【摘 要】本文基于筆者多年從事水利工程設(shè)計的相關(guān)工作經(jīng)驗，以水庫土石壩設(shè)計為研究對象，論文首先分析了土石壩的概況，并通過對水庫土石壩病害整治設(shè)計的經(jīng)驗，主要介紹了碾壓式土石壩在除險加固設(shè)計時的壩坡抗滑穩(wěn)定計算、壩坡加固設(shè)計、大壩滲漏整治設(shè)計的幾點體會，并對遇到的問題和處理方法進行了探討。
【關(guān)鍵詞】水庫；土石壩；設(shè)計；除險加固
1 國內(nèi)土石壩的建設(shè)概況
水庫土石壩的設(shè)計十分重要。因為在現(xiàn)有土石壩中，由于設(shè)計不當而錯設(shè)抗洪數(shù)據(jù)、不能抵抗洪汛的土石壩約占1/3；而因為設(shè)計不周、勘測滯后、施工超前的原因，超過1/3的水庫土石壩已經(jīng)出現(xiàn)病險，甚至導(dǎo)致潰壩。土石壩通常是由土料、石料或者混合材料，經(jīng)過拋填、碾壓等方法堆筑而成的擋水壩，是我國現(xiàn)存的壩型中最古老的一種，其建設(shè)歷史超過了2500年。到現(xiàn)在，土石壩以其發(fā)展快、應(yīng)用廣等特點成為了世界壩工建設(shè)中一種重要的壩型。土石壩大多就地取材，因此成本低、適應(yīng)性強，在此基礎(chǔ)上又有較好的抗震性，壽命較長，所以在我國廣泛應(yīng)用。我國水庫應(yīng)用廣泛，土石壩就地取材、造價低廉，又有較好的抗震性，使用壽命較長，不拘泥于地質(zhì)條件。在我國土石壩水庫的比例大于95%。
2 關(guān)于土石壩坡抗滑穩(wěn)定計算
在進行病險水庫整治設(shè)計時，必須進行壩坡抗滑穩(wěn)定計算，作為設(shè)計依據(jù)。
2.1 土石壩原壩坡的穩(wěn)定復(fù)核
對大壩的穩(wěn)定性，除根據(jù)安全鑒定報告結(jié)論和現(xiàn)場察勘以及運行資料來判斷外，還應(yīng)進行穩(wěn)定計算。其目的是：（1）對安全鑒定結(jié)論進行復(fù)核；（2）檢驗試驗數(shù)據(jù)的合理性。由于可能受時間、天氣、經(jīng)費等條件的影響，使所取土樣與實際運行條件有差異，或土樣偏少，無法完全反映土體的運行狀況，這就需要利用計算對試驗數(shù)據(jù)進行檢驗；（3）了解滑移面的分布規(guī)律，為壩坡整治提供依據(jù)。在正確了解最危險滑弧位置后，不管采用削坡減載還是拋石壓腳增大抗滑力，都具有針對性，不會出現(xiàn)拋石過于靠前，起不到壓重作用，或者拋石過高或過于靠壩軸線，反而增加滑動力，對壩體抗滑穩(wěn)定更加不利的情況。如原水庫在前幾次整治中由于不了解滑面分布規(guī)律，拋石壓腳過于靠前，沒有起到阻滑作用，上部偏陡，卻又沒有處理。
2.2 計算方法和計算工況選擇
整治后壩坡抗滑穩(wěn)定計算，目的是驗證整治后壩坡的穩(wěn)定性，為上級主管部門的檢查驗收提供依據(jù)。
計算方法主要采用計及土條間作用力的簡化畢肖普法，利用計算機進行計算。計算工況按《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》LS274-2001的要求選擇可能出現(xiàn)的工況。
根據(jù)對土石壩坡穩(wěn)定計算的經(jīng)驗，在初步計算時，只需計算對壩坡穩(wěn)定最不利的情況。對于上游壩坡，在穩(wěn)定滲流期，上游水位越高對壩坡穩(wěn)定越有利，所以一般只要庫空（水位在1/3壩高處）或死水位時上游壩坡穩(wěn)定，其它水位時上游壩坡就會穩(wěn)定；在水位降落期，水位降幅越大，持續(xù)時間越短，壩坡越不穩(wěn)定。
3 針對國內(nèi)土石壩險情分析
首先土石壩滲漏是我國土石壩潰壩現(xiàn)象最重要原因之一。土石壩的滲漏種類有四個：壩身滲漏、壩基滲漏、接觸滲漏、繞壩滲漏。分析這些現(xiàn)象的原因，主要有以下幾點：（1）材質(zhì)不過關(guān)。土石壩大多就地取材，有些由于交通不便利，取材就更不規(guī)范。筑壩的材料有很多不過關(guān)，比如雜質(zhì)多、水溶性強等；而這些材質(zhì)在施工時也不能保證充分使用，比如碾壓不夠緊等。（2）沖壩基等，這些都可能導(dǎo)致滲漏加劇。（3）排水體不過關(guān)。一般土石壩都會設(shè)立排水槽、排水棱體等，但因為設(shè)計問題，很可能導(dǎo)致排水體堵塞而失效，甚至沒有排水體。（4）壩基不過關(guān)。壩基不過關(guān)，很可能導(dǎo)致原封堵漏洞而漏水，或地基沉陷不均勻，壩基擠壓變形，從而滲漏。（5）放水設(shè)施不過關(guān)。比如截水槽的尺寸、設(shè)計不符合要求，碾壓不實，或內(nèi)部沒有壓涵管，導(dǎo)致不能和岸坡結(jié)合。
