法，認為土石壩壩基滲流控制，除了在斷層裂縫和巖溶發(fā)育等不良地段確有必要進行灌漿外，應(yīng)根據(jù)每座壩的具體條件進行技術(shù)經(jīng)濟論證，確定是否需要灌漿以及灌漿的范圍和要求。有一些高土石壩通過論證大大減少了帷幕灌漿的工作量

15、。低壩通常不灌或只做簡易的灌漿。 對斷層破碎帶等不良地質(zhì)構(gòu)造，即使高土石壩，也不需過多地考慮承載力和不均勻沉降問題，而應(yīng)著眼于了解其中填充物的性質(zhì)和緊密程度以及兩側(cè)圍巖的巖性，研究其抗?jié)B穩(wěn)定性和抗溶蝕的性能。要做好防滲體下部順河斷層的防滲處理。處理方法可采用水泥或化學(xué)材料灌漿、混凝土塞、混凝土防滲墻，或加寬心墻，加設(shè)防滲鋪蓋，作好排水反濾等，用以陰截滲流，防止管涌和溶蝕。 砂礫石地基上建壩的主要問題是進行滲流控制，解決的方法是作好防滲和排水，如：1）垂直防滲設(shè)施，包括軟粘土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕等； 2）上游水平防滲鋪蓋；3）下游排水設(shè)施，包括：水平排水層、排水溝，減壓井、透水蓋重等。

16、這些設(shè)施可以單獨使用，也可以綜合使用。 各種垂直防滲設(shè)施能比較可靠而有效地截斷壩基滲透水流，解決壩基滲流控制問題。在技術(shù)條件可能而又經(jīng)濟合理時，應(yīng)優(yōu)先采用。在下列情況下宜盡可能采用：1）壩基砂礫石層滲流穩(wěn)定性差，采用鋪蓋及排水減壓設(shè)施仍不能保證壩與地基的滲流穩(wěn)定時；2）壩基水平成層顯著，具有強透水滲漏帶，上游鋪蓋不能有效地控制滲流時；3）壩基砂礫石層厚度不大，不難采用垂直防滲設(shè)施解決滲流控制問題時；4）水庫不容許有大量滲漏損失時。2、混凝土防滲墻措施 通過使用鉆機，在土石壩壩基上利用高速射流建造槽型孔，設(shè)備簡單造價也低。在造孔中具體的操作流程是：通過高壓水泵水流的沖力來對土石壩地基的土結(jié)構(gòu)層破

17、壞，泥漿進入孔底之后，再回流到地面，這樣就會出現(xiàn)回流泥沙溢出地面，以泥漿固壁，然后利用導(dǎo)管，在導(dǎo)管內(nèi)裝入澆筑好的混凝土往孔內(nèi)進行澆筑，這樣就會形成一個混凝土槽墻，起到了防滲的作用?；炷练罎B墻可以用在不同材料的土石壩壩基地質(zhì)條件上，利用成型器側(cè)向特殊裝置可將槽墻連接成地下連續(xù)的防滲墻。需要注意的是，混凝土防滲墻在進行施工的過程中，一定要控制好施工質(zhì)量，如果在施工中，混凝土防滲墻的施工質(zhì)量不好，很難達到徹底的截斷滲流。3、混凝土澆筑 對水下混凝土采用直升導(dǎo)管法澆筑，在澆筑前，導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)設(shè)置可以浮起的隔離塞球，初澆前先將料斗口用帶鋼繩鋼板封閉，向料斗內(nèi)泵入一盤砂漿，再注滿混凝土，然后同時拉開封底鋼板

18、，料斗內(nèi)混凝土同時推擠皮球，通過皮球?qū)⒛酀{從導(dǎo)管底部排出。在混凝土澆筑之后，用泥漿固壁，既可以懸浮巖屑、潤滑鉆具、冷卻鉆頭，又可以防止坍孔。另外，抓斗在抓孔過程中，會有部分細砂或其他巖渣懸混在泥漿中，然后逐漸沉淀到底孔，抓斗在挖掘槽底部時也會遺留少部分細砂和巖渣。產(chǎn)生的這些淤積物，在混凝土澆筑前都必須清理干凈，否則，將直接影響墻體質(zhì)量。4、高壓噴射灌漿防滲措施 高壓噴射灌漿防滲措施在水利工程土石壩滲漏中應(yīng)用的很多，所起的防滲效果較好。高壓噴射灌漿防滲措施不僅可以保證施工質(zhì)量，而且施工的速度快，同時還能減少高壓噴射的能量消耗，增加了漿液的滲透能力，提高了成墻效率。這種技術(shù)措施最初在土、沙、細顆粒

