土石壩的地基處理課件

§5－8土石壩的地基處理一、概述二、壩基防滲措施

三、加強(qiáng)地基承載力措施四、與壩基、岸坡及其它建筑物的連接.2024/4/31§5－8土石壩的地基處理.2024/4/21

土石壩底面積大，壩基應(yīng)力較小，壩身具有一定適應(yīng)變形的能力，壩身斷面分區(qū)和材料的選擇也具有靈活性，所以，對(duì)天然壩基的要求低于混凝土壩。對(duì)壩基處理的要求也不能放松。據(jù)統(tǒng)計(jì)，土石壩失事約有40%是由于壩基問題引起的。壩基處理的范圍包括河床和兩岸岸坡。.2024/4/32土石壩底面積大，壩基應(yīng)力較小，壩身具有一定適應(yīng)變形的處理的主要目的是：

1.控制滲流，減少滲流坡降，避免管涌等有害的滲流變形，控制滲流量；

2.保持壩體和壩基的靜力和動(dòng)力穩(wěn)定，不產(chǎn)生過大的有害變形，不發(fā)生明顯的均勻沉降，竣工后，壩基和壩體的總沉降量一般不宜大于壩高的1%；

3.在保證壩安全運(yùn)行的條件下節(jié)省投資。.2024/4/33處理的主要目的是：2.保持壩體和壩基的靜力和動(dòng)力穩(wěn)定，不

壩基處理技術(shù)近年來業(yè)已取得了很大的進(jìn)展，從國內(nèi)外壩工建設(shè)的成就來看，很多地質(zhì)條件不良的壩基，經(jīng)過適當(dāng)處理以后，都成功地修建了高土石壩。.2024/4/34壩基處理技術(shù)近年來業(yè)已取得了很大的進(jìn)展，從國內(nèi)外壩工如：加拿大在深120m的覆蓋層上采用混凝土防滲墻，修建了高107m的馬尼克3號(hào)壩；埃及則在厚225m的河床沖積層上，采用水泥粘土灌漿帷幕，修建了高111m的阿斯旺壩。我國在深厚覆蓋層上的防滲技術(shù)也已進(jìn)入國際先進(jìn)行列。銅街子壩，小浪底壩，防滲墻的深度均達(dá)70m左右。.2024/4/35如：加拿大在深120m的覆蓋層上采用混凝土防滲墻，修建了高1常見的土石壩地基：山區(qū)：巖基或淺覆蓋層砂卵石強(qiáng)透水地基平原：細(xì)砂或有淤泥地基粘土或黃土地基可能出現(xiàn)的技術(shù)問題：滲漏問題承載能力低振動(dòng)液化問題.2024/4/36常見的土石壩地基：.2024/4/26地基處理主要解決的問題：巖石地基 解決接觸面上的集中滲流 巖石裂縫嚴(yán)重時(shí)需灌漿 承載能力無問題，需清除表面腐殖土非巖石地基 粘土地基：滲流、強(qiáng)度 砂礫石地基：滲流問題 細(xì)砂、淤泥、黃土地基：承載能力問題與岸坡、地基及其它建筑物的連接.2024/4/37地基處理主要解決的問題：.2024/4/27一、巖基處理參見混凝土壩覆蓋層較薄時(shí)，做截水槽，阻截滲流；較高土石壩應(yīng)挖除，坐落于基巖上。防滲體與基巖的接觸面要求結(jié)合緊密。不需過多考慮斷層、破碎帶、軟弱夾層等的承載力和不均勻沉降問題。主要研究抗?jié)B穩(wěn)定性和抗溶蝕性能?；鶐r透水性較強(qiáng)時(shí)需做帷幕灌漿。.2024/4/38一、巖基處理參見混凝土壩.2024/4/28二、砂礫石壩基處理

常見的砂礫石壩基，其河床段上部多為近代沖積的透水礫石層，具有明顯的成層結(jié)構(gòu)特性。在這種壩基上即使建造高土石壩，其地基承載力一般也是足夠的，而且壓縮性不大。

.2024/4/39二、砂礫石壩基處理常見的砂礫石壩基，其河床段上部多

如:壩基土層中夾有松散砂層，淤泥層，軟粘土層，則應(yīng)考慮其抗剪強(qiáng)度與變形特性，在地震區(qū)還應(yīng)考慮可能發(fā)生的振動(dòng)液化造成壩基和壩體失穩(wěn)的危險(xiǎn)。為此，需進(jìn)行專門的分析研究，必要時(shí)，可采取挖除、排水預(yù)壓、抗沖加固等措施。.2024/4/310如:壩基土層中夾有松散砂層，淤泥層，軟粘土層，

