土石坝的地基处理

1、12021-4-28 5 58 8 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 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 22021-4-28 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。 32021-4-28 处理的主要目的是：处理的主要目的是： 1.1.控制渗流，减少渗流坡降，避免管涌等有害的渗控制渗流，减少渗流坡降，避免管涌等有害的渗 流变形，控

2、制渗流量；流变形，控制渗流量； 2. 2.保持坝体和坝基的静力和动力保持坝体和坝基的静力和动力稳定稳定，不产生过大，不产生过大 的有害的有害变形变形，不发生明显的均匀，不发生明显的均匀沉降沉降，竣工后，坝基，竣工后，坝基 和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的1%1%； 3.3.在保证坝安全运行的条件下节省投资。在保证坝安全运行的条件下节省投资。 42021-4-28 坝基处理技术近年来业已取得了很大的进展，从国内外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，经过适当坝工建设的成就来看，很多地质条件不良的坝基，经过

3、适当 处理以后，都成功地修建了高土石坝。处理以后，都成功地修建了高土石坝。 52021-4-28 如：加拿大在深如：加拿大在深120m120m的覆盖层上采用混凝土防渗墙，修的覆盖层上采用混凝土防渗墙，修 建了高建了高107m107m的马尼克的马尼克3 3号坝；埃及则在厚号坝；埃及则在厚225m225m的河床冲积的河床冲积 层上，采用水泥粘土灌浆帷幕，修建了高层上，采用水泥粘土灌浆帷幕，修建了高111m111m的阿斯旺的阿斯旺 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，防渗墙的深度均达行列。铜街子坝，小浪底坝，防渗

4、墙的深度均达70m70m左右。左右。 62021-4-28 常见的土石坝地基：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：可能出现的技术问题： u渗漏问题 u承载能力低 u振动液化问题 72021-4-28 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 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 82021-4-28 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。

5、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。 92021-4-28 二、二、砂砾石坝基处理砂砾石坝基处理 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。性不大。 102021-4-28 如如:坝基土层中夹有松散砂层，淤泥层，坝基土层中夹有松散砂层，淤泥层，

6、 软粘土层，则应考虑软粘土层，则应考虑其抗剪强度与变形特性其抗剪强度与变形特性， 在地震区还应考虑可能发生的在地震区还应考虑可能发生的振动液化造成振动液化造成 坝基和坝体失稳的危险坝基和坝体失稳的危险。为此，需进行专门。为此，需进行专门 的分析研究，必要时，可采取挖除、排水预的分析研究，必要时，可采取挖除、排水预 压、抗冲加固等措施。压、抗冲加固等措施。 112021-4-28 在砂砾石地基上建坝的主要问题是进行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渗流控制，解决的方法是作好防渗和排水。 1 1. .垂直防渗设施垂直防渗设施 2 2. .上游水平防渗铺盖上游水

7、平防渗铺盖 3 3. .下游排水设施下游排水设施 122021-4-28 1 1. .垂直防渗设施包括垂直防渗设施包括: : (1)(1)粘性土粘性土截水槽截水槽 (2)(2)混凝土防渗墙混凝土防渗墙 (3)(3)灌浆帷幕灌浆帷幕 132021-4-28 (1)(1) 粘性土截水槽粘性土截水槽 当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是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大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游 1/31/3至至1/21/2坝顶宽处），横贯整个河床并延伸到坝顶宽处），横

8、贯整个河床并延伸到 两岸。两岸。 142021-4-28 槽身开挖断面呈梯形，切断砂砾石层直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。抗渗流冲刷的容许坡降以及施工条件确定。 152021-4-28 截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部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。与岩基紧密结合，形成一

9、个完整的防渗体系。 （如图示如图示）我国在我国在6060年代前建成的大坝曾广为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应用。截水槽的最大开挖深度一般不超过20m20m。 国外高土石坝截水槽的开挖深度有的较大，如：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加拿大的下诺赫坝最大挖深达82m82m。 162021-4-28 172021-4-28 182021-4-28 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 192021-4-28 (2)(2)混凝土防渗墙混凝土防渗墙 深厚砂砾石地基采用混凝

