中小型水库土石坝除险加固施工技术应用研究

来源：核心期刊咨询网时间：2020-09-07 09:3912

摘要：摘 要：大坝除险加固工艺在我国水利工程建设中占据着至关重要的地位。随着大坝建成使用时间的不断增加，大部分早期修筑的水利工程均出现了不同程度的老化现象。尤其是中小型水库土石坝工程，其在地震作用下，大多数存在砂土层地震液化等现象。为保证水利工程

　　摘 要：大坝除险加固工艺在我国水利工程建设中占据着至关重要的地位。随着大坝建成使用时间的不断增加，大部分早期修筑的水利工程均出现了不同程度的老化现象。尤其是中小型水库土石坝工程，其在地震作用下，大多数存在砂土层地震液化等现象。为保证水利工程质量，采取除险加固方法显得极为关键。本文结合某中小型水库大坝除险加固工程，提出了土石坝抛石挤淤加固方案，希望通过这种经济、合理的清淤方式，进一步提升水利工程质量。

　　关键词：中小型水库;土石坝工程;除险加固;抛石挤淤

　　0引言

　　水库大坝安全事关国计民生，在我国水利工程众多坝型中，土石坝是最常见的一种，基于建设时期的特殊性，当前很多土石坝工程均面临各种不同问题。研究发现水库建成使用多年后，往往会产生坝前淤积物，此类产物是一种流塑状淤泥，特点为含水量高、细粘粒多，在清淤方面难度很大，且成本高。抛石挤淤法是一种强制性换土加固技术，是指将大量片石、块石投入到软粘土内，强行将软粘土内的空隙挤出并迅速占领其位置，以此达到提升地基承载力、降低不均匀沉降、保证土体稳定的目的。将该加固方法用于中小型水库土石坝除险加固施工中，可有效解决砂砾石坝基地震液化及坝坡不稳定等问题，因此具有良好的应用效果和发展前景[1]。

　　1工程概况

　　某中小型水库大坝工程，0+600～1+450段为心墙砂壳坝;0+000～0+600段及1+450～1+780段为均质坝。坝基岩性以1+350为界划分，其东部位为长英岩、片麻岩，其西部位为灰岩、砂页岩。据地质勘查结果显示，本工程存在渗水现象，尤其是库水位在175m高程以上时，渗水更为严重。此外，其还可能存在砂基和砂壳震动“液化”等问题。针对上述问题，决定对大坝进行除险加固处理。

　　2加固方案

　　2.1坝体抗震加固

　　通过地质勘查结果显示，在7度地震作用下，本水库大坝极可能产生震动液化现象，这对大坝安全影响较大。究其原因在于大坝坝体粘压作用不佳，密实度不足，砂壳和坝基砂土层相对密度仅为0.12～0.59，这严重影响其抗震能力。因此在地震条件下，极容易出现震动液化现象，导致坝体稳定性下降，甚至出现滑坡情况，造成严重财产损失和人员伤亡。为了全面了解砂土层地震液化情况，本文采用了现场波速测试法、动力反映分析法进行测定和评定，详细计算了大坝坝壳和坝基砂土层受力状态，从而准确确定了抗震加固范围。在综合考虑各类因素的前提下，本文提出了砂壳翻压抗震加固方案，以163.5m为砂壳翻压设计底高程，在施工中可采用水库下游河床内的砂砾石料作为砂壳料。

　　2.2坝基抗震加固

　　结合大坝现场波速测试、动力反映分析计算等结果，在坝体抗震加固的基础上，采用抛石压重抗震加固方案用于坝基加固。164.0m为抛石压重设计顶高程，抛填压重材料可采用溢洪道开挖石方，或护坡翻修拆除石方等，这样不仅能够避免弃渣占地，还能满足坝基抗震加固所需。

　　2.3抛石挤淤加固

　　在坝基抛石压重前，应先将坝前淤积层清理干净，从而稳定压重体。坝前淤积物清理困难，若仅采用人工法，或机械法，因工期较长，很难保证在汛期来临前完成施工，这种情况下，势必会增加施工的危险性。为此，本文提出抛石挤淤法，相比，清淤壓重法，优势在于3点，第一，节约成本;第二，降低水库放水量;第三，缩短工期，能够保证施工期间大坝安全渡汛[2]。

　　2.4坝基防渗加固

　　针对本工程实际渗漏情况，决定采用两种坝基防渗加固方案，即基岩防渗帷幕灌浆、基岩接触带灌浆。

　　3施工技术要点

　　3.1大坝加固后抗震性能分析

　　(1)动力试验选择。根据工程实际情况，参考以往工程资料，需在液压式三轴仪上进行砂土液化强度试验，在电磁式振动三轴仪上进行粘土动强度试验。本文采用徐志英孔压增量解析式求解孔压。

　　(2)震动液化分析。饱和砂层若具有密度小、密实度差等特点，在地震条件下，砂土层内孔隙压力将随之升高，一旦孔隙水压力达到最大数值，将导致砂的抗剪强度迅速下降，或完全丧失抗剪强度，这种情况即被称为砂的液化。基于有效应力原理，当上覆土总应力和孔隙水压力相同时，那么，有效应力就会等于“0”。此时，砂将不会有抗剪强度产生，即可呈现为液化状态。

　　地震烈度、地震历时等因素除外，影响液化的因素还包括土料类型、颗粒组成、饱和度等因素。当地震烈度增高，地震历时就会随之延长，这种情况下，就会极易产生液化现象。基于此，在震动过程中砂壳坝体、砂土地基是否存在液化现象，需计算动孔隙水压力在震动过程中的增长情况。根据本工程实际情况，在7度地震情况下，坝体砂壳或砂土地质震动液化判定可采用增量解析法。经计算分析可知，当坝体砂壳或砂砾石坝基液化度在1.0以下时，说明在7度地震条件下，大坝加固处理后不会出现液化现象，表明大坝稳定性良好。

　　3.2抛石挤淤施工试验

　　为检验抛石挤淤施工效果，采取桩号1+100～1+140段进行测定与分析。试验时，将2排钢管，即1#管设于相距上游坝脚处，2#管设于相距上游坝脚3.5m处。随后在淤泥内垂直插入钢管。通过钢管周围淤泥高度变化情况的测定，可准确了解淤泥挤出效果。表1为抛石挤淤施工记录。

　　推荐阅读：《三峡大学学报(自然科学版)》原名《武汉水利电力大学(宜昌)学报》是三峡大学主办的以水电工程技术为主的学术刊物。

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