第29卷第2期2002年6月
黑 龙 江 水 专 学 报
JournalofHeilongjiangHydraulicEngineeringCollege
Vol.29,No.2Jun.,2002
文章编号:1000-9833(2002)02-0132-01
土石坝除险加固的几种方法
刘玉泉1,刘亚凤2,周春霞2
(1.汤原县水务局,黑龙江汤原 154700;2.黑龙江农垦勘测设计研究院,佳木斯 154002)
摘 要:介绍了土石坝除险加固的方法及选用原则。关键词:土石坝;加固方法;分类;选用原则中图分类号:TV698.23 文献标识码:B
Severalmethodstodangerremovingandreinforcementofearthrockfilldam
LIUYu_quan1,LIUYa_feng2,ZHOUChun_xia2
(1.TangyuanCountyWaterConservancyBureauofHeilongjiangProv.,Tangyuan154700,China;2.HeilongjiangReclamationInvestigationandResearchInstitute,Jiamusi154002,China)
Abstract:Thispaperintroducesthemethodofearthrockfilldamdangerremovingandreinforcementandtheselectionprinciple.
Keywords:earthrockfilldam;reinforcementmethod;classifying;selectionprinciple
土石坝是应用最广的挡水建筑物,填筑在不同的坝基上。土石坝在挡水后上下游水头差作用下引起水流渗过坝体、坝基以及两岸岸坡,使土石坝及其坝基发生渗透破坏,甚至垮坝失事。因此为保证土石坝的安全及水库的正常运行,必须进行长期和全面地观测,发现隐患,及时采取必要、准确的加固技术。
1 土石坝加固方法的分类及其适用范围
土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因、原理、目的、性质等进行分类,其中按加固的原因进行分类,主要有:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。1.1 渗透破坏加固方法
渗透破坏加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基,并使渗水在下游通畅排出,但不带走坝体或坝基上的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。即上游防渗下游排水减压和导渗。
防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题,使下游不发生散渗、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑浑水等渗透变形现象;上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口,从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。
按防渗、排渗、滤土排水的不同,防渗排渗加固方法可分为以下几种。
1.1.1 防渗加固方法。在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施有:土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、
收稿日期:2002-04-08
-,,,粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆防渗墙,混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。其中混凝土防渗墙在土石坝坝基、混凝土闸坝基础、土围堰堰体与堰基以及病险土石坝的防渗加固方面应用最广。下面介绍几种主要措施的适用范围。
(1)明挖回填粘性土截水墙:适用于深度在15m以内的透水坝基。
(2)混凝土防渗墙(机械造槽法):适用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土层。国内墙深82m,国外墙深140m。
(3)混凝土防渗墙(倒挂井法):适用于砂砾层墙深约50m。
(4)混凝土防渗墙(射水造槽法):适用于均质砂层或土层。墙深在20m以下。
(5)防渗板墙(高压喷射灌浆法):适用于软弱土层,墙深在20m以下。
(6)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于砂卵石层,墙深25m以下。
(7)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于粘性土层,墙深20m以下。
(8)灌浆帷幕:适用于砂砾石、卵石、砂层,最深达250m。1.1.2 排渗加固方法。防渗加固方法采取后,仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合,坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备,排除上游渗水,降低浸润线及下游坝基上的水头。上述措施的适用范围如下。
(1)贴坡排水:可防止坝面渗流破坏,不能降低浸润线。
(下转第页)
第2期王海臣等.混凝土养护技术探讨
135
2.4.2 辐射热养护法。
此法分为以下两种。
(1)太阳能热养护法。在混凝土表面覆盖一层吸热物体,搭设通光集热保温罩进行的混凝土养护。此法与自然养护比较,可缩短养护周期1/2左右,晴天集热罩内温度比室外温度高0.5～1.0倍。此法有直接覆盖、太阳能养护罩,塑料簿膜简易暖棚等多种方式。
(2)红外线养护法。红外线加热养护就是利用发热体改变表面状态提高辐射强度,使被加热制品吸收辐射热提高内部温度。另外模板和介质也吸收热量,最终以对流和传导的方式再次传递给制品一部分,使制品内部温度进一步提高,加速水泥水化,促进混凝土内部结构的形成。此法是在发热体(散热器)表面涂刷远红外辐射材料,当发热体使涂料分子受热后便激发而向4周发射电磁波,该波被物体参考文献:
[1] 王 异,周兆桐.混凝土手册[M].长春:吉林科学出版社,1985.
