土石坝的地基处理

1,2020/6/6,58土石坝的地基处理一、概述二、坝基防渗措施三、加强地基承载力措施四、与坝基、岸坡及其它建筑物的连接,2,2020/6/6,土石坝底面积大，坝基应力较小，坝身具有一定适应变形的能力，坝身断面分区和材料的选择也具有灵活性，所以，对天然坝基的要求低于混凝土坝。对坝基处理的要求也不能放松。据统计，土石坝失事约有40%是由于坝基问题引起的。坝基处理的范围包括河床和两岸岸坡。,3,2020/6/6,处理的主要目的是：1.控制渗流，减少渗流坡降，避免管涌等有害的渗流变形，控制渗流量；,2.保持坝体和坝基的静力和动力稳定，不产生过大的有害变形，不发生明显的均匀沉降，竣工后，坝基和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的1%；3.在保证坝安全运行的条件下节省投资。,4,2020/6/6,坝基处理技术近年来业已取得了很大的进展，从国内外坝工建设的成就来看，很多地质条件不良的坝基，经过适当处理以后，都成功地修建了高土石坝。,5,2020/6/6,如：加拿大在深120m的覆盖层上采用混凝土防渗墙，修建了高107m的马尼克3号坝；埃及则在厚225m的河床冲积层上，采用水泥粘土灌浆帷幕，修建了高111m的阿斯旺坝。我国在深厚覆盖层上的防渗技术也已进入国际先进行列。铜街子坝，小浪底坝，防渗墙的深度均达70m左右。,6,2020/6/6,常见的土石坝地基：山区：岩基或浅覆盖层砂卵石强透水地基平原：细砂或有淤泥地基粘土或黄土地基可能出现的技术问题：渗漏问题承载能力低振动液化问题,7,2020/6/6,地基处理主要解决的问题：岩石地基解决接触面上的集中渗流岩石裂缝严重时需灌浆承载能力无问题，需清除表面腐殖土非岩石地基粘土地基：渗流、强度砂砾石地基：渗流问题细砂、淤泥、黄土地基：承载能力问题与岸坡、地基及其它建筑物的连接,8,2020/6/6,一、岩基处理,参见混凝土坝覆盖层较薄时，做截水槽，阻截渗流；较高土石坝应挖除，坐落于基岩上。防渗体与基岩的接触面要求结合紧密。不需过多考虑断层、破碎带、软弱夹层等的承载力和不均匀沉降问题。主要研究抗渗稳定性和抗溶蚀性能。基岩透水性较强时需做帷幕灌浆。,9,2020/6/6,二、砂砾石坝基处理,常见的砂砾石坝基，其河床段上部多为近代冲积的透水砾石层，具有明显的成层结构特性。在这种坝基上即使建造高土石坝，其地基承载力一般也是足够的，而且压缩性不大。,10,2020/6/6,如:坝基土层中夹有松散砂层，淤泥层，软粘土层，则应考虑其抗剪强度与变形特性，在地震区还应考虑可能发生的振动液化造成坝基和坝体失稳的危险。为此，需进行专门的分析研究，必要时，可采取挖除、排水预压、抗冲加固等措施。,11,2020/6/6,在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行渗流控制，解决的方法是作好防渗和排水。,1.垂直防渗设施2.上游水平防渗铺盖3.下游排水设施,12,2020/6/6,1.垂直防渗设施包括:(1)粘性土截水槽(2)混凝土防渗墙(3)灌浆帷幕,13,2020/6/6,(1)粘性土截水槽当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是最常用而又稳妥可靠的防渗设施。一般布置在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游1/3至1/2坝顶宽处），横贯整个河床并延伸到两岸。,14,2020/6/6,槽身开挖断面呈梯形，切断砂砾石层直达岩基，岩面经处理后回填粘性土料，槽下游侧按级配要求铺设反滤料，槽底宽应该根据回填土料的容许渗流坡降、与岩基接触面抗渗流冲刷的容许坡降以及施工条件确定。,15,2020/6/6,截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部与岩基紧密结合，形成一个完整的防渗体系。（如图示）我国在60年代前建成的大坝曾广为应用。截水槽的最大开挖深度一般不超过20m。国外高土石坝截水槽的开挖深度有的较大，如：加拿大的下诺赫坝最大挖深达82m。,16,2020/6/6,17,2020/6/6,18,2020/6/6,要求：,范围：横贯整个河床，并延伸到河岸槽形：梯形,上部：与防渗体连成整体下部：与基岩紧密结合,19,2020/6/6,(2)混凝土防渗墙深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比较有效和经济的防渗设施。一般做法是用冲击钻分段建造槽形孔，以泥浆固壁，然后在槽孔内用水下浇注混凝土的方法浇筑成墙，,20,2020/6/6,振动切槽施工,21,2020/6/6,22,2020/6/6,混凝土防渗墙,23,2020/6/6,要求：,范围：横贯整个河床，并延伸到河岸槽形：冲击钻分段建造槽形孔,上部：插入防渗体1/10H，且2m下部：嵌入弱风化基岩0.51.0m墙厚：0.61.3m,24,2020/6/6,25,2020/6/6,26,2020/6/6,27,2020/6/6,墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于0.51.0m，墙顶插入防渗体内的深度应大于1/10坝高，并不得小于2m。