1土壩存在的問題

1.1水庫土壩結(jié)構(gòu)

水庫土壩結(jié)構(gòu)的修筑質(zhì)量差是當(dāng)前水庫施工工程中常見的問題之一，這主要是因為施工人員在對水庫土壩結(jié)構(gòu)進行施工的過程中，沒有對周圍的地質(zhì)情況進行全面的了解，而且所采用的施工技術(shù)和施工材料也存在著一定的質(zhì)量缺陷，這就導(dǎo)致水庫的土壩結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題，使大壩出現(xiàn)滲流的現(xiàn)象。

1.2水庫的使用過程

水庫在使用過程中，大壩壩體出現(xiàn)局部坍塌的情況，這就對土壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，帶來了嚴(yán)重的影響，使其水庫大壩的抗滑功能和穩(wěn)定性能無法滿足水庫工程設(shè)計的要求，從而出現(xiàn)了許多安全隱患，對水庫的正常運行和人們的日常生活造成了嚴(yán)重的影響。

2土壩加固設(shè)計方案

摘要摘要：基于土壩浸水變形分析的增量有限元法，并結(jié)合鄧肯E－B模型，編制了相應(yīng)的土壩應(yīng)力及變形有限元計算程序。應(yīng)用實例的計算結(jié)果表明，所采用的增量有限元分析方法是合理的，所得計算結(jié)果也是接近實際的。

摘要：浸水變形本構(gòu)模型增量有限元法

1引言

眾所周知，土壩對水的功能十分敏感，尤其在水庫蓄水初期，土壩會發(fā)生某些非凡的變形。比如，水庫初次蓄水期，土壩上游壩殼表面往往產(chǎn)生向上游的位移，這和水壓力功能的方向正好相反，同時還伴隨一定的下沉，而不是想象中的隨浮托力的增大而上抬。大量的探究成果表明，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因就在于壩體土料的浸水變形，或稱濕化變形［1，2］。浸水變形往往使壩頂發(fā)生橫向的伸長變位從而引起壩體發(fā)生不均勻沉降，甚至導(dǎo)致壩體產(chǎn)生縱向裂縫［1］。因此，如何對初次蓄水期土壩的浸水變形進行準(zhǔn)確而合理地分析，在此基

礎(chǔ)上把握其發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對確保土壩的正常運行具有重要意義。

2浸水變形的分析方法

***水庫位浙江省******苕溪支流南溪上，始建于1958年，是治理太湖流域水患的大型骨干水利工程之一。水庫匯流面積258平方公里，總庫容1.15億立方米，大壩為粘土心墻砂殼壩，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的大（二）型水庫。由于歷史客觀原因和工程運行時間的推移，在2001年水利廳組織的大壩安全鑒定中，***水庫被列為三類壩需進行除險加固。***水庫大壩為粘土心墻土壩，其除險加固設(shè)計采用混凝土防滲墻作為大壩新的防滲體以提高土壩體的抗?jié)B性，設(shè)計要求混凝土防滲墻的抗壓強度等級為C8，彈性模量≤14000Mpa，滲透等級W4，坍落度為8~11cm。

一、原材料試驗

試驗所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復(fù)合硅酸鹽水泥，摻合料采用膨潤土，細骨料為天然河砂或石屑，粗骨料為一級配石灰?guī)r碎石，各種材料的物理性能試驗成果分述如下。

1．1水泥

試驗所用水泥為安徽寧國海螺32.5R級復(fù)合硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能試驗成果。

1．2細骨料

貴州是全國唯一無平原支撐的省份，開門見山，山高水低，年平均降水量1191毫米，水資源豐富，利用率較低。解放后，為從根本上改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的現(xiàn)狀，黨和政府領(lǐng)導(dǎo)人民大力興修水利。五、六十年代共修建?。ㄒ唬┬鸵陨纤畮?00多座，其中土壩占有相當(dāng)大的比例。幾十年來，為我省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供了豐富的水資源。

五、六十年代，我省土壩建造時受到自然條件和當(dāng)時施工技術(shù)條件的限制，不可避免的留下諸多薄弱環(huán)節(jié)。隨著時間的推移，土壩設(shè)計運行壽命的接近，多數(shù)土壩出現(xiàn)不同程度的險情，土壩除險加固工程日趨繁重，其中壩體及壩基滲漏，是眾多土壩成為病險水庫的主要原因之一。

