探析土石坝除险加固设计问题摘要:本文对土石坝加固以往的经验进行的归纳总结，供广大技术人员参考。

关键词:土石坝病险；原因分析；加固措施Abstract: in this paper, the earth dam reinforcement past summary of the experience for the technical personnel reference.Keywords: earth dam seepage path; Reason analysis; Reinforcement measures 1土石坝病险原因分析1•1坝顶高程不满足要求主要包括三方面，其一是防洪标准偏低防洪能力不足，导致坝顶高程不满足要求;其二是坝体填筑压实度低，竣工以后沉降量大，导致坝顶高程不足;其三坝顶超高不够导致坝顶高程不足。

在实际工程中，坝顶高程不满足要求多是因为防洪标准偏低造成的，也有因多种原因造成坝顶高程不满足要求的情况。

1•2渗流问题引起渗流量过大和浸润线过高的原因大致可归纳如下：(1)防渗材料本身防渗性能差，渗透系数偏大。

(2)材料碾压不密实使得渗透系数大。

(3)铺土层偏厚，每层土上下碾压质量不均匀，成层渗透特征明显，渗流出溢点高。

(4)防渗体有裂缝。

(5)防渗体与地基、岸坡或其他建筑连接面形成渗漏通道。

(6)透水坝基无防渗处理或防渗处理效果不好。

引起渗透破坏的原因可归纳为以下几种：(1)防渗体的渗透破坏。

因用料不妥、碾压不密实、碾压密实度不均匀产生不均匀沉降等各种原因使得防渗体存在裂缝，尤其是横向裂缝，当防渗体下游侧无有效的反滤保护时，极容易形成集中渗漏。

(2)沿防渗体与地基、岸坡连接处的渗透破坏可以分为两类，一类是接触面处理不好或未进行处理，使得地基表层内的渗流对防渗体淘刷，逐渐形成集中渗漏;另一类连接面几何形状不适应防渗体变形，使防渗体与接触面脱开形成集中渗流，或形成弱应力带在渗透压力作用下造成水力劈裂，形成集中渗流。

(3)防渗体与其它建筑物连接处的渗透破坏大多是因连接面结构形式不当和连接面防渗体填筑质量不好，使得防渗体与连接面脱开或形成低应力区，在渗透压力作用下，形成集中渗流，导致渗透破坏。

(4)坝基渗透破坏主要是发生在未进行防渗处理的坝基。

对于进行防渗处理的坝基，采取水平防渗发生渗透破坏多余垂直防渗。

1•3坝坡失稳或稳定不满足要求导致坝坡失稳或稳定不满足要求的主要原因如下：(1)坝坡偏陡。

(2)筑坝材料的抗剪强度未达到设计预期值。

(3)坝体填筑形成了软弱面。

(4)地基中存在设计时未发现的软弱夹层，或水库蓄水后软弱夹层性质恶化。

(5)水库蓄水后工程区水文地质条件变化使得坝体坝基的孔隙压力增加明显超过了设计预期值。

2除险加固设计方案的拟定原则(1)综合选用加固措施的原则。

对于一座病险坝往往不止一种病险情况，也往往不仅仅是坝体或坝基存在病险。

因此在拟定加固处理方案时应根据各种病险情况的安全需求，采取综合措施。

(2)有利原则。

对存在病险的老坝进行加固，原则上选用的除险加固措施应尽量避免某种措施对坝的安全构成新的威胁。

当针对某种病害情况采取针对性的加固措施时，应该全面评估这种措施是否对坝的安全构成新的不利影响。

(3)兼顾原则。

针对某种病险采取的加固措施尽量兼顾其他病险的处理。

(4)一体原则。

加固措施与原坝体的结构、坝体与坝基的处理措施等应形成完整的体系。

比如防渗加固，如果仍然利用原坝体防渗体的防渗作用时，防渗加固措施应与原坝体防渗体形成完整的防渗体系，坝体防渗与坝基防渗形成完整的体系。

其中关键问题是确保连接部位的可靠性。

3常用的加固措施3•1坝顶高程不满足要求的加固措施坝顶高程不满足要求有两类措施，其一加高大坝，其二加大泄洪设施规模降低洪水位。

本文只讨论加高大坝的问题。

土石坝加高一般有坝顶加高、从上游坡加高和从下游坡加高三种方式。

从坝顶加高:俗称戴帽加高。

按加高方式不同常采用的大致有坝顶直接加高、顺坡加高、戴帽加高三种形式。

其适用条件和需要注意的问题如下：(1)对三种不同形式的坝顶加高，都必须满足一个共同的条件，即坝坡的整体稳定必须有足够的富裕度，加高之后的整体和局部稳定安全系数必须满足规范规定。

