碾壓式土石壩除險加固設(shè)計與施工

吳 劍

(貴陽市水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽550001)

1 大壩的基本情況

目前，我國有大批20 世紀(jì)60—70年代興建的小型碾壓式土石壩壩型水庫處于帶病運行狀態(tài)，大部分未能發(fā)揮其效益。限于當(dāng)時的施工條件及其他原因影響，其施工質(zhì)量較差，大壩出現(xiàn)滲漏等諸多問題直接成為了大壩的安全隱患，如何對大壩進(jìn)行除險加固，成了迫在眉睫的問題。

2 大壩建筑中存在的缺陷

2.1 壩體不滿足規(guī)范要求

主壩的殼體和墻心的填筑壓實度沒有達(dá)標(biāo)，在過去，對水庫的大壩進(jìn)行過實地勘察，通過實體建筑勘察，了解壩體的填筑情況。

期間，通過鉆孔，探井和物探類似的主要方式，進(jìn)行測試，得到結(jié)論是，大壩的平均壓實度為0.86，壩殼為0.91，很顯然，這兩個指數(shù)都沒有達(dá)到要求的平均水平。另外，壩體土的均勻性很差，有的地方還有塌方的跡象，這對大壩的安全形成一大隱患［1］。

2.2 壩基和壩肩

修建于20 世紀(jì)60—70年代的小型碾壓式土石壩大多清基不徹底，壩體與基礎(chǔ)接觸不好，常有滲漏的現(xiàn)象，極大地破壞了大壩的安全性。

3 大壩在進(jìn)行除險加固方法的選用原則

碾壓式土石壩盡管壩型常見，但是由于機具、材料等條件的多變，致使其工程的情形極度復(fù)雜，從而增加了土石壩在排除險情、加固問題上具有更多的選擇性，并且其使用范圍以及局限性大大的降低。因此在對工程中所存在病毒進(jìn)行治理與分析時，應(yīng)當(dāng)盡可能的從工程病害的具體情況來進(jìn)行分析，通過實際的考察，挑選出一個技術(shù)上過硬、經(jīng)濟開銷較低、施工難度較小的加固方法來進(jìn)行實施。

4 大壩除險加固的設(shè)計方案

4.1 壩頂和壩坡的設(shè)計

水庫大壩的壩頂應(yīng)該要有排水系統(tǒng)，因此壩頂?shù)呐潘O(shè)計可以讓壩頂?shù)钠露葍A斜20°左右，并且在大壩下游鋪設(shè)路緣石，與排水溝相連。

大壩壩身的坡度應(yīng)當(dāng)與壩高，壩型，壩基和力學(xué)相結(jié)合進(jìn)行定奪。同時還要依據(jù)壩身的載荷量科學(xué)地計算壩坡的滲流和穩(wěn)定性，最后評定大壩是否符合穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。大壩上游的護坡可以根據(jù)實際情況建設(shè)一個戧臺，依據(jù)安全穩(wěn)定，節(jié)約資源，便于施工的原則進(jìn)行設(shè)計，打造成預(yù)制混凝土塊，預(yù)制干砌石的護坡形式。要注意的是，預(yù)制干砌石護坡要留有足夠多的排水口和縱橫縫，護坡底部要設(shè)有基座。壩坡厚度要依據(jù)反濾和雨水風(fēng)浪沖擊拍打的要求設(shè)定。

4.2 主壩采取的加固措施

在風(fēng)化的巖層里鉆孔是很困難的，水壩的壩基在5 ～20 m時，可以采取帷幕灌漿的方式進(jìn)行灌漿。防滲施工時必須保證墻心質(zhì)量，一點也不能遭到破壞。對主壩進(jìn)行加固，首先要修筑塑性混凝土防滲墻。

4.2.1 防滲墻設(shè)計

塑性混凝土是建構(gòu)防滲墻的主要材料，所以在施工時，采用膨潤土漿液固定墻壁，采用兩鉆法進(jìn)行穿鑿，再用混凝土泵送澆注。首先，在施工過程中先用沖擊鉆鉆主孔。

4.2.2 帷幕灌漿設(shè)計

壩基如果出現(xiàn)風(fēng)化巖，采取帷幕灌漿的處理方法，帷幕灌漿與混凝土連成一體，防滲墻內(nèi)的鋼管通過預(yù)埋產(chǎn)生，導(dǎo)致鋼管底部產(chǎn)生了風(fēng)化巖，這時最恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞骄褪怯冕∧还酀{的方法。