進入九十年代，省內(nèi)土壩除險加固采用帷幕灌漿、劈裂灌漿等方法處理，收到一定效果，但由于情況復(fù)雜，部份工程滲漏問題沒有得到徹底解決，同時土壩灌漿，在壩體內(nèi)形成的有效防滲體厚度較薄，耐久性差，易擊穿。地下砼防滲墻作為防滲處理的一種行之有效的截流防滲建筑，其墻體強度高，性能非常穩(wěn)定，使用年限長，同時塑性混凝土防滲墻在運行過程中允許一定的變形，逐漸被工程界所重視。地下防滲墻在我國開始于1958年，進入九十年代，經(jīng)過眾多的工程實踐，其施工工藝、墻體材料、檢測方法、機械設(shè)備等已非常成熟，在土壩除險加固中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，截至2002年底，我國建造的各類防滲墻已超過150座，成墻技術(shù)和成墻規(guī)模均居于世界前列。

貴州特有的地層—喀斯特地層，對地下防滲墻在貴州土壩除險加固中的應(yīng)用提出了新的要求。為滿足壩體及壩基的整體截流防滲效果，在進行防滲墻的設(shè)計時，不但要考慮壩體自身的各種因素，還要充分考慮壩基巖層的透水性。

貴州的地層以碳酸鹽類巖層為主、碎屑巖地層其次、火成巖地層僅在西部有少量出露，其中碳酸鹽類巖層為透水性巖層；碎隙巖和火成巖地層多為不透水性巖層。在覆蓋層厚度不大的情況下，壩基基巖為不透水性巖層時，可采用接地式防滲墻直接嵌入強風(fēng)化巖層達到防滲效果；而對于透水性基巖，防滲墻嵌入基巖后，對壩基及壩肩仍要輔以帷幕灌漿才能達到整體防滲效果。少數(shù)覆蓋層厚度較大的地層，在進行防滲墻設(shè)計過程中，對防滲墻是否嵌入基巖應(yīng)進行經(jīng)濟技術(shù)和防滲指標(biāo)比較。防滲墻深入覆蓋層一定深度，使?jié)B徑達到一定的長度，滲流量減小，能夠滿足設(shè)計要求的情況下，可采用懸掛式防滲墻(墻體不嵌入基巖)。我國大多數(shù)防滲墻采用接地式，如三峽一、二期圍堰、小浪底上游圍堰防滲墻、福建省水口電站一期圍堰防滲墻等工程；只有少數(shù)防滲墻采用懸掛式，如長江堤防工程、四川銅鐘電站大壩防滲墻、四川冶勒電站大壩基礎(chǔ)防滲墻等。

2002年底，我省都勻市綠茵湖水庫首次引入地下防滲墻施工，并在2003年初再次采用地下防滲墻對興義市興西湖水庫土壩進行除險加固，為防滲墻在貴州的首次應(yīng)用打開了局面。目前地下防滲墻在貴州境內(nèi)作為一種新興的土壩除險加固施工工藝，受到人們的關(guān)注。地下防滲墻作為一項隱蔽工程，其質(zhì)量好壞只能在施工過程中進行控制，在最終運行中才能夠完全體現(xiàn)。為保證地下防滲墻在土壩除險加固工程中的質(zhì)量，我們要注重以施工過程控制為主，在施工過程中充分考慮壩體的密實度和壩體的自身穩(wěn)定，從臨建工程、防滲墻造孔、孔形及清孔、砼澆筑過程等方面進行質(zhì)量控制。筆者以幾年的防滲墻施工經(jīng)歷并結(jié)合興西湖水庫除險加固工程施工監(jiān)理的實踐，淺談防滲墻在我省土壩除險加固工程中的實施。

一、前言

我國平原地區(qū)水庫大多修建于二十世紀(jì)五、六十年代，一般為就地取材筑壩，壩型以均質(zhì)土壩居多，壩高較低。由于歷史原因，大壩填筑質(zhì)量普遍較差。有的壩基處理不徹底，甚至未清基，直接在河床上填土筑壩。壩基存在深厚砂礫石層滲水通道。壩體裂縫、沉陷、壩基滲漏現(xiàn)象十分普遍。汛期高水位時，大壩下游地面極易產(chǎn)生滲水、管涌險情，危及水庫安全運行。隨著混凝土防滲墻施工工具和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將混凝土防滲墻技術(shù)應(yīng)用于土壩防滲加固，已成為平原區(qū)水庫大壩防滲加固的一項重要措施[1-2]。本文根據(jù)作者多年的工程經(jīng)驗，介紹了平原地區(qū)土壩混凝土防滲墻的設(shè)計與施工原則，旨在為類似工程提供借鑒。