墙厚按施工条件可在0.61.3m范围内选用，一般0.8m左右。,28,2020/6/6,(3)灌浆帷幕,采用高压定向喷射灌浆技术，通过喷嘴的高压气流切割地层成缝槽，在缝槽中灌压力水泥砂浆，凝结后形成防渗板墙。,29,2020/6/6,30,2020/6/6,灌浆材料：水泥粘土浆；配比：水泥占2050灌浆厚度：由容许比降确定，J34,可灌性：D15/d8510可灌水泥粘土,浆；15可灌水泥浆；,深度：达到基岩或相对不透水层,31,2020/6/6,帷幕灌桨既可以处理较深的砂砾石层；也可以处理局部不便于用其他防渗方法施工的地层；还可以作为其他防渗结构的补强措施。,32,2020/6/6,帷幕灌桨存在的问题是工艺较复杂，费用偏高，地表需加压重，否则灌浆质量达不到要求。对地层的适应性差，即这种灌浆方法是否宜于采用，取决于地层的可灌性。,33,2020/6/6,2.上游水平防渗铺盖,用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相连接，并向上游延伸至要求的长度，也是土石坝常用的防渗设施。铺盖的作用是延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许范围以内。,34,2020/6/6,35,2020/6/6,当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗设施的条件或其造价昂贵难以实现时，适于采用铺盖防渗。当上游有天然铺盖或坝前淤积物较厚可以利用时更值得考虑。,36,2020/6/6,铺盖不能像垂直防渗设施那样可以完全截阻渗流，其防渗效果有一定限度，故多在中、小工程中使用，对高坝多和其他防渗设施配合使用。,37,2020/6/6,范围：下端与防渗体相连，上游延伸到需要长度目的：延长渗径，减小渗流比降到容许范围防渗效果：不能截阻渗流，防渗效果有一定限度适用范围：中、小型工程或大型工程的辅助设施。,铺盖渗透系数：0.1，使土体与翼墙结合良好,60,2020/6/6,从砼坝与土石坝的连接部位开始，砼坝的断面逐渐减小，最后成刚性,插入土石坝的心墙内。,61,2020/6/6,土石,砼,62,2020/6/6,图5-39插入式连接示意图1-混凝土重力坝；2-土石坝；3-半插入段；4-插入,63,2020/6/6,图5-40翼墙式连接1-土石坝；2-溢流重力坝；3-圆弧形翼墙4-斜降式翼墙；5-边墩；,二、土石坝的裂缝控制,干缩裂缝冻融裂缝不均匀沉降裂缝滑坡裂缝水力劈裂裂缝,64,2020/6/6,1.类型和成因,（1）纵缝走向大体上与坝轴线平行，多数发生在坝顶和坝坡中部。在心墙坝和多种土质坝中，由于心墙土料的固结比较缓慢，坝壳土料的沉降速度比心墙快，坝壳和心墙之间发生应力传递，在坝顶部出现拉应力区导致裂缝。多发生在竣工初期，或初次蓄水时。土质斜墙坝的坝壳材料，如压实不足，沉降变形大，上部和下部沉降不均，都可使斜墙断裂，形成纵向裂缝。高压缩性地基上也易形成坝坡面和坝内部的纵向裂缝。,（2）横缝走向与坝轴线近乎垂直，多发生在两岸坝肩附近。当岸坡比较陡峻，或是岸坡地形突然变化时，都易发生这种裂缝。横缝常贯穿坝的防渗体，在渗流作用下继续发展，危害极大。,（3）内部裂缝主要由坝基和坝体的不均匀沉降引起。在坝体表面很难发现，它可能发展成为集中的渗流通道，危害性也很大。在较薄的粘土心墙坝中，坝壳沉降速度快，较早达到稳定，而心墙由于固结速度慢，还在继续沉降，坝壳将对心墙产生拱效应，使心墙中的竖向应力减小，甚至可能由压应力转变为拉应力，从而产生内部裂缝。地震区土石坝震害的主要形态是出现纵缝和横缝；由于水力劈裂作用也可以产生裂缝。,纵缝：与坝轴线大体平行，多发生在坝顶和坝坡中部因坝壳与心墙、或多种土质坝固结速度的差异形成拉应力而裂缝多发生在竣工期前后。,纵缝,横缝,横缝：与坝轴线大体垂直，多发生两岸坝肩附近因岸坡陡峻或岸坡突变而致横缝常贯穿防渗体，危害很大。水平缝内缝：出现在坝体内部因坝基与坝体的不均匀沉降而致易形成集中渗流通道，危害很大。,心墙坝的内部水平裂缝,局部高压缩性地基上土石坝底部的裂缝,混凝土防渗墙引起的坝体内部裂缝,2.裂缝的防止与控制措施（1）提高填土的压实质量，可减小沉降位移和水平位移，从而达到减小拉应变和改善应力状态。同时还可提高土的抗裂强度和抗剪强度，防止裂缝的重要作用。（2）加强地基处理。比如高压缩性地基挖出、砂井排水、填土预压等措施。（3）做好坝体与岸坡及其他建筑物的连接（4）合理进行土料选择和土料设计。既要考虑土的强度和防渗性能，也要注意变形性能。如易产生裂缝的坝肩和坝顶部位采用塑性较高的粘性土料。（5）粘土心墙两侧和斜墙后侧设置足够的反滤过渡层。,73,2020/6/6,（6）采用合理的防渗体几何形态和适当的边坡，如厚度较大的斜心墙。（7）表层设置块石、碎石等保护层，防止干缩和冻融裂缝的发生总之：一是采取措施减少坝体内部变形和不均匀变形，提高防渗体适应不均匀变形的能力；二是限制裂缝扩展，避免产生集中渗漏