土石坝的地基处理与裂缝成因及控制

土石坝的地基处理与裂缝成因及控制

土石坝是利用当地土料、 砂砾、卵砾石渣、 石料等建筑而成。 按施工方法不同可以分为碾压式土石坝、 水中填土石坝和水力冲 填坝 ,现代土石坝多由碾压而成。按筑坝材料、坝内的配置又可 分为均质土坝、 分区坝和人工防渗材料坝。 土石坝设计的总体要 求是,大坝在正常和非正常工作条件的荷载组合条件下 , 必须保 证完成它能长期安全运用和充分发挥经济效益 , 满足稳定变形、 渗流以及规定的超高等要求。因此 , 对土石坝的地基处理与裂缝 控制不容忽视。

1 土石坝的地基处理

土石坝的底面积大 , 坝基应力较小 , 坝体具有一定的适应变 形的能力 , 坝体断面分区和材料的选择也具有灵活性。 因此, 土石 坝对天然地基在强度和变形方面的要求以及处理措施、 应达到的 标准等 , 均可比混凝土坝相对较低 , 但防渗要求上则与混凝土坝 基本相同。土石坝对不同的地基有不同的处理方法 , 着重对土石 坝地基处理与软土地基处理的方法作以介绍。

1.1 砂卵石地基处理

许多土石坝建在砂卵石地基上 , 对于砂卵石地基的处理主要 是解决渗流控制问题。 处理的主要措施有垂直防渗措施、 水平防 渗措施和下游排水设施及盖垂等 , 垂直防渗措施可有效地截断坝 基渗流 , 在技术条件许可且较经济合理时 , 应优先采

用。

1.1.1 垂直防渗设施。垂直防渗设施包括黏性土截水槽、混 凝土防渗墙和灌浆帷幕等。

(1) 黏性土截水槽。 当坝基砂砾石层深度不大时 , 可开挖深槽 直达不透水层或基岩 , 槽内回填黏性土 , 与坝内防渗体连成整体 , 称之为截水槽。 它结构简单、 工作可靠、防渗效果好、 应用较广 , 适用于砂砾石层深度在15m以内,最大深度一般不超过20m截 水槽底宽根据回填土的容许渗透坡降及施工条件而定。 为防止截 水墙与基岩间可能出现的集中渗流 , 常在基岩上设置混凝土齿墙 或垫座, 必要时还需要进行灌浆。

(2) 混凝土防渗墙。 当坝基砂砾石层较深时 , 采用混凝土防渗 墙是经济而又有效的防渗措施。 施工时用冲击钻分段在土层中造 成圆孔或槽形孔 , 以泥浆固壁 , 然后在槽孔内浇筑混凝土 , 最后连 成整体, 形成混凝土防渗墙。墙底嵌入弱风化基石 , 深度不少于 0.5~1.0m, 墙顶插入防渗体内的深度 1/10 坝高。墙厚一般为 0.6~1.3m, 多采用 0.8m 左右。混凝土防渗墙一般适用砂砾石层深 度在80m以内的情况。

(3) 灌浆帷幕。 当砂砾石层深度很大时 , 可采用灌浆的方法进 行防渗处理。也可在土层采用黏土截水槽或混凝土防渗墙 , 下部 采用灌浆帷幕。 砂砾石地基是否适合于灌浆 , 取决于它的可灌性 , 其可灌性可根据砂砾料的性质和级配 , 用可灌比和渗透系数来判 别。根据反滤原理，一般认为M10时,可灌水泥黏土

浆;M>15时, 可灌水泥浆。渗透系数 K>40m/d，可灌水泥黏土浆；K>80m/d时， 可灌水泥浆。当可灌性不好时 , 可考虑采用化学灌浆。砂砾层的 帷幕灌浆大多采用水泥黏土浆 ,它不仅耗费水泥量少 ,比较经济 , 而且还有浆液性能好、不易深沉、防渗效果好等优点。帷幕的厚 度按容许坡降确定 ,而帷幕厚度 T=H/J（H 为最大设计水头 ,J 为帷 幕容许坡降 ）, 对于水泥黏土浆 , 帷幕的渗透坡降可采用 3~4。

1.1.2 水平防渗铺盖。防渗铺盖是一种水平防渗设备 , 可由 斜墙、心墙等防渗体或均质坝体向上游水平延伸而成。 其结构简 单,防渗可靠 , 造价较低廉。铺盖通常采用黏性土料铺筑 ,也可以

采用土工膜作铺盖 ,铺盖不能完全截断渗流 ,但能增加渗径 , 可将 坝基渗透坡降和渗流量控制在容许范围内。 当河床透水层很厚时 采用垂直防渗设施有困难时 , 可以考虑采用铺盖防渗 , 有时还可 以利用天然透水地基中的 1 层不透水层作铺盖。 如果地基是渗透 性很大的砾石层或渗透稳定性很差的粉细砂 , 不宜采用铺盖。铺

盖的渗透系数应小于1 x 10-5cm/s,并至少比地基渗透系数小 100 倍 , 铺盖长度应根据地基特性和防渗需要由计算确定 , 一般为

4~6倍水头, 铺盖厚度由土料的容许渗透坡降而定 , 由上游端向下 游端逐渐加厚。上游端最小厚度可以取 0.5~1.0m, 铺盖顶面