土石坝的地基处理课件

§5－8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.2024/4/31§5－8土石坝的地基处理.2024/4/21

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。.2024/4/32土石坝底面积大，坝基应力较小，坝身具有一定适应变形的处理的主要目的是：

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。.2024/4/33处理的主要目的是：2.保持坝体和坝基的静力和动力稳定，不

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。.2024/4/34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。.2024/4/35如：加拿大在深120m的覆盖层上采用混凝土防渗墙，修建了高1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.2024/4/36常见的土石坝地基：.2024/4/26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.2024/4/37地基处理主要解决的问题：.2024/4/27一、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。.2024/4/38一、岩基处理参见混凝土坝.2024/4/28二、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。

.2024/4/39二、砂砾石坝基处理常见的砂砾石坝基，其河床段上部多

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。.2024/4/310如:坝基土层中夹有松散砂层，淤泥层，软粘土层，

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.2024/4/311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.2024/4/3121.垂直防渗设施包括:.2024/4/212(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。.2024/4/313(1)粘性土截水槽.2024/4/213

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。.2024/4/314槽身开挖断面呈梯形，切断砂砾石层直达岩基，岩面

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。.2024/4/315截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部与岩基紧密结合，.2024/4/316.2024/4/216.2024/4/317.2024/4/217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.2024/4/318要求：范围：横贯整个河床，并延伸到河岸上部：与防渗体连成整体(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，.2024/4/319(2)混凝土防渗墙.2024/4/219振动切槽施工.2024/4/320振动切槽施工.2024/4/220.2024/4/321.2024/4/221混凝土防渗墙.2024/4/322混凝土防渗墙.2024/4/222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≮0.5～1.0m墙厚：0.6～1.3m.2024/4/323要求：范围：横贯整个河床，并延伸到河岸上部：插入防渗体≮1/.2024/4/324.2024/4/224.2024/4/325.2024/4/225.2024/4/326.2024/4/226

墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于0.5～1.0m，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0.6～1.3m范围内选用，一般0.8m左右。.2024/4/327墙底嵌入弱风化基岩，深度不小于0.5～1.0m，墙顶(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。

.2024/4/328(3)灌浆帷幕采用高压定向喷射灌浆技术，通过喷嘴的.2024/4/329.2024/4/229灌浆材料：水泥粘土浆；配比：水泥占20～50％灌浆厚度：由容许比降确定，J≤3～4可灌性：D15/d85<5,不可灌；=5~10可灌性差；>10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.2024/4/330灌浆材料：水泥粘土浆；配比：水泥占20～50％可灌性：D15

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。.2024/4/331

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

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。.2024/4/332

帷幕灌桨存在的问题是工艺较复杂，费用偏高，地表需加压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。.2024/4/3332.上游水平防渗铺盖用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相.2024/4/334.2024/4/234

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。.2024/4/335当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗设施的条件

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。

.2024/4/336铺盖不能像垂直防渗设施那样可以完全截阻渗流，其范围：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：<k砂砾石/1000铺盖长度：6～8倍水头铺盖厚度：最薄处≮0.5～1.0m.2024/4/337范围：下端与防渗体相连，上游延伸到需要长度铺盖渗透系数：<k3.下游排水设施，包括：

(1)水平排水层

(2)排水沟

(3)减压井

(4)透水盖重等。

这些设施可以单独使用，也可以综合使用。.2024/4/3383.下游排水设施，包括：.2024/4/238水平排水：主要采用褥垫排水垂直排水：排水沟或减压井.2024/4/339水平排水：主要采用褥垫排水.2024/4/239.2024/4/340.2024/4/240

减压井可以有效地排除渗水，降低坝基扬压力。

它是深入坝基透水层中的连续并排，井径一般大于15cm。井贯入强透水层中不应少于其厚度的25%，一般采用50%~70%，但100%效果最好。.2024/4/341减压井可以有效地排除渗水，降低坝基扬压力。.

出口高程宜尽量降低，但应高于排水沟底面。井周设置反滤层。减压井的缺点是加了坝基渗水量。减压井与其它防渗排水设施共同使用时，应统一考虑，权衡利弊。.2024/4/342出口高程宜尽量降低，但应高于排水沟底面。井周.2024/4/343.2024/4/243减压井.2024/4/344减压井.2024/4/244三、细砂、软粘土和湿陷性黄土坝基处理

1.细砂等易液化土坝基2.

软粘土坝基3.

湿陷性黄土坝基.2024/4/345三、细砂、软粘土和湿陷性黄土坝基处理1.细砂等易液化土坝1.

细砂等易液化土坝基

坝基中的细砂等地震时易液化的土料对坝的稳定性危害很大。

液化是在震动荷载作用下，土坝内孔隙水来不及排出，土体内孔隙压力上升，使土体颗粒间的连接强度降低，而处于流动状态。

.2024/4/3461.细砂等易液化土坝基.2024/4/246细砂坝基处理：

①打板桩封闭或压重，目的是增加土体的约束力。

②可采用振冲、强夯、爆破、挤密、震动碾压等加密方法加固，提高土体的密实度和颗粒骨架的稳定性。

③排水和减压，创造排水条件以使振动孔隙水压力很快.2024/4/347细砂坝基处理：.2024/4/247淤泥地基处理

淤泥地基的主要问题是天然含水量高，抗剪强度低，承载能力低。

处理方法有：

①挖除；

②设置砂井加速排水；

③坝脚压重，以保持地基的稳定性。.2024/4/348淤泥地基处理.2024/4/2482.

