土石坝除险加固施工质量存在的主要问题及措施

邓良武

（云南省楚雄州牟定县江坡镇水务服务中心，云南 楚雄 675509）

0 引言

土石坝除险加固施工质量问题直接关系到坝体的稳定性和安全性。然而，当前施工中存在着材料选择与质量控制问题、施工工艺与方法问题以及监测与质量控制问题，导致坝体存在变形、破坏、渗透等稳定性问题。因此，为了保证土石坝的除险加固施工质量，提高坝体的稳定性，需要采取一系列的措施与技术进行改进与优化。

1 土石坝除险加固施工主要问题

1.1 材料选择与质量控制问题

在土石坝除险加固工程中，材料选择与质量控制问题是一个关键挑战。在实际施工中，常常出现选用的水泥、石子等材料未能达到设计要求的强度标准，或者存在掺假掺劣情况的情况。这可能会导致加固效果不佳，甚至影响整个土石坝工程的安全稳定性。因此，需要从源头上加强对材料的选择和质量控制管理，确保所选用的材料符合相关标准和规范。

1.2 施工工艺与方法问题

在土石坝除险加固工程中，部分施工单位存在着缺乏有效的施工方案和施工工艺不当的问题。这种情况可能表现为未经合理论证的施工工艺、施工方案缺乏细化和规范化等情况。这些问题可能导致施工过程中出现效率低下、质量无法保障以及安全隐患增加的情况。因此，有必要加强对施工单位的管理和监督，要求其在施工前进行详细的施工方案论证，并制定细化的施工工艺流程。

1.3 监测与质量控制问题

在土石坝除险加固工程中，监测与质量控制问题是一个重要的方面。存在监测手段不完善、数据分析不准确等问题。一方面，部分工程监测设备可能存在老化、损坏等情况，导致监测数据的准确性和及时性受到影响。另一方面，监测数据的分析和处理可能存在不准确的情况，无法及时发现潜在的问题和隐患。

2 土石坝坝体稳定性问题

2.1 坝体变形与破坏

土石坝的坝体稳定性是工程施工中需要高度关注的问题之一。在实际工程中，可能出现坝体滑坡、倾斜、开裂等问题，这些问题的根源可能包括基础不牢固、材料不符合要求或施工工艺不当等因素。首先，基础不牢固可能导致土石坝的坝体变形与破坏。如果基础处理不到位或地质条件不符合要求，坝体在承受水压力的作用下可能发生滑移、沉降等问题，进而影响坝体的稳定性[1]。其次，材料不符合要求也会对土石坝的稳定性产生重要影响。如使用了质量不达标的填充材料或者不符合规范的混凝土等，在长期的水压力和变形作用下，可能导致坝体出现裂缝、掉块等现象，危及工程的安全性。此外，施工工艺不当也是造成土石坝坝体变形与破坏的重要原因之一。工程施工中，如果施工工艺没有按照规范和设计要求执行，例如未采取适当的排水措施、未进行必要的加固等，都可能导致坝体在水压力和变形力的作用下发生滑坡、倾斜等问题。

2.2 渗透与渗漏问题

土石坝的渗透与渗漏问题可能源自坝体渗透性能不佳或施工质量问题。首先，如果土石坝的坝体材料本身渗透性能不佳，包括填筑材料的细度模数不合适、密实度不够等因素，就容易导致渗流量大、渗漏点多的情况。此外，施工中可能存在浇筑不均匀、接缝处理不当、防渗材料选用不当等问题，也会导致渗透与渗漏问题的出现。

3 土石坝除险加固措施与技术

3.1 加强坝体排水技术

为加强土石坝的排水技术，采取以下措施可以有效提高排水效果，降低渗水风险，确保坝体的稳定性和安全性。首先，在面板坝的适当部位增设排水层。这个排水层能够有效排除来自面板、止水系统及帷幕等部位的少量渗水。通过合理布置排水层的位置和密度，可以确保渗水不会积聚在坝体内部，避免渗水引起的浸润线抬高问题。其次，在下游坝脚处设置反滤排水坝址。这样的设计可以增强坝体的排水能力，防止水压力对坝体产生过大影响。反滤排水坝址能够有效地排除下游的渗流，并保持坝体稳定。此外，还应注重排水系统的设计和施工。合理设置排水管网，确保排水畅通，避免堵塞和渗漏现象[2]。同时，要加强监测和维护，定期检查排水设施的运行情况，及时修复和清理可能存在的问题。

