水利工程土石坝溃坝防治措施.docx

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水利工程土石坝溃坝防治措施

土石坝溃坝研究

2015年12月6日

我国水利工程数量居世界第一位，这些水库在防洪、灌溉、发电、供水、改善生态环境等方面发挥着巨大作用，是我国防洪工程体系的重要组成部分，但这些水利工程大多建设较早，现存在极大的病害，其溃坝率也居世界前列。

由于土石坝溃坝因素的复杂性，溃坝问题仍是水库建设和管理的核心问题。

本文在调查研究的基础上，综合阐述了土石坝的发展及危害，深入分析引起土石坝溃坝的多种原因、特征及溃坝后的影响，针对其原因分别探讨了土石坝渗漏、裂缝、滑坡的防治措施及技术。

引言

由于溃坝模式、溃坝路径及其影响因素的复杂性，国内外大多数研究主要是历史资料统计法和专家经验法来确定大坝溃坝概率，这类经验方法具有简单、实用的优点，但受人为因素影响较大，另一方面，中国水库大坝大多数修建在特定的历史时期，需要根据我国大坝的实际情况进行分析，深入研究溃坝险情大坝的识别标准、分析影响溃坝因素。

我国的大坝大多建于20世纪50～70年代，90％以上为土石坝，建设标准偏低，工程质量差，其中存在不同程度病险的大坝总数超过3万座。

这些带病运行的大坝，不仅难以发挥应有的工程效益，而且容易酿成溃坝灾难，严重威胁着下游人民的生命财产、基础设施及生态安全。

由于设计、施工和管理等多方面的原因，许多大坝都存在不同程度的裂缝、渗漏、滑坡、护坡破坏、动物破坏（洞穴）等隐患，严重影响水库的正常运行、效益的发挥并对下游人民群众的生命财产构成严重威胁，成为病险水库。

准确、及时地评价土石坝的隐患和病害，及时采取处理和加固措施，是当前水利工程管理中亟待解决的一项重要课题。

一把而言，大坝溃坝是一种突发性事件，但引起大坝溃坝的原因往往是有规律可循的，大多数大坝的溃坝是某些不安全因素由量变到质变的结果。

本文针对溃坝问题，开展了水库大坝溃坝险情及其相关问题分析，主要研究溃坝影响因素，大坝溃坝成因，采取措施等。

1土石坝的概述

1.1土石坝的兴建情况

土石坝是散粒体结构，稳定靠土体的抗剪强度来控制；只会出现局部滑动而失稳，不会出现整体滑动失稳或倾覆失稳问题；为维持坝体稳定，坡度大，断面大，体积大。

其优点有筑坝材料可以就地取材，可节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，从而减少了建坝过程中的远途运输；结构简单，工作可靠，便于维修和加高﹑扩建；较能实行地基变形，对地基的要求比砼坝要低；施工技术简单，工序少，便于组织机械快速施工。

缺点：

坝身一般不能溢流，需另设溢洪道；施工导流不如混凝土坝方便；对防渗要求高，因为剖面大，所以填筑量大而且施工受季节影响。

土石坝的发展大体可以分为三个阶段：

第一阶段为建国初期，当时坝高较低，以人力和少量机械，修建起一批质量很高的土石坝工程。

以宫厅、南湾、大伙房、薄山等工程为代表，工期一般为18、19个月，运行至今，没有出现多大质量问题；第二阶段，50年代末至70年代初期，这一阶段，以大跃进运动的方式筑坝，土石坝数量迅速发展，机械化程度亦有所提高，施工中已采用一些新技术。

以密云、毛家村等工程为代表。

期间，密云水库白河大坝系第一次应用混凝土防渗墙获得成功，解决了深覆盖层基础处理技术。

由于这一时期各地新建的中小型水库较多，土石方施工机械缺乏，因此各地以人工及简单机械施工为主，施工质量较低，施工组织、工程标准偏低；第三阶段，70年代中期至今，在总结第二阶段经验教训的基础上，施工组织设计逐步恢复，施工管理逐步纳入正规，综合机械化施工水平不断提高，我国土石坝坝高已超过100m，使土石坝建设进入一个新阶段。

1.2土石坝溃坝的危害

水库溃坝，不仅使工程本身遭受损失，更严重的给下游人民生命财产和经济建设造成灾害，有的造成毁灭性的灾害。

淹没下游农田，破坏公共设施，导致建筑物破坏、停水停电等严重影响人民正常生活，严重破坏生态环境，甚至夺走下游群众生命，造成不可估量的损失。

重新修建大坝也必将耗费巨额资金。

大坝是水利工程中的挡水建筑物，水库的兴利和除害效益主要是通过大坝存蓄一定库容的水来进行调配发挥的。

书库库容蓄水在不同时期的水位不同，但一般总水量会高于原有河流的实时水量，大坝一旦溃决，则水库中大量库容的水将不受水利设施控制，下游的各项防护任务都将失灵，所呈现出较大的洪水流量，冲至下游。

