土石壩是目前世界壩工建設工程中應用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。與其他壩型相比較,無論從經(jīng)濟方面還是從施工方面,土石壩具有絕對的優(yōu)勢,據(jù)不完全統(tǒng)計世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%,而在中國土石壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%.
因土石壩的施工所用材料一般采用就地開采,同時在施工中充分利用各種開挖料,包括當?shù)赝亮?、石料或混合料,土石壩的施工即是將這些材料經(jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩,故土石壩又稱作當?shù)夭牧蠅?,對于壩體材料以土和砂礫為主時,稱土壩;以石渣、卵石、爆破石料為主時,稱堆石壩;當兩類當?shù)夭牧暇枷喈敱壤龝r,稱土石混合壩。
土石壩按施工方法的不同,土石壩可分為:碾壓式土石壩、沖填式土石壩、水中填土壩和定向爆破堆石壩等。其中應用最為廣泛的是碾壓式土石壩,其主要特點是對基礎要求低、適應基礎變形強。
土石壩按壩高可分為:低壩、中壩和高壩。而高壩筑壩技術是近代才發(fā)展起來的。
碾壓式土石壩按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類,又可分為均質(zhì)壩、土質(zhì)心墻壩、土質(zhì)斜墻壩、多種土質(zhì)壩、人工材料心墻壩、人工材料面板壩等。
土石壩是歷史最為悠久的一種壩型。其優(yōu)點包括:就地取材,節(jié)省鋼材、水泥、木材等重要建筑材料,減少了建壩過程中的遠途運輸;結(jié)構(gòu)簡單,便于維修和加高、擴建;土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu),有適應變形的良好性能,因此對地基的要求低;施工技術簡單,工序少,便于組合機械快速施工。其缺點是壩身一般不能溢流,施工導流不如混凝土壩方便,粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等。
土石壩建設最大的病害即是滲流。如何控制和預防滲流是土石壩工程建設中最主要的工作之一。
所謂滲流,即是指由于填筑土石壩的土料和壩基的砂礫是散粒體結(jié)構(gòu),顆粒間存在大量的孔隙,因此具有一定的透水性。當水庫蓄水后,在水壓力的作用下,水流必然會沿著壩身土料、壩基土體和壩端兩岸地基中的孔隙滲向下游,造成壩身、壩基和繞壩的滲漏。假如這種滲流是在設計控制之下,大壩任何部位的土體就不會產(chǎn)生滲透破壞,則為正常滲流,此時滲流量一般較小,水質(zhì)清澈透明,不含土壤顆粒,對壩體和壩基不致造成滲透破壞;反之對能引起土體滲透破壞,或滲流員過大且集中,水質(zhì)渾濁,透明度低,使壩體或壩基產(chǎn)生管涌,流土和接觸沖刷等滲透破壞,這種影響蓄水興利的滲流則為異常滲流。
根據(jù)我國早期的土石壩工程的資料統(tǒng)計,由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%.其中大型水庫占11座,而對于中小型水庫而言,漫壩沖垮者最多,占51.5%,其次就是滲漏導致垮壩,占29.1%,由此可見滲漏造成的潰壩問題是相當嚴重的。因此確保對壩體和壩基的滲流控制是保證土石壩安全的一項重要措施。
滲流控制的控制理論是在工程實踐中的發(fā)展和運用起來的,是實踐反饋的結(jié)果,其中滲流的基本原理、滲流場的分析方法、土體滲透穩(wěn)定性三大部分,是滲流控制理論的基礎。而滲流控制技術是滲流基礎理論的實施措施,它主要包括灌漿技術、反濾壩技術、土石壩壩坡滑動破壞加固技術、土石壩壩體灌注粘土漿加固技術、壩體和壩基的密度加固技術、土工合成材料加固技術以及防滲墻及其壩體壩基加固技術等。
總結(jié)起來產(chǎn)生異常滲流的原因有以下幾個方面:
①壩體填土與排水體之間的反濾層設計不正確,層間系數(shù)過大,或施工時有錯斷混層現(xiàn)象,或填土不夠密實,過大的滲流使填土向排水體流失,都會造成反濾層破壞失效。反濾層在整個防滲體系中是尤為關鍵的環(huán)節(jié),即使前面的防滲體裂縫或出現(xiàn)滲漏通道,只要反濾層工作正常,排水降壓,滲漏破壞就不會擴大。
②防滲體沒有直達基巖或底部連續(xù)可靠的粘土層,在開挖截水槽時,因施工困難,半途而廢,從