4 壩坡加固設(shè)計
如果壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，就必須進行加固設(shè)計，下面介紹常見的處理方案。
4.1 上下游壩坡的培厚加固設(shè)計
對于有放空底洞的水庫，在放干水后對灌溉等影響不大，且不會造成新的滑動的情況下，可將水庫放空，對上下游壩坡進行培厚加固。這樣可避免因上游削坡造成壩軸線下移而增加工程量，或者因削坡造成對原有防滲體的破壞，進行防滲體的整治而增加投資；對于原大壩下游不存在穩(wěn)定問題的壩體整治，這種方案也更經(jīng)濟合理，同時它可以和上游壩面的防滲設(shè)計相結(jié)合；對于淺透水地基，在壩腳設(shè)防滲齒墻，若透水層較深，可采用帷幕灌漿，壩體上游面鋪復(fù)合土工膜，并與周圍的防滲帷幕形成封閉的防滲體系。
4.2 壩坡的加固與防滑
滑坡及滑坡性裂縫是土石壩潰壩的一大原因。因此在設(shè)計的過程中就要十分注重壩坡的加固。
要充分考慮建設(shè)地的地理環(huán)境，首先要對河床的土質(zhì)、是否有架空層等地質(zhì)條件進行考察，其次要考慮地基是否沉陷、當?shù)赝潦乃苄缘炔牧蠁栴}，然后結(jié)合當?shù)厮臈l件，考慮好壩坡的建設(shè)標準。
5 大壩防滲設(shè)計
若排除壩滲漏的常見五項原因后，在查驗壩基、壩肩及接觸帶滲漏時，除有資料可以明確滲漏情況的外，應(yīng)做勘探壓水試驗，查明滲漏的具體位置。
5.1 壩基、壩肩及接觸帶滲漏處理
對壩基、壩肩滲漏，一般采用沿壩軸線（均質(zhì)壩）或防滲體底部位置及壩肩進行帷幕灌漿，其深度控制在相對不透水層（5～10LU）以下3～5m，灌入純水泥漿或水泥砂漿。帷幕灌漿宜采用一排灌漿孔，孔距1.5～2.0m，基巖破碎帶采用兩排或多排�；鶐r與壩體接觸帶滲漏處理，可以在帷幕灌漿結(jié)束時，在接觸帶灌入水泥粘土漿，漿液由稀到濃逐漸改變，粘土含量可適當加大，同時注意控制灌漿壓力，在接觸帶形成水泥粘土塞，使帷幕與壩身形成統(tǒng)一封閉的整體。
5.2 壩體防滲設(shè)計及排水設(shè)計
（1）防滲墻。當壩體孔隙率較大，其它防滲方式不易滿足防滲要求時，可沿壩軸線設(shè)一道混凝土防滲墻，底部深入基巖1m～2m，并與基礎(chǔ)帷幕灌漿連接，墻厚一般取60m～80cm。南充市西充縣紅旗水庫和高坪區(qū)磨爾灘水庫采用壩體防滲墻和壩基帷幕灌漿結(jié)合防滲，防滲效果非常好。
�。�2）充填灌漿。當壩體存在滲漏薄弱面或局部孔隙率較大而導(dǎo)致滲漏時，可采用充填灌漿，灌入粘土水泥漿，充填壩體孔隙，起到防滲效果。
（3）排水設(shè)計
為有效排走壩體和基礎(chǔ)少量滲水，降低浸潤線，減小滲透壓力，匯集排走壩面雨水，防止下游尾水沖刷壩腳，應(yīng)設(shè)壩體和壩面排水設(shè)施。只有防滲和排水相結(jié)合，做到上防下排，才能保證大壩的滲漏安全。
（4）大壩整治壩體排水多采用棱柱體和貼坡式排水，要注意處理好原排水體及新老排水棱體的連接設(shè)計，設(shè)計時拆除原棱體失效部分。壩面排水屬于常規(guī)設(shè)計，這里不再贅述。
6 結(jié)論
在選擇好壩型后，要保證它的優(yōu)勢能被切實達成。另外，還有白蟻防治、大壩護坡設(shè)計、外觀和觀測設(shè)施設(shè)計等，更要根據(jù)當?shù)氐淖匀弧⒔?jīng)濟、社會情況，考慮到樞紐運行的各種可能，并以此來設(shè)定樞紐的設(shè)施內(nèi)容，目的是為了保證在任何情況下，該樞紐都能正常的運作，而不會被中斷。
總之，大壩除險加固設(shè)計要本著“綜合治理，因地制宜，就地取材，經(jīng)濟科學(xué)”的原則進行。
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