尤其是对于一些潜在问题引起的溃坝，未能及时预测和防护，突如其来的流量将造成下游更严重的损失。

2土石坝溃坝的基本原因

造成大坝溃坝的原因多种多样，主要体现在泄流能力不足、坝基破坏、渗流控制不当、防洪设计、地震、滑坡以及施工质量差等，已建坝的风险随着坝型、大坝所处地的环境（洪水、地震、地面条件等）、施工方法等因素的不同而不同。

2.1土石坝的渗漏

2.1.1土石坝渗漏的原因

土石坝渗漏按渗漏的部位可分为坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏和绕坝渗漏等，各类渗漏在设计、施工、运行管理等方面都有较多的因素影响土石坝的渗漏。

（1）坝体渗漏

渗漏的逸出点在背水面坡或坡脚。

1）坝体结构设计问题。

试验资料不足或未经试验，特别是坝体土石料性质的试验数据；坝身尺寸设计单薄，尤其是防渗设施厚度单薄，由于厚度不够致使渗流水力坡降大于其临界坡降时，或者在反滤不符合要求等情况下，使防渗墙体土料流失，最后使斜墙或心墙被击穿，形成渗漏通道；反滤设计存在问题，未按反滤原理进行铺设或未设反滤层，形成心墙等的破坏，形成渗漏。

2）坝体施工质量差。

清基不彻底，坝料填筑混杂，不符合坝料设计要求；施工碾压不密实，使坝身水平向透水性远大于垂直向透水性；缺少特殊季节防护措施，防渗体选在雨季施工而使大坝本身防渗质量降低，或冬季施工而出现冻土等，导致渗漏。