在砂礫石地基上建壩的主要問題是進(jìn)行滲流控制，解決的方法是作好防滲和排水。

1.垂直防滲設(shè)施

2.上游水平防滲鋪蓋

3.下游排水設(shè)施.2024/4/311在砂礫石地基上建壩的主要問題是進(jìn)行滲流控制，解決的方1.垂直防滲設(shè)施包括:

(1)粘性土截水槽

(2)混凝土防滲墻

(3)灌漿帷幕.2024/4/3121.垂直防滲設(shè)施包括:.2024/4/212(1)

粘性土截水槽

當(dāng)壩基砂礫石層不太深厚時(shí)，截水槽是最常用而又穩(wěn)妥可靠的防滲設(shè)施。一般布置在大壩防滲體的底部（均質(zhì)壩則多設(shè)在靠上游1/3至1/2壩頂寬處），橫貫整個(gè)河床并延伸到兩岸。.2024/4/313(1)粘性土截水槽.2024/4/213

槽身開挖斷面呈梯形，切斷砂礫石層直達(dá)巖基，巖面經(jīng)處理后回填粘性土料，槽下游側(cè)按級(jí)配要求鋪設(shè)反濾料，槽底寬應(yīng)該根據(jù)回填土料的容許滲流坡降、與巖基接觸面抗?jié)B流沖刷的容許坡降以及施工條件確定。.2024/4/314槽身開挖斷面呈梯形，切斷砂礫石層直達(dá)巖基，巖面

截水槽上部與壩的防滲體連成整體，下部與巖基緊密結(jié)合，形成一個(gè)完整的防滲體系。（如圖示）我國在60年代前建成的大壩曾廣為應(yīng)用。截水槽的最大開挖深度一般不超過20m。國外高土石壩截水槽的開挖深度有的較大，如：加拿大的下諾赫壩最大挖深達(dá)82m。.2024/4/315截水槽上部與壩的防滲體連成整體，下部與巖基緊密結(jié)合，.2024/4/316.2024/4/216.2024/4/317.2024/4/217要求：范圍：橫貫整個(gè)河床，并延伸到河岸槽形：梯形上部：與防滲體連成整體下部：與基巖緊密結(jié)合.2024/4/318要求：范圍：橫貫整個(gè)河床，并延伸到河岸上部：與防滲體連成整體(2)混凝土防滲墻

深厚砂礫石地基采用混凝土防滲墻是比較有效和經(jīng)濟(jì)的防滲設(shè)施。一般做法是用沖擊鉆分段建造槽形孔，以泥漿固壁，然后在槽孔內(nèi)用水下澆注混凝土的方法澆筑成墻，.2024/4/319(2)混凝土防滲墻.2024/4/219振動(dòng)切槽施工.2024/4/320振動(dòng)切槽施工.2024/4/220.2024/4/321.2024/4/221混凝土防滲墻.2024/4/322混凝土防滲墻.2024/4/222要求：范圍：橫貫整個(gè)河床，并延伸到河岸槽形：沖擊鉆分段建造槽形孔上部：插入防滲體≮1/10H，且≮2m下部：嵌入弱風(fēng)化基巖≮0.5～1.0m墻厚：0.6～1.3m.2024/4/323要求：范圍：橫貫整個(gè)河床，并延伸到河岸上部：插入防滲體≮1/.2024/4/324.2024/4/224.2024/4/325.2024/4/225.2024/4/326.2024/4/226

墻底嵌入弱風(fēng)化基巖，深度不小于0.5～1.0m，墻頂插入防滲體內(nèi)的深度應(yīng)大于1/10壩高，并不得小于2m。墻厚按施工條件可在0.6～1.3m范圍內(nèi)選用，一般0.8m左右。.2024/4/327墻底嵌入弱風(fēng)化基巖，深度不小于0.5～1.0m，墻頂(3)

灌漿帷幕

采用高壓定向噴射灌漿技術(shù)，通過噴嘴的高壓氣流切割地層成縫槽，在縫槽中灌壓力水泥砂漿，凝結(jié)后形成防滲板墻。

.2024/4/328(3)灌漿帷幕采用高壓定向噴射灌漿技術(shù)，通過噴嘴的.2024/4/329.2024/4/229灌漿材料：水泥粘土漿；配比：水泥占20～50％灌漿厚度：由容許比降確定，J≤3～4可灌性：D15/d85<5,不可灌；=5~10可灌性差；>10可灌水泥粘土漿；>15可灌水泥漿；深度：達(dá)到基巖或相對(duì)不透水層.2024/4/330灌漿材料：水泥粘土漿；配比：水泥占20～50％可灌性：D15