3.2 优化防浪墙设计

坝顶防浪墙是水利水电工程中非常重要的一部分，其设计对于保障工程安全和稳定性具有至关重要的作用。为此，在防浪墙的设计中应该采用上游高、下游低的“双墙”或“U”型墙结构，以能够有效地抵御坝顶风浪的冲击[3]。同时，在防浪墙与面板的连接缝及止水的设计和施工中，应按照周边缝的原则进行。这样可以确保防渗效果和安全性。具体来说，应考虑连接缝的密封性和可靠性，选用优质的止水材料和合适的施工技术，以保证连接缝的紧密度和长期使用效果。此外，在防浪墙的设计中，还应充分考虑其抗震性能。在地震等自然灾害发生时，防浪墙应能够承受动力荷载和地震力，保持稳定性和完整性，以确保工程的安全性。

3.3 简化坝体结构

面板坝和心墙坝是两种常见的水坝类型，在设计上存在一些国内与国外之间的结构差异。对于面板坝而言，在国外通常只增设砾卵石排水层，而国内除了排水层外，还设置了垫层、过渡层、反滤层等多个层次，有时还在下游坝脚设置反滤排水坝址。这些设计可能是将坝体作为类似心墙坝的渗流场进行设计的结果，未能完全考虑到面板坝失事的原因。实际上，面板坝下游出现渗漏与心墙坝的渗漏相比，其重要性有所不同。因此，在面板坝的设计中应充分考虑面板的防渗作用，避免过于复杂化坝体断面结构。合理的坝体分区应该在面板下设置垫层区和倾向上游的坝体排水区，但垫层与排水层、排水层与砂砾石坝体之间不需要再设置反滤层，而且下游也不必单独设置滤水坝址。心墙坝在过去常常在黏土心墙的上游侧设置反滤层或过渡带，其层数和材料级配与下游反滤层相同，目的是防止心墙土料颗粒在库水位降低时向上游移动，并进入上游坝壳的砂石间隙中。然而，在实际运行中，库水位降低时从心墙内渗入的水量很小，且经过压实后的黏土料具有一定强度，在单纯的重力作用下，黏土颗粒一般不会向上游移动[4]。同时，向上游侧渗水的渗透梯度一般小于1，且渗流速度很小，不会导致大量心墙土黏粒移动。为了简化上游反滤层，可以首先减小其厚度，并将其简化为由粒径小于150mm 的碎石料组成的过渡带，其颗粒组成不需要符合任何反滤层的要求。实践证明，对于使用粘粒含量大于30%，塑性指数大于δ 的黏性土填筑的心墙，采用碎石料过渡带是足够的。但当心墙土料为非塑性粉质砂或塑性指数小于δ 的低塑性黏质粉土时，在渗水和重力共同作用下，心墙上游面的土颗粒有可能随着库水位快速降低而移动并进入过渡带的大空隙中[5]。因此，当坝前水位经常波动（抽水蓄能电站的蓄水池）或心墙较薄且上游面很陡时，应该设置一个合适的反滤带，并且其颗粒组成需符合反滤层的主要要求。

3.4 改进土石坝与混凝土建筑物接触处的处理

在土石坝与混凝土建筑物接触处的处理中，可以考虑以下改进措施：取消截水环和刺墙，将混凝土结构与土石坝心墙结合处的侧面坡度由垂直改为8∶1～10∶1，有利于提高结合部的稳定性和防渗效果。此外，在坝内输水洞（管）的四周和溢洪道边墙接触处的下游段，需要做好反滤料，并加强下游侧反滤料的设计和精心施工，以确保防渗效果。通过取消截水环和刺墙，可以简化土石坝与混凝土建筑物接触处的结构设计，减少了工程量和施工难度。在坝内输水洞（管）的四周和溢洪道边墙接触处的下游段，需要进行反滤料的设置。反滤料能够有效地阻止细颗粒土壤的渗入，保护结构的稳定性和安全性。尤其是在下游侧，应加强反滤料的设计，确保其能够承担较大的渗流压力，避免渗漏问题。在实际施工中，需要进行精心的施工操作，确保反滤料的填筑均匀、密实，并采取适当的加固措施，以提高反滤料的防渗效果和长期稳定性。

3.5 坝体加高加宽

坝体加高加固和坝体加宽加固是土石坝除险加固措施中常用的方法之一。具体来说，坝体加高加固是在原有土石坝顶部加筑新的土石体，以增加坝体的高度和重量，提高坝体抗水压能力、抗滑性能和稳定性。在进行加高加固时，需要对原有坝体进行全面检查和评估，并根据实际情况确定加高的高度、填筑材料的类型和数量等参数，以确保加高后的坝体满足工程要求和安全标准。坝体加宽加固则是指在现有坝体的两侧加筑新的土石体，以增加坝体的宽度和重量，提高抗震、抗滑和抗拔能力。在进行加宽加固时，需要分析土石坝受力特点和地质条件，选择合适的加固方式和方案，包括采用防渗材料、增加坝肩、加装锚杆等措施，以提高坝体的整体稳定性和安全性。