(2)从坝顶加高高度不易过大，一般不超过3m。

(3)在强地震区，慎用直接从坝顶加高方式。

(4)顺坡加高适用于原坝顶宽度较宽的情况，加高后的坝顶宽度必须满足运行管理需要。

(5)戴帽加高形式适用于靠近坝顶处坝坡稳定安全富裕度较大的情况。

当坝顶附近上下游坡有马道时，比较适于采用这种加高方式。

从坝下游坡加高:优点是加高施工期间基本不影响水库运用，加高高度没有特殊限制。

但加高工程量相对较大。

对于均质坝，如果坝体填筑质量差、内部有裂缝等缺陷，不宜采用这种加高方式。

当存在这种缺陷时，防渗体疏松、渗透性大，后期加高坝体质量好渗透性小。

在坝下游加高后，除了因施加偏荷载引起的压缩变形可能会形成新的裂缝外，加高后抬高了浸润线，加高前未饱和土体饱和后会产生新的固结变形，从而可能导致新裂缝产生。

严重时，在库水位降落时，上游坝坡有产生遛坡破坏的危险。

从大坝上游坡加高:一般而言，这种加高方式适用于坝前淤积面较高的情况。

这种情况下，在上游坡加高，工程量少。

在坝上游淤积面加高需要重视淤积物在附加荷载作用下的压缩变形对加高坝体安全的影响。

对于均质坝，在上游坡加高，后期加高填筑的土体压实质量好，防渗性能好，大大降低了原坝体浸润线，对坝的安全有利。

3•2防渗体的防渗加固措施在所有除险加固项目中，防渗加固措施形式、方法最多。

对于大坝防渗体，常用的防渗加固措施有各种形式的灌浆、复合土工膜、各种形式的防渗墙等。

对于坝基，砂砾石坝基和土基常用防渗加固措施有粘土铺盖、复合土工膜铺盖、各种防渗墙和灌浆等，岩石坝基常用的防渗加固措施是帷幕灌浆。

3•2•1坝体防渗加固措施(1)防渗体灌浆。

大坝体灌浆方式主要有充填灌浆和劈裂灌浆两种。

充填灌浆常用自流或压力灌浆，或者先自流后加压力进行灌浆，灌浆材料与原坝防渗体相同或相近。

充填灌浆适用于防渗体填筑质量差，内部因存在裂缝使防渗性能不能满足要求的情况。

劈裂灌浆是利用浆液压力大于坝体小主应力的原理在防渗体内进行压力灌浆。

灌浆材料采用粘性土。

通过灌浆在防渗体内形成一道约20cm~30cm厚的粘土浆脉，提高防渗体的防渗性能，从而达到防渗加固的目的。

劈裂灌浆适用于坝体填筑质量相对均匀的情况。

对于碾压质量不均匀、内部裂缝严重的情况，在灌浆过程中串浆、跑浆现象难以避免，灌浆工艺不当会对防渗体形成新的破坏，应谨慎采用。

(2)复合土工膜防渗加固。

近年来，采用复合土工膜对防渗体进行防渗加固越来越普遍。

复合土工膜的铺设方式随防渗体形式不同分为两种形式。

对于均质坝和斜墙坝，复合土工膜铺设在防渗体上游面，心墙坝采用垂直铺设形式。

前者采用的较为普遍，后者采用不多。

当采用上游面铺设复合土工膜时，大坝上游坡以及复合土工膜与垫层和保护层之间均应满足抗滑稳定要求。

另外，还应做好复合土工膜分幅以及与岸坡的连接。

常用土工膜材料有聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、氯磺化聚乙烯(CSPE)、氯化聚乙烯(CPE)、丁基橡胶(ⅡR)、乙烯一丙烯单体橡胶(EPDM)和氯丁橡胶(CR)等。