帷幕灌槳既可以處理較深的砂礫石層；也可以處理局部不便于用其他防滲方法施工的地層；還可以作為其他防滲結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)措施。.2024/4/331

帷幕灌槳既可以處理較深的砂礫石層；也可以處理局部不便

帷幕灌槳存在的問題是工藝較復(fù)雜，費(fèi)用偏高，地表需加壓重，否則灌漿質(zhì)量達(dá)不到要求。對(duì)地層的適應(yīng)性差，即這種灌漿方法是否宜于采用，取決于地層的可灌性。.2024/4/332

帷幕灌槳存在的問題是工藝較復(fù)雜，費(fèi)用偏高，地表需加壓2.上游水平防滲鋪蓋

用粘性土料修筑鋪蓋與壩身防滲體相連接，并向上游延伸至要求的長度，也是土石壩常用的防滲設(shè)施。鋪蓋的作用是延長滲徑，從而使壩基滲漏損失和滲流坡降減小至容許范圍以內(nèi)。.2024/4/3332.上游水平防滲鋪蓋用粘性土料修筑鋪蓋與壩身防滲體相.2024/4/334.2024/4/234

當(dāng)壩基覆蓋層深厚，缺乏采用垂直防滲設(shè)施的條件或其造價(jià)昂貴難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，適于采用鋪蓋防滲。當(dāng)上游有天然鋪蓋或壩前淤積物較厚可以利用時(shí)更值得考慮。.2024/4/335當(dāng)壩基覆蓋層深厚，缺乏采用垂直防滲設(shè)施的條件

鋪蓋不能像垂直防滲設(shè)施那樣可以完全截阻滲流，其防滲效果有一定限度，故多在中、小工程中使用，對(duì)高壩多和其他防滲設(shè)施配合使用。

.2024/4/336鋪蓋不能像垂直防滲設(shè)施那樣可以完全截阻滲流，其范圍：下端與防滲體相連，上游延伸到需要長度目的：延長滲徑，減小滲流比降到容許范圍防滲效果：不能截阻滲流，防滲效果有一定限度適用范圍：中、小型工程或大型工程的輔助設(shè)施。鋪蓋滲透系數(shù)：<k砂礫石/1000鋪蓋長度：6～8倍水頭鋪蓋厚度：最薄處≮0.5～1.0m.2024/4/337范圍：下端與防滲體相連，上游延伸到需要長度鋪蓋滲透系數(shù)：<k3.下游排水設(shè)施，包括：

(1)水平排水層

(2)排水溝

(3)減壓井

(4)透水蓋重等。

這些設(shè)施可以單獨(dú)使用，也可以綜合使用。.2024/4/3383.下游排水設(shè)施，包括：.2024/4/238水平排水：主要采用褥墊排水垂直排水：排水溝或減壓井.2024/4/339水平排水：主要采用褥墊排水.2024/4/239.2024/4/340.2024/4/240

減壓井可以有效地排除滲水，降低壩基揚(yáng)壓力。

它是深入壩基透水層中的連續(xù)并排，井徑一般大于15cm。井貫入強(qiáng)透水層中不應(yīng)少于其厚度的25%，一般采用50%~70%，但100%效果最好。.2024/4/341減壓井可以有效地排除滲水，降低壩基揚(yáng)壓力。.

出口高程宜盡量降低，但應(yīng)高于排水溝底面。井周設(shè)置反濾層。減壓井的缺點(diǎn)是加了壩基滲水量。減壓井與其它防滲排水設(shè)施共同使用時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一考慮，權(quán)衡利弊。.2024/4/342出口高程宜盡量降低，但應(yīng)高于排水溝底面。井周.2024/4/343.2024/4/243減壓井.2024/4/344減壓井.2024/4/244三、細(xì)砂、軟粘土和濕陷性黃土壩基處理

1.細(xì)砂等易液化土壩基2.

軟粘土壩基3.

濕陷性黃土壩基.2024/4/345三、細(xì)砂、軟粘土和濕陷性黃土壩基處理1.細(xì)砂等易液化土壩1.