在防滲墻中間預(yù)埋管徑為10 cm的的鋼管，間距與鑿孔的孔距一樣均為2 cm，用定位安裝架固定預(yù)埋的鋼管，主要是在鑿孔，清孔之后，混凝土澆筑之前進(jìn)行即可。直徑為20 mm的定位架有鋼管連接而成，垂直方向距離定位架10 m。鋼管完成之后，開始對混凝土進(jìn)行澆注，強度要達(dá)到設(shè)計的80%采用鉆孔灌漿。

5 對于壩體灌漿的具體方法

壩體選用充填式的灌漿手段進(jìn)行，該方法應(yīng)當(dāng)遵照相應(yīng)的分序與“少灌多復(fù)”的灌漿方法來進(jìn)行。“少灌多復(fù)”是指:單次施工的灌漿量應(yīng)當(dāng)少一點，而施工的次數(shù)方面上，應(yīng)當(dāng)盡可能的多次進(jìn)行施工。在進(jìn)行灌漿作業(yè)的過程當(dāng)中，首先應(yīng)當(dāng)對第1 序孔進(jìn)行輪灌，等到第1 序孔終灌之后，再一次進(jìn)行2 次的序孔，待到2 次序孔施工完畢之后，再進(jìn)行3 次序孔。在對每孔進(jìn)行灌漿作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)將其次數(shù)控制5～10 次，而第2 次進(jìn)行灌漿與第一次灌漿作業(yè)之間，其相差的時間間隔應(yīng)當(dāng)＜5 d。此外，在鉆孔的過程當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)有出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象的發(fā)生，那么應(yīng)當(dāng)盡可能的選用“先灌漿作業(yè)，然后再鉆進(jìn)”的方式進(jìn)行處理，并且對于灌漿量的多少以及灌漿的具體壓力也應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行控制。

6 壩體培厚施工

壩體培厚施工包括基礎(chǔ)開挖、堆石料填筑、風(fēng)化料填筑和壩體反濾過濾料填筑等。

6.1 基礎(chǔ)開挖

采用挖掘機進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，必要時輔以人工清理，采用流水作業(yè)，開挖自上而下一次性完成。通常施工工序是撒開挖線、清理場地、開挖、推土機集中、裝運和棄土平整。開挖時應(yīng)當(dāng)采用挖一段回填一段的方法，防止壩體產(chǎn)生新的滑動。

6.2 堆石料填筑

堆石料的填筑分為堆石料解小、石料運輸、灑水、鋪料、推平、碾壓、質(zhì)檢與驗收。堆石料鋪筑一般采用進(jìn)占法，先使用推土機推平，然后人工找平。為了保證碾壓施工的質(zhì)量，在碾壓前應(yīng)當(dāng)適量灑水，進(jìn)行振動平碾碾壓，當(dāng)空隙率和壓實干容重滿足施工要求后再進(jìn)行下一層填筑施工，施工時要嚴(yán)格控制鋪筑厚度、壓實質(zhì)量。

6.3 風(fēng)化料填筑

分化料的一般填筑程序為風(fēng)化料開挖、運輸、灑水、鋪料、推平、質(zhì)檢、下一層填筑。

6.4 壩體反濾過渡料填筑

反濾料填筑一般采用砂、碎石的混合料。為了確保反濾料能夠和壩殼料平起填筑，在施工時應(yīng)當(dāng)先填反濾料。鋪筑施工時應(yīng)當(dāng)注意:反濾過渡料的含泥量、材質(zhì)級配、有效寬度厚度、鋪筑位置等均要符合設(shè)計要求，在施工過程中避免混入其他料物和雜物，反濾層內(nèi)不得設(shè)置縱縫，反濾料的填筑層次不得發(fā)生錯位，有效寬度不可以隨意減小。

7 截滲、返濾、排水加固設(shè)計

大壩的壩體應(yīng)該控制滲流量，使之處在一個合理的范圍內(nèi)，以達(dá)到水庫滲流量穩(wěn)定的要求。壩基截滲設(shè)計應(yīng)當(dāng)與壩體截滲設(shè)計相結(jié)合，選用較優(yōu)的設(shè)計方案。

壩體的返濾和排水加固可以通過在壩體基部預(yù)埋鋼管的末端的滲流部位設(shè)置過渡層或反濾層，處理滲流溢出。在滲流溢出的部位設(shè)置排水管，可以通過貼坡排水法，綜合采用壩頂，壩體，壩坡截水，集水，排水措施。

8 結(jié) 語

水利工程進(jìn)行除險加固給當(dāng)?shù)睾蜕鐣砭薮蟮慕?jīng)濟效益，除了能完善水利系統(tǒng)，同時也能提高水利工程整體的防洪系統(tǒng)，保障了人們的生命財產(chǎn)安全。

［1］牛運光. 病險水庫加固實例［M］. 北京:中國水利水電出版社，2002:96 －97.