3）管理不到位。

坝体出现的渗漏、管涌等情况，未及时研究其产生原因和处理办法，行历时长，产生老化问题。

（2）坝基渗漏

渗水通过坝基的透水层，从坝脚或坝脚以外覆盖层的薄弱部位逸出。

水库蓄水后，在水压力作用下，坝基是主要的渗流途径之一。

坝基发生渗漏主要原因有：

1）勘测设计不当，由于坝址处的工程地质条件不良，地质勘探工作不够详细；未能有效的避开裂隙较多的岩层，未能采用有效的坝基防渗措施或坝基防渗设施尺寸不够；

2）施工地基处理质量差，灌浆浆液浓度或者灌浆压力等控制不好，未能将裂隙充满，防渗帷幕等质量控制不严，未起到较好的防渗作用等；

3）运用管理不当，库水位降落太低，部分粘土铺盖曝晒裂缝而失去防渗作用；因导渗沟、减压井养护不良，淤塞失效。

（3）接触渗漏：

渗水经坝体、坝基、岸坡的接触面或坝体与刚性建筑物的接触面在坝后相应逸出。

主要是由于设计施工过程中考虑不周全或施工质量存在问题等存在的接触渗漏。

（4）绕坝渗漏

水库的蓄水后，水流通过土坝两端的岸坡从下游岸坡面逸出，这种渗漏现象称为绕坝渗漏。

绕坝渗漏可使坝端部分坝体内的浸润线抬高，岸坡背后出现阴湿、或出现水色较清的小量渗流。

较严重的将使岸坡软化，形成集中渗漏通道，甚至引起岸坡塌陷和滑坡，影响土坝体安全。

产生绕坝基渗漏的主要原因如下：

1）勘察设计不到位，坝端两岸地质条件过差，透水性过大，或有断层通过，而又未提出妥善处理方案。

2）因施工取土或水库蓄水后由于风浪淘刷，破坏了上游岸坡的天然铺盖。

3）坝头与岸坡接防渗处理不当或施工质量不符合要求，坝岸接合质量不好，形成渗漏通道。

4）管理和监测不到位。

水库蓄水后，应加强对水库渗流压力等监测，提前获知，以便采取相应的措施，并改进管理方法。

2.1.2土石坝渗漏对溃坝的影响分析

从机理上说，渗漏有四种破坏形式，即管涌、流土、接触冲刷和接触流土。

但是无论何原因引起的渗流破坏、导致大坝溃决，都表现为集中渗流，发展成为管涌、流土冲刷周边通道不断坍塌、扩大，管涌无法控制而最终溃坝。

管涌的部位可以在坝体、坝基、坝体和岸坡结合部或者坝下埋管和坝体结合部。

另外一种是异常渗流导致坝体浸润线抬高，坝后大面积散浸，使得下游坝体稳定性下降而导致滑坡，引起坝顶高程不足，库水漫顶而溃坝。

2.2土石坝裂缝

2.2.1土石坝裂缝的原因

土石坝产生裂缝主要由以下几方面形成：

坝基防渗措施处理不彻底或防渗措施失效；在坝基施工中，有淤泥层未清除或清除不彻底，土料含水量过高，未做好防雨措施；在大坝施工中，为了减少拦洪工程量，采用临时断面边坡较陡，汛后补做原断面，或者是已建大坝为提高防洪标准，加高培厚大坝，新老土体间未处理好，致使结合部质量差；水土填土坝，土料含水量大，排水固结慢，施工速度快，空隙水压力未能及时消散，抗剪强度低；水库运行中，由于操作运用不当，水位下降速度快，坝坡土体排水较慢，形成反向渗透压力。

2.2.2土石坝裂缝对溃坝的影响

几乎所有的大坝都有裂缝，关键是这些裂缝是否会发展成为大坝溃坝的因素。

裂缝都有个发展的过程，一旦裂缝是贯穿性的横向裂缝，则可能成为集中渗流通道，导致大坝渗流冲刷破坏，可能溃决，即使是表层裂缝，虽然在正常高水位以上，但洪水期库水位上升时，也有可能成为过水通道，危及安全。

而且，汛期多雨水，雨水深入裂缝，将加速滑动的发生。

如果是水力劈裂的水平裂缝，属于深层内部裂缝，难以发现，危险性较大，即使没有发展成为贯穿性裂缝，但已得渗径缩短，坡降增大，较易发展成为集中渗流通道。

2.3滑坡原因

2.3.1滑坡产生的原因

（1）勘探设计方面的原因

1）筑坝骨料的选用不当

组成及级配对土石坝产生重要影响，就本质而言它指的是通过坝体的土体的抗剪强度直接影响坝体的稳定性。

设计选用级配良好的土料，才能形成一个较高密实度和低透水性的坝体。

2）坝体结构选择不合理

如果未设置质量可靠的防渗和排水设施，导致坝体浸润线过高和坝坡大面积渗漏，以至于渗透压力过大，增加了滑动力，致使坝体滑坡。

3）坝体断面设计过陡

坝体过陡稳定性能差也容易滑坡。

土石坝防渗体顶部高程低于正常蓄水位，当库水位超过防渗体顶部时，水库的水就会渗入坝体，使坝体土料饱和，加大了滑动力，减少了抗滑力，从而导致坝体滑坡。

4）未设置护坡

水库土石坝上游护坡块石未延伸至坝脚，当水位降低时，在水流的长时间的掏刷作用下，使坝体的下部抗滑体积不断减小，抗滑力不足从而产生坝体滑坡。

5）

5）排水系统未设置

在遇到大暴雨，强度大，时间长，排水不及时的情况，会使土石坝坡土含水量达到饱和，增加坝体的土体重量，形成反向渗透压力，降低抗滑力，加大土体滑动力，形成滑坡。

（2）施工方面的原因

1）上坝施工的后期，上部填土荷重不断增加，而土料渗透系数小，孔隙压力不易消散降低了土壤颗粒间的有效压力而造成滑坡。

如果坝身土料在固结过程中，土壤孔隙间的水和空气不能很快地排出，孔隙间的水和空气就得承受很大一部分孔隙压力。

2）施工质量未控制好，上坝土料含水量过高，碾压不密实，土料未达到设计干容重，坝体抗剪强度低；施工过程中施工监管不力，偷工减料等蓄水后都可能产生滑坡。

3）特殊施工期未采用合理的措施

雨雪后坝料含水量过高，形成高含水量带，坝面未进行较好的处理，当坝体荷重不断增加时，坝坡顺高含水量带向下滑动。

冬季施工时没有适当的保温，以致填方中产生冻土层。

解冻后或蓄水后库水入渗形成软弱夹层。

没有清理的冻土层在用水中填土法施工的土坝中便成为隔水层，上部填土的水分陆续下渗，不易排水固结，从而使冻土层上面形成了集中的软弱带，这样也常易引起滑坡。

（3）运用管理方面的原因

1）水库放水时水位降落速度太快，库水位骤降而无法控制，在迎水坡易引起滑坡。

当均质土坝厚斜墙在长期蓄水，浸润线已经形成后，库水骤降更为危险。

此时在浸润线至库水位之间的土体由浮容重增加为饱和容重，增加了滑动力矩；同时，上游坝体的孔隙水向迎水坡排泄，造成很大的渗透压力，也增加了滑动力矩，易造成上游的滑坡。

2）由于坝面排水不畅，坝体填筑质量较差，在长期持续降雨时，下游坝坡土料饱和，大大增加了滑动力矩，减少了阻滑力矩，从而引起滑坡。

3）运行时间长，坝体老化，防渗设备和排水设施失效等也常易