細(xì)砂等易液化土壩基

壩基中的細(xì)砂等地震時(shí)易液化的土料對(duì)壩的穩(wěn)定性危害很大。

液化是在震動(dòng)荷載作用下，土壩內(nèi)孔隙水來不及排出，土體內(nèi)孔隙壓力上升，使土體顆粒間的連接強(qiáng)度降低，而處于流動(dòng)狀態(tài)。

.2024/4/3461.細(xì)砂等易液化土壩基.2024/4/246細(xì)砂壩基處理：

①打板樁封閉或壓重，目的是增加土體的約束力。

②可采用振沖、強(qiáng)夯、爆破、擠密、震動(dòng)碾壓等加密方法加固，提高土體的密實(shí)度和顆粒骨架的穩(wěn)定性。

③排水和減壓，創(chuàng)造排水條件以使振動(dòng)孔隙水壓力很快.2024/4/347細(xì)砂壩基處理：.2024/4/247淤泥地基處理

淤泥地基的主要問題是天然含水量高，抗剪強(qiáng)度低，承載能力低。

處理方法有：

①挖除；

②設(shè)置砂井加速排水；

③壩腳壓重，以保持地基的穩(wěn)定性。.2024/4/348淤泥地基處理.2024/4/2482.

軟粘土壩基軟弱粘性土抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高，在這種地基上筑壩，會(huì)遇到下列問題：(1)天然地基承載力很低，高度超過3~6m的壩就足以使地基發(fā)生局部破壞；

.2024/4/3492.軟粘土壩基(1)天然地基承載力很低，高度超過3~6(2)土的透水性很小，排水固結(jié)速率緩慢，地基強(qiáng)度增長不快，沉降變形持續(xù)時(shí)間很長，在建筑物竣工后仍將發(fā)生較大的沉降，地基長期處于軟弱狀態(tài)；(3)由于靈敏度較高，在施工中不宜采用振動(dòng)或擠壓措施，否則易擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)，使土的強(qiáng)度迅速降低造成局部破壞和較大變形。.2024/4/350(2)土的透水性很小，排水固結(jié)速率緩慢，地基強(qiáng)度增長不快，

軟粘土地基一般不宜用作地基，僅在采取有效處理措施后，才可能修建高度不大的壩。我國在軟土地基上筑壩也取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，如：杜湖土壩，壩高17.5m，采用砂井處理辦法；溪口土壩，壩高23m，采用鎮(zhèn)壓層方法。國外在軟土地基上建壩的實(shí)例有委內(nèi)瑞拉的古里壩，壩高90m，地基為高壓縮性殘積土，采取了部分挖除、預(yù)浸水、設(shè)戧臺(tái)、加強(qiáng)反濾等措施。

.2024/4/351軟粘土地基一般不宜用作地基，僅在采取有效處理措施后，才

處理方法有：①挖除；②設(shè)置砂井加速排水；③壩腳壓重，以保持地基的穩(wěn)定性。.2024/4/352處理方法有：.2024/4/252

砂井直徑約３０～40cm，井距與井徑之比為6～8，按梅花形布置，砂井頂面鋪設(shè)厚約1m的砂墊層。.2024/4/353砂井直徑約３０～40cm，井距與井徑之比為6～8，按

如：杜湖水庫土壩壩基表層有11～13m厚的淤泥質(zhì)粘土層，抗剪強(qiáng)度只有0.015Mpa，采用砂井加固后，隨壩體增高，壩基強(qiáng)度增長較快，當(dāng)大壩填筑到14m高度時(shí)，壩基土的抗剪強(qiáng)度已增至0.05Mpa，滿足了穩(wěn)定要求。建軟粘土地基上的壩，宜盡量減小壩基中的剪應(yīng)力，防滲體填筑的含水量宜略高于最優(yōu)含水量，以適應(yīng)較大的不均勻沉降。

.2024/4/354如：杜湖水庫土壩壩基表層有11～13m厚的淤泥質(zhì)粘土.2024/4/355.2024/4/2553.

濕陷性黃土壩基

濕陷性黃土壩基的主要危害是浸水后產(chǎn)生過大的不均勻沉降，造成壩體裂縫。這種地基也不宜建壩，只有經(jīng)過充分論證和處理后才可建低壩。.2024/4/3563.濕陷性黃土壩基.2024/4/256

