堤壩地基及壩體處理方法和加固措施

黃仕明

（梅州市威華水利水電建設工程有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

國民經濟的迅速發展，水利工程在地方經濟的地位越來越突出，各地水庫的建設也在不斷的進行著。在水庫工程中，安全隱患的排除和加固是確保水庫安全運行的基礎。在實施水庫堤壩加固施工時，既要確保工程全過程的科學化、規范化，又要重視施工期間的管理，防范和加強風險，促進和諧社會的順利發展[1]。

1 水庫堤壩加固施工的意義

通過對水庫堤壩建設規范的認識，可以看出，建設工程項目的管理應該由建設單位來承擔，但目前，由于建設單位的管理意識薄弱，導致建設項目的管理責任轉移到了工程項目的委托單位上。在水庫堤壩的加固施工中，若出現安全事故，不但要由工程承包方負責，而且業主也不能免除責任，還要支付一定的撫恤金、器材、材料等，所以必須加強對水庫的管理，并對各參與方的經濟利益進行有效的保護。

2 堤壩地基常見處理方法

在進行水庫大壩基礎的治理時，應根據地質地貌、水文氣象等因素選擇合適的地基處理措施，例如，當堤基中含有大量的有機物時，可以采取換填法、拋石擠擠等方式進行處理。除此之外，在加固大壩的過程中，還可以采用強夯法、化學加固法[2]。

2.1 拋石擠淤法

在采用此方法對堤基進行處理時，優先選用出顆粒大小均一的碎石，然后再將其拋入淤泥質基礎中進行加固。通過大量的拋石，可以將已有的淤泥質土壤擠出，但應注意，選擇的巖石必須具有抗風蝕性，且顆粒直徑應大于30cm。在拋填過程中，應根據軟弱地基的水平坡度，并在其上方覆蓋一層反滲透膜。目前，這種方法已被廣泛用于處理流塑性淤泥質基礎。

2.2 土工合成材料加固加筋法

此外，還可以利用新的復合土工合成材料來提高堤基的承載力。在施工過程中，首先要在基坑的地面上鋪設土工合成材料，然后按加固方案進行加固，這樣可以有效地改善地基的上部荷載分布。采用SMA 技術可以有效緩解大壩的塑性剪切破壞，從而改善堤壩的承載力，從而實現對大壩進行加固[3]。

2.3 置換法

在進行水利工程建設中，當遇到軟弱地基時，通常采用砂質、水泥等替代軟地基，以滿足工程實際需要。在采用換填方法處理軟黏土基礎時，先將其開挖，然后選擇礦渣、素土、砂礫等材料，依次進行填筑，在填筑完畢后，進行分層加固，以提高基礎的整體致密性。為保證工程的順利進行，必須要改善大壩基礎的穩定性，因此，施工單位必須選擇質地堅硬、穩定性好、抗侵蝕性能好的填料來替代工程場地的基礎。采用替代土的方式，可以保證工程的順利進行，同時也會大大的增加工程造價和滲透率，因此，在進行大壩基礎的時候，往往不采用這種材料，而是從工地上的泥土中進行，既可以減少工程造價，又可以保證工程的安全，因此得到了廣泛的使用。該技術適用于土層較淺的地區，也適用于某些性質特殊的基礎。在進行工程建設時，要根據工程實際情況，選用最適宜的墊層材料，既能保證工程質量，又能減少工程造價。

2.4 強夯法

在采用強夯法時，必須利用夯擊力來減小地基的孔隙度，從而實現對地基進行加固。一般而言，在夯實階段，采用80kN 的夯擊機，將夯錘提升到6～30m 的高度，使其自由下落。在此期間，夯擊處形成的裂縫將為排出孔隙水提供通道，從而有利于土壤固結。若以泥炭、黃土及雜填土為主體，則在加固過程中可采取強夯施工。

2.5 硅化加固法

硅化處理是一種具有代表性的化學加固方法，可以提高基礎的強度和穩定性。在實際工程中，應在建筑材料中加入一定數量的氯化鈣和Na2O·nSiO2溶液，充分攪拌水泥和石灰。在此基礎上，利用網孔將以上物質注射到堤基中。這兩種溶液會在巖層中進行一系列復雜的化學反應，從而形成一種膠凝材料，從而極大地提高了土壤的附著力。不同的治理方式各有利弊，在施工過程中應根據堤基的具體情況，采取相應的措施。

