中小型水庫土石壩除險加固施工技術應用研究

都建民

大壩除險加固工藝在我國水利工程建設中占據著至關重要的地位。隨著大壩建成使用時間的不斷增加，大部分早期修筑的水利工程均出現了不同程度的老化現象。尤其是中小型水庫土石壩工程，其在地震作用下，大多數存在砂土層地震液化等現象。為保證水利工程質量，采取除險加固方法顯得極為關鍵。本文結合某中小型水庫大壩除險加固工程，提出了土石壩拋石擠淤加固方案，希望通過這種經濟、合理的清淤方式，進一步提升水利工程質量。

中小型水庫;土石壩工程;除險加固;拋石擠淤

水庫大壩安全事關國計民生，在我國水利工程眾多壩型中，土石壩是最常見的一種，基于建設時期的特殊性，當前很多土石壩工程均面臨各種不同問題。研究發現水庫建成使用多年后，往往會產生壩前淤積物，此類產物是一種流塑狀淤泥，特點為含水量高、細粘粒多，在清淤方面難度很大，且成本高。拋石擠淤法是一種強制性換土加固技術，是指將大量片石、塊石投入到軟粘土內，強行將軟粘土內的空隙擠出并迅速占領其位置，以此達到提升地基承載力、降低不均勻沉降、保證土體穩定的目的。將該加固方法用于中小型水庫土石壩除險加固施工中，可有效解決砂礫石壩基地震液化及壩坡不穩定等問題，因此具有良好的應用效果和發展前景。

某中小型水庫大壩工程，0+600～1+450段為心墻砂殼壩;0+000～0+600段及1+450～1+780段為均質壩。壩基巖性以1+350為界劃分，其東部位為長英巖、片麻巖，其西部位為灰巖、砂頁巖。據地質勘查結果顯示，本工程存在滲水現象，尤其是庫水位在175m高程以上時，滲水更為嚴重。此外，其還可能存在砂基和砂殼震動“液化”等問題。針對上述問題，決定對大壩進行除險加固處理。

通過地質勘查結果顯示，在7度地震作用下，本水庫大壩極可能產生震動液化現象，這對大壩安全影響較大。究其原因在于大壩壩體粘壓作用不佳，密實度不足，砂殼和壩基砂土層相對密度僅為0.12～0.59，這嚴重影響其抗震能力。因此在地震條件下，極容易出現震動液化現象，導致壩體穩定性下降，甚至出現滑坡情況，造成嚴重財產損失和人員傷亡。為了全面了解砂土層地震液化情況，本文采用了現場波速測試法、動力反映分析法進行測定和評定，詳細計算了大壩壩殼和壩基砂土層受力狀態，從而準確確定了抗震加固范圍。在綜合考慮各類因素的前提下，本文提出了砂殼翻壓抗震加固方案，以163.5m為砂殼翻壓設計底高程，在施工中可采用水庫下游河床內的砂礫石料作為砂殼料。

結合大壩現場波速測試、動力反映分析計算等結果，在壩體抗震加固的基礎上，采用拋石壓重抗震加固方案用于壩基加固。164.0m為拋石壓重設計頂高程，拋填壓重材料可采用溢洪道開挖石方，或護坡翻修拆除石方等，這樣不僅能夠避免棄渣占地，還能滿足壩基抗震加固所需。

在壩基拋石壓重前，應先將壩前淤積層清理干凈，從而穩定壓重體。壩前淤積物清理困難，若僅采用人工法，或機械法，因工期較長，很難保證在汛期來臨前完成施工，這種情況下，勢必會增加施工的危險性。為此，本文提出拋石擠淤法，相比，清淤壓重法，優勢在于3點，第一，節約成本;第二，降低水庫放水量;第三，縮短工期，能夠保證施工期間大壩安全渡汛。

針對本工程實際滲漏情況，決定采用兩種壩基防滲加固方案，即基巖防滲帷幕灌漿、基巖接觸帶灌漿。

（1）動力試驗選擇。根據工程實際情況，參考以往工程資料，需在液壓式三軸儀上進行砂土液化強度試驗，在電磁式振動三軸儀上進行粘土動強度試驗。本文采用徐志英孔壓增量解析式求解孔壓。

（2）震動液化分析。飽和砂層若具有密度小、密實度差等特點，在地震條件下，砂土層內孔隙壓力將隨之升高，一旦孔隙水壓力達到最大數值，將導致砂的抗剪強度迅速下降，或完全喪失抗剪強度，這種情況即被稱為砂的液化。基于有效應力原理，當上覆土總應力和孔隙水壓力相同時，那么，有效應力就會等于“0”。此時，砂將不會有抗剪強度產生，即可呈現為液化狀態。

地震烈度、地震歷時等因素除外，影響液化的因素還包括土料類型、顆粒組成、飽和度等因素。當地震烈度增高，地震歷時就會隨之延長，這種情況下，就會極易產生液化現象。基于此，在震動過程中砂殼壩體、砂土地基是否存在液化現象，需計算動孔隙水壓力在震動過程中的增長情況。根據本工程實際情況，在7度地震情況下，壩體砂殼或砂土地質震動液化判定可采用增量解析法。經計算分析可知，當壩體砂殼或砂礫石壩基液化度在1.0以下時，說明在7度地震條件下，大壩加固處理后不會出現液化現象，表明大壩穩定性良好。

為檢驗拋石擠淤施工效果，采取樁號1+100～1+140段進行測定與分析。試驗時，將2排鋼管，即1#管設于相距上游壩腳處，2#管設于相距上游壩腳3.5m處。隨后在淤泥內垂直插入鋼管。通過鋼管周圍淤泥高度變化情況的測定，可準確了解淤泥擠出效果。表1為拋石擠淤施工記錄。

由表1可知，本段坡腳外淤泥具有較為明顯的隆起現象。隨后再次通過鋼管測定，大多數塊石已到達淤泥層底部，但并非所有塊石，仍有一些懸浮于淤泥層內，與底部具有一定距離。針對這一情況，應從土力學角度展開研究，淤泥層屬于流變體，在壓力一定的條件下，隨時間增加變形而發生改變。因此，隨著上部壓重量的持續加大，在淤泥層內懸浮的塊石，最終會到達淤泥層底部，因此，可認為采用拋石擠淤加固法可以達到預期效果。

拋石擠淤施工后，沿壩軸線方向，從0+650樁號斷面起，每隔100m在壓重體平臺上進行沉降觀測點安設，待完成壓重施工后，以20d為一個周期進行測量分析，最終壓重平臺平均沉降量為5.9m，經計算可知，該沉降量屬于拋石壓重體自身壓實沉降量，底部淤泥徹底擠出，且效果顯著。

綜上所述，當前我國水利工程建設規模逐漸擴大。然而，在建設規模持續擴大的過程中，大量早期修筑的水利工程已呈現出不同程度的老化、病害情況。針對這一問題，必須采取切實可行的除險加固方法，從而有效提升水利工程建設質量，保證使用安全。拋石擠淤法是一種成本低、工期短、操作簡單的加固技術，在中小型水庫土石壩除險加固施工中合理采用拋石擠淤法，可有效處理軟基問題，解決砂礫石壩基地震液化現象，是提高壩坡抗滑穩定性的重要措施。

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（Henan Zhenghang Construction Engineering Co.， Ltd. Zhengzhou Henan? 450000）

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.

small and medium-sized reservoir; earth rock dam engineering; danger removal and reinforcement; riprap and silt squeezing