吸收,成为分子运动动能,使被加热物体的温度上升。红外线加热以电、煤气或蒸气为热源。由于混
凝土在养护过程中内部有游离水存在,而对红外线又有较宽广的吸收带,混凝土在60～100℃时对红外线的吸收率为90%左右。因此用远红外线加热养护混凝土制品可以取得混凝土内部温度高、养护时间短、抗压强度高,节约能源等效果。2.5 冷养护
混凝土在气温低于5℃时制作称为低温混凝土施工(冬季施工),这时混凝土强度增长很慢。如遇到基础混凝土施工,就要采取水浸低温养护。冬季水浸养护最低水位要采取超过混凝土最高表面0.4～0.8m加冰层厚,混凝土冻点为-2℃,而冰水临界水温为0℃,冰层下水温一般为4℃,在1～4℃条件下,水浸养护的混凝土7d可达到设计标号R28的40%,14d可达到50%,90d可满足强度要求。
(上接第132页)
(2)棱体排水、褥垫排水:可有效降低坝体内浸润线,减小其孔隙水压力,褥垫排水又有助于坝基排水。
(3)排水沟、减压井反滤透水盖重或两者相结合:适用于坝基表层有一层相对不透水层以及有一定渗流量的情况,当地基表面相对不透水层不太厚,其下为砂砾石层时可采用排水沟;当不透水层较厚时,可将深层承压水导出地面,设排水减压井,然后从排水沟排出;当下游坝脚存在的剩余水头不大时,可采用铺填透水盖重的办法,若下游坝脚剩余水头很大可采用减压井和盖重相结合的办法。1.2 滑坡加固方法
土石坝出现滑坡裂缝及滑坡后,应进行滑坡勘察及土工试验,分析产生的原因,按照滑动力减少和抗滑动力增加的准则,进行滑坡加固设计。一般采用土石坝中常用的主动滑动段减重和滑坡体前缘抛石固脚,加重压坡的方法。1.3 裂缝加固方法
裂缝加固方法一般是开挖回填、裂缝灌浆以及两者相结合。其适用范围如下:
(1)开挖回填:适用于粘性土,裂缝不超过5m。(2)裂缝灌浆:适用于粘性土,坝体内裂缝和非滑动的表面裂缝。
地震震害和液化等其它土坝病害与破坏的加固方法,这里不再详细介绍。
2 土石坝加固方法的选用原则
土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。发生病害后,应进行安全监测,首先要注意检查渗流破坏迹象,滑坡症兆,裂缝的发生和发展等异常现象;其次用电测和同位素设备探测隐患,以及使用大坝原型观测设备进行监控。在安全监控的基础上,考虑选用土石坝加固方法。由于土石坝工程情况复杂,机具、材料等具体条件的多变性,以及上述土石坝加固方法很多且都有其适用范围及局限性的优缺点,因此,对每一具体工程病害,都应进行仔细分析,克服盲目性。土石坝的加固方法应是技术上合理、又能满足施工要求,可采用一种或几种的组合加固方法。
第29卷第2期2002年6月
黑 龙 江 水 专 学 报
JournalofHeilongjiangHydraulicEngineeringCollege
Vol.29,No.2Jun.,2002
文章编号:1000-9833(2002)02-0132-01
土石坝除险加固的几种方法
刘玉泉1,刘亚凤2,周春霞2
(1.汤原县水务局,黑龙江汤原 154700;2.黑龙江农垦勘测设计研究院,佳木斯 154002)
摘 要:介绍了土石坝除险加固的方法及选用原则。关键词:土石坝;加固方法;分类;选用原则中图分类号:TV698.23 文献标识码:B
Severalmethodstodangerremovingandreinforcementofearthrockfilldam
LIUYu_quan1,LIUYa_feng2,ZHOUChun_xia2
(1.TangyuanCountyWaterConservancyBureauofHeilongjiangProv.,Tangyuan154700,China;2.HeilongjiangReclamationInvestigationandResearchInstitute,Jiamusi154002,China)
Abstract:Thispaperintroducesthemethodofearthrockfilldamdangerremovingandreinforcementandtheselectionprinciple.
Keywords:earthrockfilldam;reinforcementmethod;classifying;selectionprinciple
土石坝是应用最广的挡水建筑物,填筑在不同的坝基上。土石坝在挡水后上下游水头差作用下引起水流渗过坝体、坝基以及两岸岸坡,使土石坝及其坝基发生渗透破坏,甚至垮坝失事。因此为保证土石坝的安全及水库的正常运行,必须进行长期和全面地观测,发现隐患,及时采取必要、准确的加固技术。
1 土石坝加固方法的分类及其适用范围
土石坝的加固方法,一般可按土石坝加固的原因、原理、目的、性质等进行分类,其中按加固的原因进行分类,主要有:渗透破坏、裂缝、滑坡、地震震害与液化等加固方法。1.1 渗透破坏加固方法
渗透破坏加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基,并使渗水在下游通畅排出,但不带走坝体或坝基上的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。即上游防渗下游排水减压和导渗。
防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题,使下游不发生散渗、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑浑水等渗透变形现象;上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口,从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。