2.6 排水固結法

所謂的排水固結技術，就是將塑料排水管板、沙井等放入地基里面，然后在上面進行預壓，將土壤中的水分排出，從而增加基礎的承載力，同時也可以增加土壤的穩定性。排水固結法包括了壓力和排水兩個方面，在進行施工的時候，首先要將軟土中的水分排出，這樣不僅可以加快空氣中的水分排出，還可以減少空氣中的水壓和孔隙率，從而達到提前進行地基的沉降和變形，從而增強基礎的承載力。在設置排水系統時，要根據地基土壤的滲水性，設置相應的排水裝置，將基礎上的水分排出。在軟土、飽和土壤中采用排水固結技術，可以提高基礎的穩定性，但不宜用于滲透性較差的泥炭土。在進行水利工程建設時，如果采用排水固結法處理軟弱地基，通常采取電滲排水、堆載預壓、真空預壓、沙井等方法[4]。

（1）沙井工藝。沙井法是一種適合軟黏土地基的施工技術，它具有很好的滲透性，所以在加固排水管的過程中，必須要鋪上砂石，以加快排水的速度，同時還可以增強基礎的強度。

（2）堆載預壓方法。堆載預壓法是一種非常適合于軟土地基的方法，它可以通過加載碎石來激活地基中的填料，從而加速地基的沉降。因此，在采用堆載預壓法前，必須對加載速率進行有效的控制，并采取分層加載的方法，以減小預壓對整體基礎的影響。

（3）一種真空預壓方法。真空預壓是一種很好的方法，它是在沒有滲透水層的情況下，用一種薄膜將沙子包裹起來，然后用真空設備把里面的空氣抽出來，讓水從地面上流下來。

（4）電滲透。電滲法是在具有較低粘性、較高水位的軟弱地基上應用的。

3 堤壩及兩岸山體滲漏的原因及施工要點

3.1 堤壩及兩岸山體滲漏的原因

隨著蓄水池的不斷增大，蓄水池內的水壓也會隨之增大，在施工的時候，還會考慮到管道的高度、漏水等問題，如果混凝土或者沙子在長期的風吹雨打中出現了裂縫，那么就會導致儲層的裂縫越來越大，這就需要對裂縫進行深入的研究，盡量降低水庫的滲漏。

壩基滲漏是以壩體裂紋和斷裂為主要基礎，但仍需對細節腐蝕問題進行有效的篩檢調查，以較小的滲透區域作為壩體定位。在水利工程施工中，必須合理地選取大壩和山體。

3.2 堤壩施工的要點

在大壩工程建設中，要加強工程建設的質量管理。項目經理和技術人員應及時掌握施工情況，并及時采取相應的對策。其次，要組織專門的技術人員對壩體進行觀測和記錄，確定壩體滲漏、滲透形式、滲漏問題的大小，并分析壩體滲漏機制。此外，要組織技術人員對水文數據進行分析，并開展先導鉆孔的地質調查，全面地分析和推斷工程的實際情況，并在此期間設置若干先導鉆孔作為勘探孔。另外，在工地上要有一個主管對施工進行監督，并把監理的責任落實到每個人的身上[5]。

4 水庫堤壩加固施工方案

4.1 調查

在水庫工程加固前，采集現場資料，對不同地區的詳細情況進行調查，根據不同地區的工程量，在了解不同渠道的土壤，進行分級，并制訂相應的對策，建筑材料等情況后，根據防凍害、防滲等方面的經驗，合理地制訂施工方案。

4.2 加固方案設計

根據不同的地形條件，必須考慮由于水流沖刷引起的加固區域的耐久性。設計出相應的加固方案，在進行水庫的加固時，在進行工程建設之前，并綜合考慮了不同的地形結構和地下水溫度對工程的影響，應根據工程實際情況，全面考慮工程建設所帶來的經濟成本和對環境的影響，根據工程建設的需要，設計出一套更加符合現代綠色建造的新思路，并在技術上持續優化，同時節約成本。

4.3 制訂計劃

在進行水庫堤壩的加固時，施工人員必須首先理解有關的法規和管理計劃，自身具備較高的專業知識，同時懂得具體的強化防滲技術和原理，充分運用防滲、防鹽化、排水系統等，并根據不同的實施情況，進行修改，使其能更好地應付各種突發情況，并能更好的適應水庫建設的需要。