3.6 土料选取

在选择心墙土料时，应考虑成本和经济性，并优先选择当地的不透水土料。尽管这些土料可能属于非黏性土，但不应违背土料设计的基本原则而仅仅出于成本考虑而选择粘性土。在土料选取中，需要综合考虑土体的物理力学性质、渗透性、稳定性和可获得性等因素。同时，在抵御和防止管涌冲刷方面，应主要依靠反滤层的设计和施工。反滤层能有效防止细颗粒土壤的渗入，从而减少管涌的发生。与仅依赖黏土相比，反滤层具有更好的抵抗管涌冲刷的效果。因此，在土料选取和设计中，应注重反滤层的设置和性能，以保证土体的稳定性和结构的安全性。

3.7 强化材料选择与质量保障

在土石坝工程中，选择和使用符合国家标准的优质材料是保证工程质量的重要因素之一。特别是对于强化材料，如水泥和石子等，应严格把关其选用和质量保障，以确保工程的稳定性和长期可靠性。首先，对于水泥的选用，应选择符合国家标准的水泥产品，并关注其品牌信誉和生产厂家的资质认证情况。优质的水泥应具备良好的胶凝硬化特性和强度发展潜力，以确保结构的稳定性和强度要求。其次，对于石子（骨料）的选用，也应选择符合国家标准的优质石子，并优先考虑当地可获得的合适规格的骨料。石子应具备适当的颗粒分布、坚固耐久的质地和良好的抗冻融性能，以提供足够的强度和稳定性。在选用强化材料时，建议进行严格的质量检测和验收程序。可以委托权威的第三方实验室进行材料样品的检测，包括强度、抗冻融性能、颗粒分布等指标的测试。同时，要确保材料供应商提供的相关证明文件齐全、真实有效，并进行合格品的标识和记录，以防止掺假掺劣情况的出现。

3.8 优化施工工艺与方法

在土石坝工程中，针对具体工程情况，应选择适宜的施工工艺和方法，以确保施工过程规范、高效，避免因施工工艺不当引发的稳定性问题。首先，需要根据地质条件、气候特点和工程规模等因素，合理确定施工工艺方案。例如，在选择填筑工艺时，应根据坝体高度和坡度等参数，结合当地材料资源的实际情况，科学确定填筑层厚度和均匀度要求，以确保填筑质量和坝体稳定。其次，针对施工方法，应合理安排施工序列和作业流程，遵循“先坝基、后坝身”的原则，确保各施工环节有机衔接、无缝配合。例如，在坝基处理阶段，应采取适当的排水处理和均质加固措施，以提高坝基的承载能力和稳定性；在坝身填筑阶段，可考虑采用分层填筑、梯级夯实等施工方法，以确保填筑质量和坝体整体稳定性。此外，还应加强施工过程中的监测与控制，及时发现和处理施工中可能存在的质量问题和安全隐患。采用合适的监测技术手段，如测孔、测点等，对坝体变形、渗流等进行实时监测，以及时发现并解决施工中的问题，确保工程建设的安全稳定。

3.9 加强监测与质量控制

在土石坝工程中，加强监测与质量控制至关重要。为此，应建立完善的监测系统，包括定期检查监测设备，对坝体变形、渗流量等进行实时监测和精确分析，以及及时发现并处理问题。具体来说，需要选择合适的监测设备，如测孔、测点、应变计等，安装在关键位置以对坝体变形、渗流量等进行实时监测。监测数据应定期上传至专业的监测中心进行分析，以识别任何异常情况，并及时采取相应的措施进行处理。同时，需要建立健全的质量控制体系，对监测数据进行严格管理和分析，确保工程质量符合设计要求，从而保障土石坝工程的安全稳定运行。

4 结语

土石坝除险加固施工质量问题是一个复杂而重要的课题。通过加强坝体排水技术、优化防浪墙设计、简化坝体结构、改进土石坝与混凝土建筑物接触处的处理、合理选取土料、强化材料选择与质量保障、优化施工工艺与方法以及加强监测与质量控制，可以有效解决土石坝除险加固施工质量存在的主要问题，提高坝体的稳定性和安全性。这些措施与技术的应用将为土石坝的除险加固工程提供了可行的解决方案，推动工程的可持续发展。