按防渗、排渗、滤土排水的不同,防渗排渗加固方法可分为以下几种。
1.1.1 防渗加固方法。在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗措施有:土质截水槽、混凝土防渗墙、桩柱式防渗墙、
收稿日期:2002-04-08
-,,,粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆防渗墙,混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。其中混凝土防渗墙在土石坝坝基、混凝土闸坝基础、土围堰堰体与堰基以及病险土石坝的防渗加固方面应用最广。下面介绍几种主要措施的适用范围。
(1)明挖回填粘性土截水墙:适用于深度在15m以内的透水坝基。
(2)混凝土防渗墙(机械造槽法):适用于砂卵石、漂石、大孤石、粘性土层。国内墙深82m,国外墙深140m。
(3)混凝土防渗墙(倒挂井法):适用于砂砾层墙深约50m。
(4)混凝土防渗墙(射水造槽法):适用于均质砂层或土层。墙深在20m以下。
(5)防渗板墙(高压喷射灌浆法):适用于软弱土层,墙深在20m以下。
(6)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于砂卵石层,墙深25m以下。
(7)粘土防渗墙(套孔冲抓法):适用于粘性土层,墙深20m以下。
(8)灌浆帷幕:适用于砂砾石、卵石、砂层,最深达250m。1.1.2 排渗加固方法。防渗加固方法采取后,仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合,坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备,排除上游渗水,降低浸润线及下游坝基上的水头。上述措施的适用范围如下。
(1)贴坡排水:可防止坝面渗流破坏,不能降低浸润线。
(下转第页)
第2期王海臣等.混凝土养护技术探讨
135
2.4.2 辐射热养护法。
此法分为以下两种。
(1)太阳能热养护法。在混凝土表面覆盖一层吸热物体,搭设通光集热保温罩进行的混凝土养护。此法与自然养护比较,可缩短养护周期1/2左右,晴天集热罩内温度比室外温度高0.5～1.0倍。此法有直接覆盖、太阳能养护罩,塑料簿膜简易暖棚等多种方式。
(2)红外线养护法。红外线加热养护就是利用发热体改变表面状态提高辐射强度,使被加热制品吸收辐射热提高内部温度。另外模板和介质也吸收热量,最终以对流和传导的方式再次传递给制品一部分,使制品内部温度进一步提高,加速水泥水化,促进混凝土内部结构的形成。此法是在发热体(散热器)表面涂刷远红外辐射材料,当发热体使涂料分子受热后便激发而向4周发射电磁波,该波被物体参考文献:
[1] 王 异,周兆桐.混凝土手册[M].长春:吉林科学出版社,1985.
吸收,成为分子运动动能,使被加热物体的温度上升。红外线加热以电、煤气或蒸气为热源。由于混
凝土在养护过程中内部有游离水存在,而对红外线又有较宽广的吸收带,混凝土在60～100℃时对红外线的吸收率为90%左右。因此用远红外线加热养护混凝土制品可以取得混凝土内部温度高、养护时间短、抗压强度高,节约能源等效果。2.5 冷养护
混凝土在气温低于5℃时制作称为低温混凝土施工(冬季施工),这时混凝土强度增长很慢。如遇到基础混凝土施工,就要采取水浸低温养护。冬季水浸养护最低水位要采取超过混凝土最高表面0.4～0.8m加冰层厚,混凝土冻点为-2℃,而冰水临界水温为0℃,冰层下水温一般为4℃,在1～4℃条件下,水浸养护的混凝土7d可达到设计标号R28的40%,14d可达到50%,90d可满足强度要求。
(上接第132页)
(2)棱体排水、褥垫排水:可有效降低坝体内浸润线,减小其孔隙水压力,褥垫排水又有助于坝基排水。
(3)排水沟、减压井反滤透水盖重或两者相结合:适用于坝基表层有一层相对不透水层以及有一定渗流量的情况,当地基表面相对不透水层不太厚,其下为砂砾石层时可采用排水沟;当不透水层较厚时,可将深层承压水导出地面,设排水减压井,然后从排水沟排出;当下游坝脚存在的剩余水头不大时,可采用铺填透水盖重的办法,若下游坝脚剩余水头很大可采用减压井和盖重相结合的办法。1.2 滑坡加固方法
土石坝出现滑坡裂缝及滑坡后,应进行滑坡勘察及土工试验,分析产生的原因,按照滑动力减少和抗滑动力增加的准则,进行滑坡加固设计。一般采用土石坝中常用的主动滑动段减重和滑坡体前缘抛石固脚,加重压坡的方法。1.3 裂缝加固方法
裂缝加固方法一般是开挖回填、裂缝灌浆以及两者相结合。其适用范围如下:
(1)开挖回填:适用于粘性土,裂缝不超过5m。(2)裂缝灌浆:适用于粘性土,坝体内裂缝和非滑动的表面裂缝。
地震震害和液化等其它土坝病害与破坏的加固方法,这里不再详细介绍。
2 土石坝加固方法的选用原则
土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。发生病害后,应进行安全监测,首先要注意检查渗流破坏迹象,滑坡症兆,裂缝的发生和发展等异常现象;其次用电测和同位素设备探测隐患,以及使用大坝原型观测设备进行监控。在安全监控的基础上,考虑选用土石坝加固方法。由于土石坝工程情况复杂,机具、材料等具体条件的多变性,以及上述土石坝加固方法很多且都有其适用范围及局限性的优缺点,因此,对每一具体工程病害,都应进行仔细分析,克服盲目性。土石坝的加固方法应是技术上合理、又能满足施工要求,可采用一种或几种的组合加固方法。