二、混凝土防滲墻設(shè)計方案

根據(jù)地質(zhì)勘探資料分析，平原區(qū)均質(zhì)土壩壩體普遍存在上壩土料選擇要求不嚴(yán)格、筑壩土料分區(qū)不明顯，碾壓不充分，填筑質(zhì)量差的問題。抽樣檢查結(jié)果表明，干密度小于1.5t/m3的土樣占總數(shù)的60%以上，同時壩基相對不透水層或透水系數(shù)較小的土層一般埋藏深度5m～20m。據(jù)此，防滲墻布置設(shè)計方案一般有兩種：第1種方案是在壩頂布孔修筑混凝土防滲墻；第2種方案是在大壩上游壩坡坡腳設(shè)混凝土防滲墻，上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜方案，兩種方案均可達到防滲要求。

第1種方案在壩頂施工，具有施工人員少，不受汛期洪水干擾等優(yōu)點，但存在防滲墻墻體較深，施工時易塌孔等缺點，一旦出現(xiàn)問題，補救困難，同時，上游壩坡裂縫、漏水、沉陷等問題得不到解決。

第2種方案避免了壩體塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，墻體較淺，施工方便，可以保證施工質(zhì)量及進度，能有效地解決水庫上游壩坡質(zhì)量問題。缺點是防滲墻在大壩上游坡腳施工，水庫需要放空，影響水庫效益發(fā)揮，且施工易受汛期洪水干擾，渡汛困難，有的部位還需增加施工圍堰等臨時工程量。

在混凝土壩應(yīng)力觀測資料分析工作中，常采用統(tǒng)計模型和混合數(shù)學(xué)模型來分析大壩應(yīng)力的發(fā)展規(guī)律以及影響因素。統(tǒng)計模型和混合模型要求具有典型分布規(guī)律的長序列數(shù)據(jù)，而在施工期和蓄水初期，由于觀測數(shù)據(jù)很少，采用上述兩種模型很難取得較好的效果?；疑到y(tǒng)模型的特點是可以從較少的離散數(shù)據(jù)中尋找內(nèi)在的規(guī)律。

灰色模型簡稱GM模型，GM模型的建模包括因素分析、等時距處理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)生成、建立狀態(tài)模型、模型效果評價等方法和過程。本文只探討灰色理論在混凝土壩應(yīng)力觀測資料分析中的應(yīng)用。

1因子選擇

在研究大壩的應(yīng)力規(guī)律時，應(yīng)力數(shù)列是參考數(shù)列，影響應(yīng)力的行為因子則為比較數(shù)列，它們均為時間數(shù)列?；炷翂螒?yīng)力主要與水壓力、溫度、自重、濕漲以及時效等因素有關(guān)系。在蓄水初期的觀測資料分析中，自重應(yīng)力和濕漲應(yīng)力以常數(shù)表示。

(1)庫水位因子。選擇水深的三次多項式：H、H2、H3。

(2)時效因子。選擇線性函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的疊加函數(shù)：

論文關(guān)鍵詞:滲透變形;水流觀測;控制措施

論文摘要:水庫是水利產(chǎn)業(yè)的重要措施，建國后我國已興建了各類水庫。因為水庫受修建時間較長、當(dāng)時的技術(shù)等因素所限制，現(xiàn)在大部分水庫帶病工作，事故較多，對人民生產(chǎn)和國民經(jīng)濟產(chǎn)生了一定影響。在眾多水庫事故中，因為土壩滲漏造成的事故占比例較多。本文就這幾年的工程實踐結(jié)合該問題談?wù)劸唧w的原因及防治措施，希望對病險水庫的加固起到借鑒作用。

一、引言

建國后，國家非常重視水庫建設(shè)，截止到2007年，已建水庫10萬多座，在戰(zhàn)勝水旱災(zāi)害，促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改善人民生活方面，發(fā)揮了巨大的作用。但是，由于當(dāng)時歷史條件及技術(shù)、經(jīng)驗不足等原因，很多水庫工程存在著不同程度的質(zhì)量和防洪標(biāo)準(zhǔn)問題，使水庫事故不斷增加，給國家和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失。

