土石壩是目前世界壩工建設(shè)工程中應(yīng)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(jì)方面還是從施工方面,土石壩具有絕對(duì)的優(yōu)勢,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)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(shí)在施工中充分利用各種開挖料,包括當(dāng)?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(dāng)?shù)夭牧蠅危瑢?duì)于壩體材料以土和砂礫為主時(shí),稱土壩;以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí),稱堆石壩;當(dāng)兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時(shí),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(yīng)用最為廣泛的是碾壓式土石壩,其主要特點(diǎn)是對(duì)基礎(chǔ)要求低、適應(yīng)基礎(chǔ)變形強(qiáng)。
土石壩按壩高可分為:低壩、中壩和高壩。而高壩筑壩技術(shù)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(diǎn)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(yuǎn)途運(yùn)輸;結(jié)構(gòu)簡單,便于維修和加高、擴(kuò)建;土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu),有適應(yīng)變形的良好性能,因此對(duì)地基的要求低;施工技術(shù)簡單,工序少,便于組合機(jī)械快速施工。其缺點(diǎn)是壩身一般不能溢流,施工導(dǎo)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(shè)最大的病害即是滲流。如何控制和預(yù)防滲流是土石壩工程建設(shè)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(dāng)水庫蓄水后,在水壓力的作用下,水流必然會(huì)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(shè)計(jì)控制之下,大壩任何部位的土體就不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞,則為正常滲流,此時(shí)滲流量一般較小,水質(zhì)清澈透明,不含土壤顆粒,對(duì)壩體和壩基不致造成滲透破壞;反之對(duì)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(jì),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(duì)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(dǎo)致垮壩,占29.1%,由此可見滲漏造成的潰壩問題是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此確保對(duì)壩體和壩基的滲流控制是保證土石壩安全的一項(xiàng)重要措施。
滲流控制的控制理論是在工程實(shí)踐中的發(fā)展和運(yùn)用起來的,是實(shí)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(chǔ)。而滲流控制技術(shù)是滲流基礎(chǔ)理論的實(shí)施措施,它主要包括灌漿技術(shù)、反濾壩技術(shù)、土石壩壩坡滑動(dòng)破壞加固技術(shù)、土石壩壩體灌注粘土漿加固技術(shù)、壩體和壩基的密度加固技術(shù)、土工合成材料加固技術(shù)以及防滲墻及其壩體壩基加固技術(shù)等。
總結(jié)起來產(chǎn)生異常滲流的原因有以下幾個(gè)方面:
①壩體填土與排水體之間的反濾層設(shè)計(jì)不正確,層間系數(shù)過大,或施工時(shí)有錯(cuò)斷混層現(xiàn)象,或填土不夠密實(shí),過大的滲流使填土向排水體流失,都會(huì)造成反濾層破壞失效。反濾層在整個(gè)防滲體系中是尤為關(guān)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(huì)擴(kuò)大。
②防滲體沒有直達(dá)基巖或底部連續(xù)可靠的粘土層,在開挖截水槽時(shí),因施工困難,半途而廢,從