(3)防渗墙加固。

按工法不同常用的防渗墙有槽孔混凝土防渗墙、高压喷射灌浆和水泥搅拌桩等三大类。

槽孔墙又有混凝土墙、塑性混凝土防渗墙、灰浆防渗墙等。

高压喷射灌浆防渗墙有旋喷、摆喷和定喷三种。

防渗墙加固适用于均质坝和心墙坝，防渗体的防渗墙加固常常与坝基防渗处理一起采用。

在坝基防渗加固中一并介绍。

3•2•2坝基防渗加固措施(1)水平铺盖。

工程实践中采用的水平铺盖防渗有粘土防渗铺盖和复合土工膜防渗铺盖两种形式。

粘土铺盖适用于地基覆盖层厚，但颗粒组成相对较均匀的中低坝。

对于成层显著、不均匀性大、顶部强透水、易产生接触流土地层及基岩为岩溶发育地基均不宜用粘土铺盖防渗。

在采用粘土铺盖防渗时需重视掌握覆盖层材料的颗粒组成及其分布情况，当铺盖土料与覆盖层之间不能满足层间关系，必须选用可靠的反滤层。

铺盖上面应设有可靠的保护层防止冲刷破坏、干裂和冻胀。

采用复合土工膜防渗铺盖时，需要注意以下问题:①大面积铺设复合土工膜应做好排气设计释放土工膜下面气压力，常采用逆止阀排气措施;②复合土工膜上面设置足够厚度的保护层和盖重层;③铺设施工中，采取措施避免尖锐物品刺破土工膜、确保土工膜焊接质量。

(2)坝基覆盖层防渗墙。

对于坝基为砂砾石或土的覆盖层情况，防渗墙是较常用的加固措施，一般有高压喷射灌浆防渗墙、槽孔混凝土墙和水泥搅拌桩防渗墙三大类:①高压喷射灌浆防渗墙。

此方法在除险加固项目中采用较多。

对于覆盖层中粒径大于200~300mm颗粒含量较少时，可以采用高压喷射灌浆。

根据坝高、覆盖层材料组成等，有旋喷、摆喷和定喷三种形式可供选用。

但覆盖层中含有一定数量的粒径为150~200 mm左右的粗颗粒时，难以保证摆喷或定喷灌浆防渗墙防渗效果，不宜采用。

对于坝高相对较高宜采用旋喷灌浆，坝高较低可选用摆喷或定喷灌浆。

②槽孔防渗墙。

槽孔防渗墙一般有槽孔混凝土防渗墙、槽孔塑性混凝土防渗墙和自凝灰浆防渗墙三种。

槽孔防渗墙防渗效果较好，但造孔造价相对较高，在除险加固中应用的工程比例并不太高。

一般多用于坝高相对较高、水库规模较大、地位重要、坝基地质条件相对复杂的情况。

③搅拌桩防渗墙。

在三类防渗墙中，水泥土搅拌桩防渗墙造价最低。

搅拌桩防渗墙适用于颗粒较细的砂性坝基。

在墙深小于20m~25m的情况下，防渗效果基本可靠。

3•3抗滑稳定加固无论是稳定不满足要求或失稳，滑动面有沿坝坡滑出和沿坝基滑出两种。

沿坝坡滑出时常用的加固措施是培厚坝体，放缓边坡。

培厚放缓坝坡的部位应靠近坝高的下部，最危险滑动面滑出点上下一定范围内。

坝顶附近局部抗滑稳定不满足要求且坝顶较宽，则可适当削坡。

否则应从地面向上部逐步放缓坝坡。

加固培厚用材料的透水性应不小于原坝体，否则应设排水层，将原坝体渗水顺畅地导出坝外。

培厚加固的布置应兼顾整体稳定和局部稳定，并不得降低原坝体任何部位的稳定安全度。

沿坝基面滑出时常用的加固措施是在滑出点左右填筑压戗平台。

压戗平台的长度和高度应经稳定计算确定。

压戗的材料的透水性不宜小于坝基透水性。

否则应设排水层。

对于沿岩基软弱夹层滑动且对滑动前的变形有严格要求的情况，在滑出点外侧的压戗提供的抗滑力应按主动土压力计。

抗滑稳定加固需要综合考虑，兼顾坝坡和坝基、整体和局部的稳定。

对于因孔隙压力高引起的抗滑稳定不满足要求，应结合防渗和排水加固措施一并考虑。