软粘土坝基软弱粘性土抗剪强度低，压缩性高，在这种地基上筑坝，会遇到下列问题：(1)天然地基承载力很低，高度超过3~6m的坝就足以使地基发生局部破坏；

.2024/4/3492.软粘土坝基(1)天然地基承载力很低，高度超过3~6(2)土的透水性很小，排水固结速率缓慢，地基强度增长不快，沉降变形持续时间很长，在建筑物竣工后仍将发生较大的沉降，地基长期处于软弱状态；(3)由于灵敏度较高，在施工中不宜采用振动或挤压措施，否则易扰动土的结构，使土的强度迅速降低造成局部破坏和较大变形。.2024/4/350(2)土的透水性很小，排水固结速率缓慢，地基强度增长不快，

软粘土地基一般不宜用作地基，仅在采取有效处理措施后，才可能修建高度不大的坝。我国在软土地基上筑坝也取得了一定的经验，如：杜湖土坝，坝高17.5m，采用砂井处理办法；溪口土坝，坝高23m，采用镇压层方法。国外在软土地基上建坝的实例有委内瑞拉的古里坝，坝高90m，地基为高压缩性残积土，采取了部分挖除、预浸水、设戗台、加强反滤等措施。

.2024/4/351软粘土地基一般不宜用作地基，仅在采取有效处理措施后，才

处理方法有：①挖除；②设置砂井加速排水；③坝脚压重，以保持地基的稳定性。.2024/4/352处理方法有：.2024/4/252

砂井直径约３０～40cm，井距与井径之比为6～8，按梅花形布置，砂井顶面铺设厚约1m的砂垫层。.2024/4/353砂井直径约３０～40cm，井距与井径之比为6～8，按

如：杜湖水库土坝坝基表层有11～13m厚的淤泥质粘土层，抗剪强度只有0.015Mpa，采用砂井加固后，随坝体增高，坝基强度增长较快，当大坝填筑到14m高度时，坝基土的抗剪强度已增至0.05Mpa，满足了稳定要求。建软粘土地基上的坝，宜尽量减小坝基中的剪应力，防渗体填筑的含水量宜略高于最优含水量，以适应较大的不均匀沉降。

.2024/4/354如：杜湖水库土坝坝基表层有11～13m厚的淤泥质粘土.2024/4/355.2024/4/2553.

湿陷性黄土坝基

湿陷性黄土坝基的主要危害是浸水后产生过大的不均匀沉降，造成坝体裂缝。这种地基也不宜建坝，只有经过充分论证和处理后才可建低坝。.2024/4/3563.湿陷性黄土坝基.2024/4/256

一般处理措施是挖除、翻压或通过强夯以消除其湿陷性，也可通过预先浸水处理，使湿陷量大部在建坝前或施工完成。.2024/4/357一般处理措施是挖除、翻压或通过强夯以消除其湿陷与坝基、岸坡及其它建筑物的连接1、与坝基地基与坝体土质相近，清基后直接填土地基与坝体土质不同，在结合面做槽与基岩连接时，设混凝土齿墙2、与岸坡岸坡存在的问题：渗透性大，容易出现集中渗流；稳定性差，容易出现滑动和裂缝。处理办法：缓坡连接，不宜陡坡或台阶形，以防裂缝,坝体与岸坡连接要紧密，加宽心墙或斜墙以延长渗径，岸坡岩石灌浆防止绕渗.2024/4/358与坝基、岸坡及其它建筑物的连接1、与坝基.2024/4/253、与其它建筑物设置原因：在连接处，由于土坝沉降过大，容易造成土坝裂缝，结合处容易出现集中渗流土坝与混凝土建筑物结合类型：翼墙式：使混凝土与土坝翼墙相连接插入式：混凝土插入土坝坝身中特点：结构简单，安全可靠，造价低，高坝用得多翼墙的常用形式：围墙式围墙—翼墙式上下翼墙式注意：在翼墙背面设齿墙，延长渗径翼墙背面坡度>0.1，使土体与翼墙结合良好.2024/4/3593、与其它建筑物.2024/4/259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。.2024/4/360从砼坝与土石坝的连接部位开始，砼坝的断面逐渐减小，最后成刚性土石砼.2024/4/361土石砼.2024/4/261

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.2024/4/362图5-39插入式图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；.2024/4/363.2024/4/263二、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.2024/4/364二、土石坝的裂缝控制

干缩裂缝.2024/4/2641.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。.1.类型和成因（1）纵缝.65（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。.（2）横缝.66（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。.（3）内部裂缝.67⑴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

⑵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⑶内缝：出现在坝体内部 因坝基与坝