土石壩的地基處理與裂縫成因及控制

1、土石壩的地基處理與裂縫成因及控制土石壩是利用當(dāng)?shù)赝亮?、砂礫、卵礫石渣、石料等建筑而 成。按施工方法不同可以分為碾壓式土石壩、水中填土石壩和 水力沖 填壩，現(xiàn)代土石壩多由碾壓而成。按筑壩材料、壩內(nèi)的配 置又可分為均質(zhì)土壩、分區(qū)壩和人工防滲材料壩。土石壩設(shè)計(jì) 的總體要求是，大壩在正常和非正常工作條件的荷載組合條件 下，必須保 證完成它能長期安全運(yùn)用和充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，滿 足穩(wěn)定變形、滲流以及規(guī)定的超高等要求。因此，對(duì)土石壩的 地基處理與裂縫控制不容忽視。1土石壩的地基處理土石壩的底面積大，壩基應(yīng)力較小，壩體具有一定的適應(yīng) 變 形的能力，壩體斷面分區(qū)和材料的選擇也具有靈活性。因 此，土石壩對(duì)天然地基

2、在強(qiáng)度和變形方面的要求以及處理措施、 應(yīng)達(dá)到的 標(biāo)準(zhǔn)等，均可比混凝土壩相對(duì)較低，但防滲要求上則 與混凝土壩 基本相同。土石壩對(duì)不同的地基有不同的處理方法， 著重對(duì)土石壩地基處理與軟土地基處理的方法作以介紹。1.1砂卵石地基處理許多土石壩建在砂卵石地基上，對(duì)于砂卵石地基的處理主要是解決滲流控制問題。處理的主要措施有垂直防滲措施、水 平防滲措施和下游排水設(shè)施及蓋垂等，垂直防滲措施可有效地 截?cái)鄩?基滲流，在技術(shù)條件許可且較經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用。1.1.1垂直防滲設(shè)施。垂直防滲設(shè)施包括黏性土截水槽、混凝土防滲墻和灌漿帷幕等(1) 黏性土截水槽。當(dāng)壩基砂礫石層深度不大時(shí)，可開挖深槽直達(dá)不透水層或基巖

3、，槽內(nèi)回填黏性土，與壩內(nèi)防滲體連稱之為截水槽。它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、防滲效果好、應(yīng)用較廣，適用于砂礫石層深度在15m以內(nèi)，最大深度一般 不超過20m截 水槽底寬根據(jù)回填土的容許滲透坡降及施工條件而定。為防止截水墻與基巖間可能出現(xiàn)的集中滲流常在基巖上設(shè)置混凝土齒墻或墊座,必要時(shí)還需要進(jìn)行灌漿(2) 混凝土防滲墻。當(dāng)壩基砂礫石層較深時(shí)，采用混凝土防滲 墻是經(jīng)濟(jì)而又有效的防滲措施。施工時(shí)用沖擊鉆分段在土 層中造 成圓孔或槽形孔，以泥漿固壁，然后在槽孔內(nèi)澆筑混凝 土，最后連成整體，形成混凝土防滲墻。墻底嵌入弱風(fēng)化基 石,深度不少于0.5“1.0ni,墻頂插入防滲體內(nèi)的深度1/10壩 高。墻厚一般為0.

4、 61. 3m,多米用0.8m左右。混凝土防滲墻一 般適用砂礫石層深 度在80m以內(nèi)的情況。(3) 灌漿帷幕。當(dāng)砂礫石層深度很大時(shí)，可采用灌漿的方法進(jìn) 行防滲處理。也可在土層采用黏土截水槽或混凝土防滲墻， 下部 采用灌漿帷幕。砂礫石地基是否適合于灌漿,取決于它的 可灌性,其可灌性可根據(jù)砂礫料的性質(zhì)和級(jí)配，用可灌比和滲 透系數(shù)來判另U。根據(jù)反濾原理，一般認(rèn)為M10時(shí),可灌水泥黏土 漿;M15時(shí)，可灌水泥漿。滲透系數(shù)K40m/d,可灌水泥黏土 漿；K80m/d時(shí)，可灌水泥漿。當(dāng)可灌性不好時(shí)，可考慮采用 化學(xué)灌漿。砂礫層的帷幕灌漿大多采用水泥黏土漿，它不僅耗費(fèi) 水泥量少，比較經(jīng)濟(jì)，而且還有漿液性能好

