水利工程中土石坝滑坡的原因分析及加固方法

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  摘要:土石坝坝坡在重力和其它力的作用下都有向下和向外移动的走势,如果坝坡内岩土抗剪强度能够抵住这种走势,则此坝坡是稳定的,否则就会失稳而发生滑坡,即滑坡体沿着一个最弱滑动面发生滑动。滑坡的一般性态是破坏前坡上部或顶部出现拉伸裂缝,滑坡体的上部下陷,并出现台阶、洼地,而其下部鼓胀或有较大的侧向移动,出现扇形拉伸裂缝。
  关键词:土石坝滑坡加固
  1原因分析
  滑坡主要是土體边界上产生剪切破环的结果,从滑坡机理来看,滑坡与滑动力和抗滑力密切相关,抗滑力一定时,滑动力增加到等于或大于抗滑力时,就会产生滑坡;滑动力一定时,抗滑力减小到等于或小于滑动力时,就会引起滑坡。重力和地震力都属于滑动力,它是滑坡产生的主要的外部因素。根据一些工程实例统计,发生滑坡的原因可归纳如下:
  (1)蓄水期库水位升高,浸润线随之升高,孔隙水压力增大,抗滑力减小,导致下游坡滑坡;作物需水期连续灌溉用水,水库水位骤降,如最大降落水深0.3~4.0m/d,导致上游坡滑坡。
  (2)下游坝坡未设置护坡及坝面排水,暴雨人渗坝体饱和,造成坝坡上部重量和水压力增加,从而加大滑动力,导致下游坝坡滑坡。
  (3)坝体未设置质量可靠的防渗和排渗设施,从而引起坝体浸润线过高,坝坡大面积渗水,孔隙水压力过高,坝体抗滑力减小,导致滑坡;防渗体的顶部高程低于蓄水位的土坝,库水渗入下游坝体,使之饱和,甚至产生管涌流土,导致滑坡。
  (4)上游护坡未延伸至坝脚,水流长期淘刷坝脚,使坝体下部抗滑体积不断减小,造成坝坡抗滑力不足而产生滑坡。
  (5)设计坝坡陡于坝体稳定坝坡,施工过程中滑动力过大,坝坡失稳,引起滑坡。
  (6)土石坝施工质量差引起的滑坡,施工过程中碾压质量差,土层厚,碾压不实或根本未碾压;施工接缝多,又未进行专门处理,铺土接头处漏压或碾压不够,形成集中渗水,造成滑坡。
  (7)坝基未处理或处理不当,坝基有淤泥层,含水量高,筑坝时未清除。也未挖槽切断,上部坝体荷载不断加大,基础承载力不够,坝体顺淤泥层滑动。
  (8)冬季施工时保温措施不够,产生成层冻土层,溶化后产生软弱土层,上部坝体荷载不断增加,坝体顺软弱层滑动。
  2滑坡加固设计
  通过勘探试验分析,即可确定滑坡性质和产生滑坡的主要原因,并进行滑坡加固设计。此项加固设计必须遵循文献[3)的有关规定,通过稳定分析,核实加固设计坝坡的稳定性。
  (1)针对土石坝的施工填筑条件以及水库运行条件,滑坡加固设计的基本准则是减少滑动力和增加抗滑力。据此准则,常用的加固设计是减少滑坡体上部陡峻的主动滑动区段的重量,以减少下滑力,而在滑坡体前缘加重压坡,以增力n抗滑力,从而由原来的陡坡改为缓坡,上削下压,定出初步加固设计坝坡,然后进行稳定计算,确定合理的最后加固设计坝坡。
   (2)粘性土的填筑标准为设计干密度和平均最优含水量,砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标。粘性土的压实度、砂砾石和砂的相对密度应符合规范要求。
  3滑坡加固方法
  (1)土石坝坝坡滑动破坏加固技术
  土石坝坝坡在重力和其他作用力作用下都有向下和向外移动的走势。如果坝坡内岩土的抗剪强度能够抵抗住这种走势,则此坝坡是稳定的,否则就会失稳而发生滑坡。土石坝滑坡是多种因素共同作用的结果,是一种复杂的失稳破坏现象。产生土石坝滑坡的基本因素,实质上是滑动力的增加与抗滑力的不足。