19、砂礫石層使用，經(jīng)過改進之后，可以用在砂卵石、砂卵漂石和堆石碴層中。具體的做法是：通過鉆機在土石壩的壩體層進行鉆孔，以泥漿固壁，把噴射管放在鉆好的孔內(nèi)，然后從噴射管中噴出高壓射流，由于噴射的射流沖擊力巨大，能夠破壞土體結(jié)構(gòu)。噴射的水流與破壞的土體一起進行攪拌，形成漿液，漿液凝固后，在地基中按設(shè)計的方向、深度、厚度以及結(jié)構(gòu)形式與地基結(jié)合成緊密的凝結(jié)體，從而起到防滲作用。由此可見，在水利工程中，處理土石壩防滲問題是一項十分麻煩和艱巨的工作，這就需要廣大水利工作者，尤其是土石壩建筑人員在日常的防護滲漏工作當(dāng)中，善于發(fā)現(xiàn)問題形成的原因，同時還要對其找出解決的辦法，不斷地總結(jié)經(jīng)驗、積累經(jīng)驗，這樣才會做好工

20、作，獲得更大的建筑施工技術(shù)成效。六、土石壩的養(yǎng)護1、一般規(guī)定 養(yǎng)護工作應(yīng)做到及時消除土石壩表面的缺陷和局部工程問題，隨時防護可能發(fā)生的損壞，保持大壩工程和設(shè)安全、完整、正常運用。 壩面上不得種植樹木、農(nóng)作物，不得放牧、鏟草皮以及搬動護坡和導(dǎo)滲設(shè)施的砂石材料等。 嚴禁在大壩管理和保護范圍內(nèi)進行爆破、打井、采石、采礦、挖沙、取土、修墳等危害大壩安全的活動。 嚴禁在壩體修建碼頭、渠道，嚴禁在壩體堆放雜物、晾曬糧草。在大壩管理和保護范圍內(nèi)修建碼頭、魚塘，經(jīng)大壩主管部門批準，并與壩腳和泄水、輸水建筑物保持一定距離，不得影響大壩安全、工程管理和搶險工作。 大壩壩頂嚴禁各類機動車輛行駛。若大壩壩頂確需兼做公

21、路，須經(jīng)科學(xué)論證和上級主管部門批準，并應(yīng)采取的安全維護措施。2、壩頂、壩端的養(yǎng)護 壩頂養(yǎng)護應(yīng)達到壩頂平整，無積水，無雜草，無棄物；防浪墻、壩肩、踏步完整，輪廓鮮明；壩端無裂縫、坑凹，無堆積物。如壩頂出現(xiàn)坑洼和雨淋溝缺，應(yīng)及時用相同材料填平補齊，并應(yīng)保持一定的排水坡度；對經(jīng)主管部門批準通車輛的壩頂，如有損壞，應(yīng)按原路面要求及時修復(fù)，不能及時修復(fù)的，應(yīng)用土或石料臨時填平；壩頂?shù)碾s草、棄物應(yīng)及清除。 防浪墻、壩肩和踏步出現(xiàn)局部破損，應(yīng)及時修補或更換。 壩端出現(xiàn)局部裂縫、坑凹，應(yīng)及時填補，發(fā)現(xiàn)堆積物應(yīng)及時清除。3、壩坡的養(yǎng)護壩坡養(yǎng)護應(yīng)達到坡面平整，無雨淋溝缺，無荊棘雜草滋生現(xiàn)象；護坡砌塊應(yīng)完好，砌縫緊

22、密，填料密實，無松塌陷、脫落、風(fēng)化、凍毀或架空現(xiàn)象。4、干砌塊石護坡的養(yǎng)護 及時填補、楔緊個別脫落或松動的護坡石料。及時更換風(fēng)化或凍毀的塊石，并嵌砌緊密。塊石塌陷、墊層被淘刷時，應(yīng)先翻出塊石，恢復(fù)壩體和墊層后，再將塊石嵌砌緊密。5、混凝土或漿砌塊石護坡的養(yǎng)護 及時填補伸縮縫內(nèi)流失的填料，填補時應(yīng)將縫內(nèi)雜物清洗干凈。護坡局部發(fā)生侵蝕剝落、裂縫或破碎時，應(yīng)及時采用水泥砂漿表面抹補、噴漿或填塞處理，處理時表面應(yīng)清洗干凈破碎面較大，且墊層被淘刷、砌體有架空現(xiàn)象時，應(yīng)用石料作臨時性填塞，歲修時進行徹底整修。排水孔如有不暢，應(yīng)及時進行疏通或補設(shè)。對于堆石護坡或碎石護坡，石料如有滾動，造成厚薄不均時，應(yīng)急時進行平整。6、草皮護坡的養(yǎng)護 應(yīng)經(jīng)常修整、清除雜草，保持完整美觀；草皮干枯時，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護。出現(xiàn)雨淋溝缺時，應(yīng)及時還原壩坡，補植草皮。嚴寒地區(qū)護坡的養(yǎng)護。在冰凍期間，應(yīng)積極防止冰凌對護坡的破壞?？?/p>