一般處理措施是挖除、翻壓或通過強(qiáng)夯以消除其濕陷性，也可通過預(yù)先浸水處理，使?jié)裣萘看蟛吭诮▔吻盎蚴┕ね瓿伞?2024/4/357一般處理措施是挖除、翻壓或通過強(qiáng)夯以消除其濕陷與壩基、岸坡及其它建筑物的連接1、與壩基地基與壩體土質(zhì)相近，清基后直接填土地基與壩體土質(zhì)不同，在結(jié)合面做槽與基巖連接時(shí)，設(shè)混凝土齒墻2、與岸坡岸坡存在的問題：滲透性大，容易出現(xiàn)集中滲流；穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)滑動(dòng)和裂縫。處理辦法：緩坡連接，不宜陡坡或臺(tái)階形，以防裂縫,壩體與岸坡連接要緊密，加寬心墻或斜墻以延長滲徑，岸坡巖石灌漿防止繞滲.2024/4/358與壩基、岸坡及其它建筑物的連接1、與壩基.2024/4/253、與其它建筑物設(shè)置原因：在連接處，由于土壩沉降過大，容易造成土壩裂縫，結(jié)合處容易出現(xiàn)集中滲流土壩與混凝土建筑物結(jié)合類型：翼墻式：使混凝土與土壩翼墻相連接插入式：混凝土插入土壩壩身中特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，造價(jià)低，高壩用得多翼墻的常用形式：圍墻式圍墻—翼墻式上下翼墻式注意：在翼墻背面設(shè)齒墻，延長滲徑翼墻背面坡度>0.1，使土體與翼墻結(jié)合良好.2024/4/3593、與其它建筑物.2024/4/259從砼壩與土石壩的連接部位開始，砼壩的斷面逐漸減小，最后成剛性插入土石壩的心墻內(nèi)。.2024/4/360從砼壩與土石壩的連接部位開始，砼壩的斷面逐漸減小，最后成剛性土石砼.2024/4/361土石砼.2024/4/261

圖5-39插入式連接示意圖1-混凝土重力壩；2-土石壩；3-半插入段；4-插入.2024/4/362圖5-39插入式圖5-40翼墻式連接1-土石壩；2-溢流重力壩；3-圓弧形翼墻4-斜降式翼墻；5-邊墩；.2024/4/363.2024/4/263二、土石壩的裂縫控制

干縮裂縫凍融裂縫不均勻沉降裂縫滑坡裂縫水力劈裂裂縫.2024/4/364二、土石壩的裂縫控制

干縮裂縫.2024/4/2641.類型和成因（1）縱縫走向大體上與壩軸線平行，多數(shù)發(fā)生在壩頂和壩坡中部?！裨谛膲魏投喾N土質(zhì)壩中，由于心墻土料的固結(jié)比較緩慢，壩殼土料的沉降速度比心墻快，壩殼和心墻之間發(fā)生應(yīng)力傳遞，在壩頂部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)導(dǎo)致裂縫。多發(fā)生在竣工初期，或初次蓄水時(shí)?！裢临|(zhì)斜墻壩的壩殼材料，如壓實(shí)不足，沉降變形大，上部和下部沉降不均，都可使斜墻斷裂，形成縱向裂縫。●高壓縮性地基上也易形成壩坡面和壩內(nèi)部的縱向裂縫。.1.類型和成因（1）縱縫.65（2）橫縫走向與壩軸線近乎垂直，多發(fā)生在兩岸壩肩附近。當(dāng)岸坡比較陡峻，或是岸坡地形突然變化時(shí)，都易發(fā)生這種裂縫。橫縫常貫穿壩的防滲體，在滲流作用下繼續(xù)發(fā)展，危害極大。.（2）橫縫.66（3）內(nèi)部裂縫主要由壩基和壩體的不均勻沉降引起。在壩體表面很難發(fā)現(xiàn)，它可能發(fā)展成為集中的滲流通道，危害性也很大。在較薄的粘土心墻壩中，壩殼沉降速度快，較早達(dá)到穩(wěn)定，而心墻由于固結(jié)速度慢，還在繼續(xù)沉降，壩殼將對(duì)心墻產(chǎn)生拱效應(yīng)，使心墻中的豎向應(yīng)力減小，甚至可能由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，從而產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。地震區(qū)土石壩震害的主要形態(tài)是出現(xiàn)縱縫和橫縫；由于水力劈裂作用也可以產(chǎn)生裂縫。.（3）內(nèi)部裂縫.67⑴縱縫：與壩軸線大體平行，多發(fā)生在壩頂和壩坡中部 因壩殼與心墻、或多種土質(zhì)壩固結(jié)速度的差異形成拉應(yīng)力而裂縫 多發(fā)生在竣工期前后。縱縫橫縫

⑵橫縫：與壩軸線大體垂直，多發(fā)生兩岸壩肩附近 因岸坡陡峻或岸坡突變而致 橫縫常貫穿防滲體，危害很大。 水平縫⑶內(nèi)縫：出現(xiàn)在壩體內(nèi)部 因壩基與壩