5、、不易深沉、防滲效 果好等優(yōu)點(diǎn)。帷幕的厚度按容許坡降確定，而帷幕厚度T二H/J（H為最大設(shè)計(jì)水頭，J為帷幕容許坡降），對(duì)于水泥黏土漿，帷幕的滲透坡降可采用3“4。1.1. 2水平防滲鋪蓋。防滲鋪蓋是一種水平防滲設(shè)備，可由斜墻、心墻等防滲體或均質(zhì)壩體向上游水平延伸而成。其結(jié)構(gòu)簡 單，防滲可靠，造價(jià)較低廉。鋪蓋通常采用黏性土料鋪筑，也可采用土工膜作鋪蓋，鋪蓋不能完全截?cái)酀B流，但能增加滲徑，可 將 壩基滲透坡降和滲流量控制在容許范圍內(nèi)。當(dāng)河床透水層很 厚時(shí) 采用垂直防滲設(shè)施有困難時(shí)，可以考慮采用鋪蓋防滲，有 時(shí)還可以利用天然透水地基中的1層不透水層作鋪蓋。如果地 基是滲透性很大的礫石層或滲透穩(wěn)定性很

6、差的粉細(xì)砂，不宜采 用鋪蓋。鋪蓋的滲透系數(shù)應(yīng)小于1 x 10-5cm/s,并至少比地基滲透系數(shù)小100倍，鋪蓋長度應(yīng)根據(jù)地基特性和防滲需要由計(jì)算確定，一 般為4“6倍水頭，鋪蓋厚度由土料的容許滲透坡降而定，由上游端向 下 游端逐漸加厚。上游端最小厚度可以取0.5l.Oni,鋪蓋頂面 要有保護(hù)層，以防蓄水發(fā)生干裂及運(yùn)用期間的波浪作用和水流沖 刷而導(dǎo)致破壞。1.1.3排水減壓等措施。一般而言，當(dāng)壩下游表層土較薄 時(shí)，可開挖排水溝深入到下部透水層、排水溝底和邊坡設(shè)反濾 層；當(dāng)表層土較厚或深部有強(qiáng)透水層時(shí)，設(shè)排水減壓井比較有 效，有時(shí)也可采取減壓井加蓋的方法。蓋一般采用透水料，蓋 重與被保護(hù)土之間應(yīng)設(shè)

7、反濾層。1. 2軟土地基處理1.2.1淤泥層地基處理。淤泥夾層天然含水量大、容量小、 抗剪強(qiáng)度低、承截力小。當(dāng)分布范圍不大，埋藏較淺時(shí)，一 般應(yīng)全部挖除；當(dāng)埋藏較深，分布范圍較廣時(shí)，常釆用壓重法 或采用砂井加速排水固結(jié)。1. 2. 2細(xì)砂地基處理。均勻飽和細(xì)砂地基在地震或其他突然 荷載作用下易于液化，常采取措施加以處理。當(dāng)厚度不大且接近 地面時(shí)，可考慮將其挖除。若砂層較厚可用上下層截水墻或板樁 加以封閉，但此法不夠經(jīng)濟(jì)。當(dāng)砂層很厚時(shí)，可在壩址附近設(shè) 砂井 降低砂層承壓水頭以防液化。用振沖器法加固地基，防止 液化也有較優(yōu)的效果。1.2.3軟黏土和黃土地基處理。軟黏土層較薄時(shí)，一般全部 挖除，當(dāng)土