  滑动力与抗滑力取决于库水和雨水入渗、施工方法、施工速度、地震等外部条件所引起的坝体或坝基内孔隙水压力及筑坝土料的性质,包括与孔隙水压力有关的抗剪强度。为此,首先必须进行滑坡勘探、土工试验及观测工作,从而确定滑坡的性质及其主要原因,并定出滑坡加固设计,以便进行滑坡加固的施工与质量检查。
  土坝坝体是由人工填筑坝料而成,而坝基与岸坡是隐蔽工程。根据滑坡加固的设计标准,应按SDJZ13-83《碾压式土坝施工技术规范》做好滑坡加固的施工。滑坡加固的施工方法主要有:清理坝基及岸坡,清除和处理好对大坝安全会造成隐患的树根、泉眼、洞穴、风化岩石、滑坡体等;抛石固脚阻滑,稳住滑坡体;在稳住滑坡体的基础上及时处理滑坡裂缝;全面培厚,放缓坝坡;下游坝坡堆石压载,做贴坡式反滤层等等。
  (2)土石坝坝体灌注粘土浆加固技术
  目前,坝体灌浆的方法可分为充填式和劈裂式两种,前者是指自重灌浆(孔口压力为零),后者是指利用灌浆压力劈开坝体,形成一道近于垂直并连续的浆体帷幕。其实,两种灌浆方法都是压力灌浆,只是所用的压力大小不同而已。
  这两种灌浆加固技术,在我国水利工作者的努力下都取得了富有成效的成果,为我国的病险土石坝加固处理作出了贡献。
  (3)坝体和坝基的密实加固技术
  土石坝的最大隐患是坝体填筑质量达不到设计要求,以及对软弱坝基处理不当,因此提高坝体和坝基密度是消除病险库的首要课题。提高坝体和坝基密度更是兴建土石坝的关键技术之一。
  对于新建坝,坝体与坝基的密度一定要进行严格的论证,精心设计,选择最优施工加固方案,精心施工。对于坝体密度主要控制填筑质量,包括坝料的选择,碾压试验,碾压方法及碾压施工各项参数等,均应严格按有关规范进行,以确保坝体填筑质量。
  新建坝坝体密度除用碾压法进行填筑施工外,也不排除采用振冲压密法进行填筑施工。新建坝的软弱坝基的加固有很多方法可以选择,如振冲压密法,排水砂井分期填筑法,深层搅拌法,强夯法,换填法以及化学灌浆法等等。
  已建坝,坝体与坝基已形成一个整体,假如坝体和坝基密实度都有问题,那么选用加固方法时尽量选用同一种方法处理。在上面提到的诸多加固方法中,振冲法具有较好的适用性。对于筑坝的砂石、土料以及坝基的软弱土质(粘性土或砂性土)都能进行加固处理。因此,振冲法不失为一个较优的加固方案。
  4滑坡加固的施工质量控制
  土石坝坝体是由人工填筑坝料而成,应按有关规定,做好滑坡加固的施工。
  上坝坝料的压实标准应符合设计规定。土料分段填筑时,应防止漏压、欠压和过压。上下层分段的位置应冒开,分段碾压时,顺碾压方向的搭接长度应≥0.3~0.5m,垂直碾压方向的搭接宽度应为1~1.5m。压实机械与其他重型机械不宜来往同走一辙。必须严格控制铺土厚度,不得超厚。铺土前压实结合层面应予刨毛、洒水湿润。按设计规定,必须控制施工速度,作好雨季防雨和排水保护措施,负温下填筑应加强质量控制,做好填筑面防冻措施。
  排水设备的石料必须质地坚硬,其抗压强度、抗水性、抗冻性、尺寸都满足设计要求,堆石应分层进行,靠近反滤层处用较小石料,外坡表面用较大石料。每层填筑厚度以0.5~1.5m为宜,堆石上下层面应犬牙交错。
  反滤层厚度、铺筑位置、粒径、不均匀系数、含泥量等,均应符合设计要求,运输和铺筑过程中,反滤料应保持湿润状态,以免颗粒分离,并防止杂物混入。反滤层应自底向上铺筑,必须严格控制反滤层厚度。分段填筑时,不得发生层间错位、折断、混杂。
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