10、土防渗墙是比深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比 较较 有效和经济的防渗设施。一般做法是用冲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，槽孔内用水下浇注混凝土的方法浇筑成墙， 202021-4-28 212021-4-28 222021-4-28 混凝土防渗墙 232021-4-28 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 242021-4-28 252021

11、-4-28 262021-4-28 272021-4-28 墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于 0.50.51.0m1.0m，墙顶插入防渗体内的深度应大，墙顶插入防渗体内的深度应大 于于1/101/10坝高，并不得小于坝高，并不得小于2m2m。墙厚按施工条。墙厚按施工条 件可在件可在0.60.61.3m1.3m范围内选用，一般范围内选用，一般0.8m0.8m左左 右。右。 282021-4-28 (3)(3) 灌浆帷幕灌浆帷幕 采用高压定向喷射灌浆技术，通过喷嘴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，在缝槽中灌压的高压气流切割地层成缝槽，在缝槽中

12、灌压 力水泥砂浆，凝结后形成防渗板墙。力水泥砂浆，凝结后形成防渗板墙。 292021-4-28 302021-4-28 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 312021-4-28 帷幕灌桨既可以处理较深的砂砾石层；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的地层；还可以作为其他防渗结构的补强措 施。施。 322021-4-28 帷幕灌桨存在的问题是工艺

13、较复杂，费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。法是否宜于采用，取决于地层的可灌性。 332021-4-28 2 2. .上游水平防渗铺盖上游水平防渗铺盖 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，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

14、坡降减小至容许从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许 范围以内。范围以内。 342021-4-28 352021-4-28 当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗当坝基覆盖层深厚，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。积物较厚可以利用时更值得考虑。 362021-4-28 铺盖不能像垂直防渗设施那样可以完全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，故多在截阻渗流，其防渗效果有一定限度，故多在 中、小工程中使用

15、，对高坝多和其他防渗设中、小工程中使用，对高坝多和其他防渗设 施配合使用。施配合使用。 372021-4-28 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 602021-4-28 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。 612021-4-28 土石 砼 622021-4-28 1 2 632021-4-28 1 3 2 5 3 1 3 5 2 4 1 4 2 4 (a) (b)

16、(c) 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 642021-4-28 1.1.类型和成因类型和成因 （1 1）纵缝）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。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，

17、在坝顶部出现拉应力区导致裂缝。多发生在竣工应力传递，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。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，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。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。高压缩性地基上也易形成坝坡面和坝内部的纵向裂缝。 （2 2）横缝）横缝 走向与坝轴线近乎垂直，多发生在两岸坝肩附近。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，都易发生当岸坡比

18、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。展，危害极大。 （3 3）内部裂缝）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

19、，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混凝土防渗墙引起的坝体内部裂缝 2.2.裂缝的防止与控制措施裂缝的防止与控制措施 （1）提高填土的压实质量提高填土的压实质量，可减小沉降位移和水平位

20、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设置足够的反滤过渡层。 732021-4-28 （6）采用合理的防渗体几何形态和适当的边坡采用合理的防渗体几何形态和适当的边坡，如厚

21、度较 大的斜心墙。 （7）表层设置块石、碎石等保护层设置块石、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 免产生集中渗漏破坏免产生集中渗漏破坏 3.3.裂缝处理裂缝处理 （1）表面裂缝 砂土填塞，再以低塑性粘性土封填、夯实。对深度不大的裂 缝，挖除，回填含水率稍高于最优含水率的土料，分层夯实。 （2）深部裂缝 灌浆，用低塑性粘性土或在其中加少量中、细砂等做灌浆材 料自流或加压灌注，但要防止水力劈裂。

22、（3）严重的裂缝 坝内做砼防渗墙。此法效果好，但施工时间长，造价高，在 蓄水情况下施工，有一定风险，要慎用。 横向裂缝的开挖回填横向裂缝的开挖回填 1裂缝；2坑槽；3结合槽；4挡水围堰 纵向裂缝的开挖回填纵向裂缝的开挖回填 772021-4-28 (2)(2)混凝土防渗墙混凝土防渗墙 深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比 较较 有效和经济的防渗设施。一般做法是用冲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，槽孔内用水下浇注混凝土的方法浇筑成墙， 782021-4-28 混凝土防渗墙 792021-4-28 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 802021-4-28 2.2. 软粘土坝基软粘土坝基 软弱粘性土抗剪强度