土壩存在問題，除防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低外，主要是工程質(zhì)量問題，具體表現(xiàn)在滲漏、滑坡和裂縫。概括起來，是一個防滲加固問題，一般處理防滲的原則是“上堵下排”。上堵的措施有垂直防滲和水平防滲。垂直防滲有混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲、劈裂灌漿防滲、沖抓套井回填防滲、倒掛井防滲、土工合成材料防滲、射水造孔混凝土墻防滲和巖溶帷幕灌漿防滲等。水平防滲有人工粘土鋪蓋和利用天然鋪蓋等，并結(jié)合下排的措施有：在壩體背水坡腳附近開挖導(dǎo)滲溝、減壓井和蓋重壓滲等。

二、土壩滲漏表現(xiàn)形式

一、土壩快速連續(xù)施工與質(zhì)量檢查的矛盾

1、土壩施工以其成本低、易于施工的特點，在水利工程土壩的建筑施工中廣泛應(yīng)用，但一般來說土壩的填筑方量都非常大，多數(shù)是在幾十萬方，甚至上百萬方。例如：尼爾基水利樞紐右副壩I標(biāo)工程，粘土心墻壩：總長2387.45m，總填筑量約為51.7萬m3，其中粘土心墻填筑量為6.15萬m3；右副壩I標(biāo)工程在2003年9月上旬至10月上旬的填筑高峰期，平均日強度約為5500m3，最高日強度達到7640m3，因此，土壩填筑施工都是高強度、快速連續(xù)的施工作業(yè)。

2、由于在施工中要堅持貫徹“質(zhì)量第一”的方針，必須達到創(chuàng)優(yōu)工程的質(zhì)量指標(biāo)（右副壩I標(biāo)工程的要求合格率達100%，優(yōu)良品率達86%，重要部位均為優(yōu)良），并且，在施工管理過程中，健全管理體制，建立監(jiān)理驗收制度，將壩體填筑施工劃分成每160米一個單元，每個單元，每一種、每一層料都要實行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查和驗收程序，其程序見如下框圖：

正規(guī)填筑質(zhì)檢程序框圖

完成以上程序框圖的六個步驟，特別是室內(nèi)試驗，必須采用《土工試驗規(guī)程》中嚴(yán)格規(guī)定的“環(huán)刀”取樣法（對粘土料）或灌水法（對砂礫料），需要較長時間（約兩小時），資料匯總至監(jiān)理簽證又需要1-3小時，以至于按正規(guī)的方法完成上述六道質(zhì)檢程序最少需要3個小時，經(jīng)常是4-5個小時。對于一個單元一種料從填筑一層直至壓實完畢只需要4-6小時，而質(zhì)檢驗收需要3-4小時，施工被迫中斷，這樣就造成要求高強度施工與質(zhì)量檢查驗收占據(jù)很長時間之間的尖銳矛盾。（以尼爾基右副壩I標(biāo)工程為例，在2003年春季，剛開始填筑施工時，質(zhì)檢時間占據(jù)總施工時間的40%左右）。

針對這一尖銳矛盾，為了促使施工單位提高生產(chǎn)效率而又不能降低質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)，更不允許減去質(zhì)檢的程序，為此，我們經(jīng)過反復(fù)摸索、積累經(jīng)驗，研究出了一套快速質(zhì)檢程序法，即“三步檢測法”。

1土壩施工條件

1.1地質(zhì)環(huán)境

在土壩施工之前，參與工程的相關(guān)部門應(yīng)聯(lián)合采取有效措施，分析和預(yù)測土壩工程施工中可能發(fā)生的異常狀況，并制定相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。在調(diào)研和熟悉設(shè)計圖紙中土壩壩基地質(zhì)構(gòu)造后，確定工程施工可行方可施工。

1.2自然環(huán)境因素

土壩工程選擇在春秋兩季施工時，應(yīng)充分考量自然天氣因素。在制定土壩施工進度時應(yīng)全面考慮影響施工進度的各個因素，應(yīng)盡量提前設(shè)計施工進度，這樣有助于碾壓作業(yè)的進行。選在春秋兩季施工是由于這兩個季節(jié)氣溫適宜、土壤含水率相對較低，在施工時應(yīng)科學(xué)統(tǒng)計降水與氣溫等天氣條件，同時做好持續(xù)監(jiān)測。