8、層較厚時(shí)，可用砂換法、振沖器法，或在壩基中設(shè)排 水砂井加速軟土固結(jié)，提高承載力。2 土壩的裂縫成因及控制2. 1裂縫成因由于土石壩的不均勻沉降、地基處理不當(dāng)、設(shè)計(jì)和施工過 程中的問題，使土石壩產(chǎn)生形態(tài)各異的裂縫，大致可以分為以 下幾類。2.1.1變形裂縫。它是由于壩的不均勻沉降所引起的，是 破壞壩體完整性的主要裂縫，危害性較大。根據(jù)裂縫的走向和 位置，又分為3種：一是縱向裂縫。縫的走向與壩軸線平行， 主要岀現(xiàn)在 壩頂，有時(shí)出現(xiàn)于壩坡或壩體內(nèi)部。這是由于壩體或 壩基各部位 沿橫向的不均勻沉降所引起的。二是橫向裂縫。裂 縫的走向與壩軸線垂直，這是由于壩體沿壩軸線方向不均勻沉降 所引起的，多出現(xiàn)于壩

9、體或岸坡接頭處。三是水平裂縫。水 平裂縫多出現(xiàn)在較 薄的心墻壩中。2. 1. 2干縮和凍融裂縫。它是黏土表面由于失水和凍融而產(chǎn) 生的裂縫，呈龜裂狀，縱橫交錯(cuò)，但深度不大，一般從幾厘米到 Imo縫寬常小于lcni,而且上寬下窄，在淺層處逐漸尖滅，所以 這種裂縫一般對(duì)土壩的危害性不大。2.1.3滑坡裂縫。它是壩坡失穩(wěn)以前產(chǎn)生的裂縫。它不是一 般的變形縫，而是因滑移土體開始發(fā)生位移而出現(xiàn)的裂縫。這種 縫多發(fā)生在滑坡頂部，在平面上是成形，方向大致與壩軸線平 行?；孪虏柯∑鹛帲部赡艹霈F(xiàn)一些細(xì)小的裂縫，這種裂縫 是滑坡的前兆。2. 1. 4水力凳裂縫。它是由于水壓力所引起的水平或垂直裂縫，水力劈裂縫多

10、發(fā)生在水庫多次蓄水時(shí)，危害性很大。2. 2 土石壩裂縫的控制控制土石壩裂縫的途徑，首先是要 合理地計(jì)算壩體應(yīng)力和壓力的大少及分布，根據(jù)試驗(yàn)測定的土 體強(qiáng)度特性，分析和估計(jì)壩體可能產(chǎn)生裂縫的危險(xiǎn)部位、裂縫 的性質(zhì)以及裂縫的幾何參數(shù)，據(jù)此采取相應(yīng)的地基處理措施；合理地設(shè)計(jì)土石壩剖面和細(xì)部 結(jié) 構(gòu)；選擇適宜的土料并采用合理的設(shè)計(jì)參數(shù)；嚴(yán)格控制施工 質(zhì)量，明確運(yùn)行管理上的要求，并精心進(jìn)行管理等。土石壩一旦出現(xiàn)裂縫，應(yīng)及時(shí)查明性狀進(jìn)行處理。如處理不當(dāng)或不及時(shí),常會(huì)造成壩的失事。國內(nèi)外處理土石壩裂縫 常采用挖除回填和灌漿的方法。2.2.1挖除回填。此法簡單可行，比較徹底可靠，對(duì)縱 向、橫向裂縫均可使用。對(duì)于表面干縮或凍融裂縫，因深度 不大可不必挖除,可用砂土填塞，再用低塑黏土封填夯實(shí)，以 防雨水滲入沖蝕。深度不大的裂縫可按干縮縫處理，也可挖 除裂縫部位土體，回填稍高于最優(yōu)含水率的土料，嚴(yán)格分層夯 實(shí)，并釆用