5 壩體處理方法與加固措施

5.1 劈裂式帷幕灌漿技術

在大壩加固工程中，劈裂式帷幕灌漿技術首先要利用灌漿壓力將大壩劈開，然后將泥漿注入裂縫，形成一堵與大壩軸線相同的防滲墻。利用這種方法進行大壩的加固，不僅可以有效地截斷軟弱層，而且可以有效地解決大壩內部的漏洞、裂縫等問題。同時，由于壩體與泥漿間的相互擠壓，導致大壩內的應力發生再分配，從而實現大壩的加固。大壩的加固工作比較復雜、系統，對加固技術的要求也比較高。在大壩工程中，在大壩的軸線方向設置幕墻，可以有效地防止大壩冒漿、局部隆起和串漿，從而減少了大壩的滲漏，并改善了大壩的堅固性能。在具體的施工過程中，要根據壩體的彎曲情況，選擇合適的鉆孔方法和鉆孔工具。一般采用直線型布孔法和梅花布孔法。在布孔過程中，孔距宜為3m，并嚴格按照“從上往下，多次少量”的原則進行注漿，可防止壩體漏水。由于大壩大部分為土質結構，在進行加固時，不能很好地掌握壩體的具體情況，因此，在此條件下，可以采用鉆孔法進行現場調查，從而為后期的注漿施工做準備。圖1 為注漿的工藝流程。在施工過程中，必須嚴格控制泥漿的配制和現場施工工藝的使用。

5.2 振動沉模防滲板墻技術

在此項技術的實施過程中，必須借助大功率、高頻率的起重機械，將預制好的中空鋼模放入大壩的地層中。然后再采用水泥或防滲砂漿進行灌漿，從而形成一種加固的防滲墻，從而提高大壩的防滲性能。在工程實施過程中，既簡化了施工過程，又縮短了工期，有利于控制工程的進度。但在某些陡坡上，當土坡的土坡質量比較低時，由于施工過程中會發生強烈的振動，從而會給大壩帶來二次損害，因此，在對已有多年歷史的大壩進行加固時，這種做法是不可取的。

5.3 低壓速凝式灌漿技術

目前，在進行高水位災害搶險、加固工程中，常采用低壓快速凝漿技術。利用鉆頭鉆入管涌發生的地層，然后將預先準備好的速凝劑、水玻璃等膨脹材料注入井中，可以起到堵漏的作用。

5.4 高壓填充式灌漿技術

當大壩出現蟻穴、孔洞等病害時，可采用高壓注漿技術對其進行充填和加固。在堤防工程中，蟻穴、孔洞的存在，會引起壩基不穩定等問題，從而產生管涌問題。在施工過程中，要用鉆機等機械對有問題的堤壩進行鉆孔，鉆孔的間隔要在1.5～2.0m。為了鉆深，必須在碎石層下面2m 的地方鉆入。然后，再把套管下到砂礫層，然后開始注漿，用黃色的泥漿封住鉆孔。

5.5 高聚物注漿技術

采用聚合物灌漿技術，不但可以提高大壩的防滲能力，而且可以提高大壩的機械性能，使其與泥漿充分的結合。在具體的施工中，首先要找出漏水的部位，然后用靜力壓緊裝置，將預先準備好的聚合物注漿液不斷的注入孔模具中。聚合物注漿材料在經過一系列的化學反應后，會產生體積膨脹，從而形成具有很好的抗滲性的高分子聚合物，從而提高了大壩的防滲性能。

5.6 建立水庫堤壩加固安全監測系統

針對目前水庫建設中存在的問題，各級政府要根據水庫的加固和治理規范，對相關責任人進行處罰，制訂施工計劃，并根據有關規范和規范，并與之進行積極的交流，營造一個良好的社會環境。另外，在確保施工和生產的基礎上，必須做到文明施工，嚴禁偷工減料，嚴禁干擾，確保項目的順利完成[6]。

5.7 保證施工方案質量

在建立了一套完整的管理體系之后，施工單位也要對工程項目進行檢查，對工程項目中出現的問題和不符合管理體系的問題進行整改。在水庫堤壩的加固工程中，各級建設和監理單位要清楚地意識到自己的職責和義務，并對安全技術在實際中的應用進行驗證，嚴格按照管理制度來進行工作，以此來為各個施工環節的順利進行打好基礎。另外，在對業主的方案進行檢查的同時，也要與有關的政策和制度相配合，進一步提高安全技術的科學性、可操作性、可行性，并傾聽一線工人的意見。

6 結語

堤壩是水利建設中的一個重要組成部分，在科學技術和經濟飛速發展的今天，人們對水利建設的需求越來越大，對水工產品的質量要求也越來越高。因此，在水利水電工程中，如何加強大壩的基礎和壩體是當務之急。目前，水利水電工程的技術手段雖多，但還需依據具體情況，選用更為科學合理的方法，因此，應加強有關技術人員的工作，以促進我國水利事業的快速發展。