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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
中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）04-0000-00
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。 由表1可知，本段坡腳外淤泥具有较为明显的隆起现象。随后再次通过钢管测定，大多数块石已到达淤泥层底部，但并非所有块石，仍有一些悬浮于淤泥层内，与底部具有一定距离。针对这一情况，应从土力学角度展开研究，淤泥层属于流变体，在压力一定的条件下，随时间增加变形而发生改变。因此，随着上部压重量的持续加大，在淤泥层内悬浮的块石，最终会到达淤泥层底部，因此，可认为采用抛石挤淤加固法可以达到预期效果[4]。
3.3抛石挤淤工程实施效果
抛石挤淤施工后，沿坝轴线方向，从0+650桩号断面起，每隔100m在压重体平台上进行沉降观测点安设，待完成压重施工后，以20d为一个周期进行测量分析，最终压重平台平均沉降量为5.9m，经计算可知，该沉降量属于抛石压重体自身压实沉降量，底部淤泥彻底挤出，且效果显著[5]。
4结语
综上所述，当前我国水利工程建设规模逐渐扩大。然而，在建设规模持续扩大的过程中，大量早期修筑的水利工程已呈现出不同程度的老化、病害情况[6]。针对这一问题，必须采取切实可行的除险加固方法，从而有效提升水利工程建设质量，保证使用安全。抛石挤淤法是一种成本低、工期短、操作简单的加固技术，在中小型水库土石坝除险加固施工中合理采用抛石挤淤法，可有效处理软基问题，解决砂砾石坝基地震液化现象，是提高坝坡抗滑稳定性的重要措施[7]。
参考文献
[1] 康辉茹，李玉龙.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].建筑工程技术与设计，2017（5）：220.
[2] 刘会朋.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].建筑工程技术与设计，2019（27）：1753.
[3] 何国琼.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].中国新技术新产品，2017（1）：97-98.
[4] 和军.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].工程建设与设计，2019（10）：133-134.
[5] 叶孝民，王明.探析中小型水库土石坝的除险加固设计[J].江西建材，2015（08）：100.
[6] 李朋飞.分析中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].科技与创新，2016（5）：133.
[7] 王玲.分析中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].水能经济，2016（07）：127.
收稿日期：2020-03-06
作者简介：都建民（1974—），男，河南温县人，本科，工程师，研究方向：水利水电工程。
Research on Application of Construction Technology for Danger-removal and Reinforcement of Earth-rock Dams in Medium and Small Reservoirs
DU Jianmin
（Henan Zhenghang Construction Engineering Co.， Ltd. Zhengzhou Henan 450000）
Abstract：The dam reinforcement technology occupies a vital position in the construction of water conservancy projects in my country. With the continuous increase in the use time of dams， most of the early-built water conservancy projects have experienced varying degrees of aging. Especially for small and medium-sized reservoir earth-rock dam projects， most of them have the phenomenon of seismic liquefaction of sand layer under the action of earthquake. In order to ensure the quality of water conservancy projects， it is extremely important to adopt the method of removing danger and strengthening. In this paper， combined with the danger elimination and reinforcement project of a small and medium-sized reservoir dam， this paper proposes an earth-rock dam rip-rock squeezing and silting reinforcement plan. It is hoped that this economic and reasonable dredging method will further improve the quality of water conservancy projects.
Keywords：small and medium-sized reservoir; earth rock dam engineering; danger removal and reinforcement; riprap and silt squeezing
关键词：中小型水库;土石坝工程;除险加固;抛石挤淤
中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）04-0000-00
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。 由表1可知，本段坡腳外淤泥具有较为明显的隆起现象。随后再次通过钢管测定，大多数块石已到达淤泥层底部，但并非所有块石，仍有一些悬浮于淤泥层内，与底部具有一定距离。针对这一情况，应从土力学角度展开研究，淤泥层属于流变体，在压力一定的条件下，随时间增加变形而发生改变。因此，随着上部压重量的持续加大，在淤泥层内悬浮的块石，最终会到达淤泥层底部，因此，可认为采用抛石挤淤加固法可以达到预期效果[4]。
3.3抛石挤淤工程实施效果
抛石挤淤施工后，沿坝轴线方向，从0+650桩号断面起，每隔100m在压重体平台上进行沉降观测点安设，待完成压重施工后，以20d为一个周期进行测量分析，最终压重平台平均沉降量为5.9m，经计算可知，该沉降量属于抛石压重体自身压实沉降量，底部淤泥彻底挤出，且效果显著[5]。
4结语
综上所述，当前我国水利工程建设规模逐渐扩大。然而，在建设规模持续扩大的过程中，大量早期修筑的水利工程已呈现出不同程度的老化、病害情况[6]。针对这一问题，必须采取切实可行的除险加固方法，从而有效提升水利工程建设质量，保证使用安全。抛石挤淤法是一种成本低、工期短、操作简单的加固技术，在中小型水库土石坝除险加固施工中合理采用抛石挤淤法，可有效处理软基问题，解决砂砾石坝基地震液化现象，是提高坝坡抗滑稳定性的重要措施[7]。
参考文献
[1] 康辉茹，李玉龙.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].建筑工程技术与设计，2017（5）：220.
[2] 刘会朋.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].建筑工程技术与设计，2019（27）：1753.
[3] 何国琼.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].中国新技术新产品，2017（1）：97-98.
[4] 和军.试述中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].工程建设与设计，2019（10）：133-134.
[5] 叶孝民，王明.探析中小型水库土石坝的除险加固设计[J].江西建材，2015（08）：100.
[6] 李朋飞.分析中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].科技与创新，2016（5）：133.
[7] 王玲.分析中小型水库的土石坝除险加固施工技术应用[J].水能经济，2016（07）：127.
收稿日期：2020-03-06
作者简介：都建民（1974—），男，河南温县人，本科，工程师，研究方向：水利水电工程。
Research on Application of Construction Technology for Danger-removal and Reinforcement of Earth-rock Dams in Medium and Small Reservoirs
DU Jianmin
（Henan Zhenghang Construction Engineering Co.， Ltd. Zhengzhou Henan 450000）
Abstract：The dam reinforcement technology occupies a vital position in the construction of water conservancy projects in my country. With the continuous increase in the use time of dams， most of the early-built water conservancy projects have experienced varying degrees of aging. Especially for small and medium-sized reservoir earth-rock dam projects， most of them have the phenomenon of seismic liquefaction of sand layer under the action of earthquake. In order to ensure the quality of water conservancy projects， it is extremely important to adopt the method of removing danger and strengthening. In this paper， combined with the danger elimination and reinforcement project of a small and medium-sized reservoir dam， this paper proposes an earth-rock dam rip-rock squeezing and silting reinforcement plan. It is hoped that this economic and reasonable dredging method will further improve the quality of water conservancy projects.
Keywords：small and medium-sized reservoir; earth rock dam engineering; danger removal and reinforcement; riprap and silt squeezing