2土壩施工技術(shù)

土壩工程歷史悠久且能適應(yīng)各種地形和氣候，致使其應(yīng)用廣泛，同時，人們在設(shè)計施工中積累了一定的經(jīng)驗。為了提高土壩施工的實用性及經(jīng)濟性，應(yīng)在符合我國施工標(biāo)準(zhǔn)上，結(jié)合實際情況展開設(shè)計與施工。

一、土壩設(shè)計施工條件

（一）地質(zhì)環(huán)境條件。因土壩是一種古老傳統(tǒng)的建筑，所以在施工期間存在著一定的風(fēng)險。在土壩施工前，承建部門及施工單位應(yīng)對文件中的設(shè)計方案進行再三評估，提前采取有效可行的預(yù)防措施，共同研究和預(yù)測土壩在施工期間可能出現(xiàn)的突發(fā)性危險情況，提前制定相應(yīng)的措施方案，避免給工程造成不必要的損失。（二）區(qū)域氣象條件。為確保土壩施工的順利進行，有關(guān)的部門對施工區(qū)域的氣象條件也應(yīng)做好提前觀測準(zhǔn)備，分析該區(qū)域的氣候條件和降水情況，以保證施工期間不受惡劣的環(huán)境因素破壞。土壩施工多選擇在春秋兩季，一方面土壤中所含水分不多，另一方面春秋季節(jié)氣候穩(wěn)定，有利于施工。為不影響施工進度，應(yīng)對施工區(qū)域的氣候情況進行長期的觀測。

二、土壩設(shè)計施工技術(shù)處理要點

（一）壩基的處理。在處理壩基上，防止?jié)B透作為首要原則，在土壩施工前，要對周圍的樹枝樹葉等雜物進行徹底清理，對劣質(zhì)土壤進行清除，若壩基基礎(chǔ)不牢固，應(yīng)進行土壤改良，去除軟土，保證土壤的堅實穩(wěn)固。對于壩基防滲可采用黏土栽水槽，不僅施工方便且使壩坡穩(wěn)固，水槽底寬一般大于等于3m。（二）土壩黏土料場的選用。為保證土壩的總體質(zhì)量及使用性能，在雨季來臨之前，對料場做好防水排水的準(zhǔn)備措施，以滿足對壩用料的使用要求。壩體用料多選用地質(zhì)均勻的黏土料，黏土料要貯量集中，要留有一定的備料，以保證不時之需。在氣候寒冷的施工地區(qū)，可用干枯樹枝來保護土料，將其覆蓋，以便來年繼續(xù)使用。（三）筑壩技術(shù)。在水利工程筑壩中，應(yīng)選擇在少雨的環(huán)境中進行，控制好黏土料的質(zhì)量，在筑壩過程中嚴(yán)禁使用水分過高的材料用于壩體中，因為粘土土料若含水量偏高，會影響其抗剪強度，導(dǎo)致土壩施工過程中容易產(chǎn)生孔隙壓力，進而影響壩體的穩(wěn)定性。若粘土土料含水量大，將會給碾壓程度造成困難，從而加大了壩體的滲透隱患。為了壩體順利施工，應(yīng)時刻關(guān)注施工區(qū)域的天氣情況，做好防水準(zhǔn)備。（四）壩體結(jié)構(gòu)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和交通環(huán)境等因素考慮，建壩頂材料厚度應(yīng)在0.2m，壩頂應(yīng)向下游側(cè)傾斜3％，上游宜設(shè)立防浪墻，高度在1.2m左右，墻體可用混凝土澆筑，墻體與壩體之間要連接緊密，防止?jié)B透。（五）壩型。碾壓式土石壩是碾壓式土石壩和碾壓式堆石壩的統(tǒng)稱，主要可分為：均質(zhì)壩、組合式土壩以及組合式土石壩等。水中填土壩最為常見，其一般采用均質(zhì)壩，用料多，造價高，但是適用性強。影響土壩壩型的因素有很多，其中最主要的便是筑壩區(qū)域的地質(zhì)情況以及筑壩材料，除了腐殖質(zhì)太多劣質(zhì)土地不適合以外，其他土地經(jīng)稍微改良處理均可使用。除此以外，氣候條件、施工條件等各個因素均會影響壩型的選擇。

三、土壩設(shè)計施工實例分析研究