浅谈土石坝的防渗措施

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  摘 要:我国河流众多,径流丰沛、落差巨大,蕴藏着非常丰富的水能资源。同时,我国对水资源的利用和治理也十分重视。我国大坝的建设处于世界领先的地位,但对于大坝的安全问题仍然需要更加关注。水库大坝的安全一直是关系到国计民生的大事,土石坝的作用是挡水,但大坝的挡水和渗流是同时存在的。从大量的工程中可以得知:大多数土坝的破坏是由渗流引起的,渗流已成为安全问题的直接隐患,给人民安全及其财产带来了巨大的损失,因此,找出合理的预防解决措施是十分必要的。
  关键词:土石坝;渗流;防渗
  一:我国土石坝建设现状
  土石坝泛指由当地土料、石料或混合料,经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝,具有取材方便、投资较少、易于施工的特点。土石坝是历史最为悠久的一种传统坝型,也是世界大坝建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。据统计,我国的土石坝数量大概占到大坝总数量的90%以上【1】,且多数是在早20世纪50-60年代修建的。这些工程都是在边勘测、边设计、边施工的工作条件下进行修建的,有些工程质量很差,留下了很多安全隐患。据不完全统计资料,我国大坝由于渗流而引起的破坏事故率约占31.7%【2】,由于缺少水文、地质等资料,土石坝漫坝冲垮者最多,其次就是大坝渗漏导致溃坝,占29.1%,这说明由于渗透而造成的溃坝问题是相当严重的。
  二:土石坝破坏机理分析
  在进行土石坝的修建过程中,采用散粒状的砂砾进行填筑,其颗粒间存在空隙,具有透水性能,因而是渗流的主要途径。当渗流量较大时,渗流会带走土壤的杂质颗粒,对土石坝造成破坏。渗流根据位置不同,对大坝的破坏机理也有所不同。土石坝的渗流主要有以下几个方面:
  1.坝体渗漏
  水库在蓄水后,土石坝由于上下游水位差产生水头压力,水流透过坝体从上游坝面深入,经过坝体在下游坝坡面上已出单的这种现象为坝体渗漏。坝体的渗漏与坝体的各种土料的渗透系数有关,坝体的渗水会使坝体滑坡的可能性增大坝坡土体的抗剪强度减小,发生局部渗透破坏、流土、管涌或者滑崩的可能性增大。而且土石坝在施工过程中,层与层之间的结合面容易出现分层而导致坝体形成渗漏问题,其主要原因是由于采取分层分期碾压填筑时,未能及时的处理由于填筑面承受施工车辆及碾压机的碾压或者施工人员的活动而导致填筑表面形成硬壳光面,一般在未做好刨毛处理即铺新土,最终导致层面之间接触不良等原因造成的。
  2.坝基渗漏
  土石坝的坝基渗漏的主要表现为外坡坝后地面及坝基出现沙沸、浮动、膨胀、断裂等,其破坏主要有两方面的原因:
  (1)坝基地址处存在地质问题,即存在裂缝和破碎带或者软弱夹层或者存在喀斯特地形,并且对这些问题没有进行很好的处理,对坝体的稳定性构成一定的威胁。
  (2)在进行坝基的施工时,对涂料的碾压程度以及铺盖坝基时的铺料含水量较高,则坝基的坚固性就会降低,因而在水库蓄水后,坝基会因为承重较高而出现裂缝。且坝基铺盖下的反滤层也会影响水库的正常蓄水运行,在高压力的作用下会被顶穿。
  三:土石坝防渗措施
  土石坝的破坏多以发生渗漏破坏为主,常采用的措施一般可分为水平防渗和垂直防渗两大类。其实质是延长渗径,降低坝体浸润线,以使渗透坡降小于临界坡降,维持土石坝的稳定。
  1.水平防渗:
  水平防渗的方法简便易行,一般应用当地材料,易于取材,造价便宜,施工工艺及机械设备均较简单,与土石坝连接较容易。主要用于中小土石坝的坝基防渗,一般是将粘性土在坝基上游河床分层碾压形成防渗铺盖用以延长渗径,从而减小坝基的渗漏损失和渗流坡降,保证坝基的稳定。在填筑前对基础进行清理,铺盖上需要设置保护层,同时要在砂砾石地基上设置过滤层。
  2.垂直防渗:
  土石坝垂直防渗方法大致有:帷幕灌浆、高压喷射灌浆、土工合成材料、混凝土防渗墙、土质防渗体。帷幕灌浆常用于岩石坝基的防渗中,要提前对周边的地质条件进行勘察以确定孔距深度和排距深度;高压喷射灌浆利用喷射装置喷射具有高压的水柱冲击破坏被灌地层然后经由管道灌入浆液灌入与地基紧密结合,构成连续的防渗体结构;土工合成材料主要用于坝体或者岸坡的防渗;混凝土防渗墙适用于坝基较厚的情况,在坝体及坝基上挖深度适中的槽、孔,并向其中浇筑浆液,采用混凝土将二者联合形成一体的混凝土墙从而达到防渗的效果;土质防渗体是土石坝防渗中使用最普遍的防渗结构,多采用黏土进行填筑使坝体的渗透量降低,稳定渗流。
  四:结语
  土石坝的渗流由许多原因造成的,它取决于工程的地质情况、水文情况、大坝的施工以及运行情况以及一些不确定的因素,所以应该定时地对大坝进行认真的检测,及时发现大坝的缺陷以尽早进行维修以确保大坝的安全和正常运行将损失降到最低。
  参考文献:
  [1]孙绪成. 青峰岭水库土石坝除险加固技術应用研究[D].中国农业大学,2005.
  [2]汝乃华、牛运光. 大坝事故与安全:土石坝[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
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