[发明专利]一种土石坝注浆加固抗震方法

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种堆石体内部注浆技术及其施工方法，特别涉及一种土石坝注浆加固抗震方法。

 

背景技术

我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅山地震带之间，地质构造规模宏大并且复杂，中、强地震活动频繁、强度大、震源浅、分布广、灾害十分严重，根据专家预言，我国未来若干年将进入地震活跃期。土石坝是水利水电工程中的常用坝型，随着水利水电资源的不断开发以及筑坝技术的进步，高土石坝的建设发展迅速，仅我国已建和在建的200 m级土石坝已有多座，长河坝心墙堆石坝坝高240 m及澜沧江糯扎渡心墙堆石坝坝高262 m，还将兴建一批300 m级的高土石坝，如：两河口、双江口、古水、马吉、如美、茨哈峡等水电站大坝，其中双江口水电站心墙坝高达312 m。这些高土石坝大多位于高地震烈度区，大坝的抗震安全需特别重视。土石坝具有良好的抗震性能，国内外有多座土石坝经受过强地震考验，但经过强震后土石坝的破坏也是非常明显的，如：1976年我国唐山地震中，陡河水库土坝和密云水库白河主坝都产生了严重震损；2008年“5. 12”汶川大地震中，离震中较近的紫坪铺面板堆石坝虽然没有发生整体破坏，但震损明显。大坝的震害，轻的可能只是建筑物本身出现裂缝或渗水而严重的则可能导致坝体的崩塌溃决、洪水泛滥，从而造成下游巨大生命与财产损失的次生灾害。

对于高土石坝，地震荷载作用下容易在其坝顶部位出现“鞭梢效应”，导致坝顶部位堆石体动力响应较大。堆石体是典型的散粒体材料，整体稳定性较差，在地震荷载作用下容易发生松动、滑移等现象，从而影响大坝的整体稳定性。大量震害调查和数值计算表明，震害最明显的部位是大坝4 /5 坝高以上、最大坝高断面附近以及河谷地形突变处附近等。本发明之前，目前在工程中常用的加固方法是适当增加坝顶宽度；在坝顶一个高程范围内采用土工格栅等加筋结构，减小地震引起的水平永久变形和沉陷。对于增加坝顶宽度无疑增加了施工工作量和工程投资，但仍不能解决地震荷载作用下坝顶部位堆石体在动力荷载作用下的稳定性。采用土工格栅等水平加筋材料进行加筋，属于局部层状加筋，属于平面加筋，其加筋效果受加筋材料本身强度的影响较大，且在土石坝施工过程中很难保证其不受损坏。

高聚物（有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物）注浆技术是20世纪70年代发展起来的道路等基础设施快速维修新技术。目前在国外已得到广泛应用，在中国也初步运用到高速公路的维修当中。目前在道路、机场跑道、隧道、桥头跳车等基础设施的快速维修，以及作为超薄防渗墙材料用于堤坝的防渗，但其在抗震方面的应用国内外未见报道。

 

发明内容

本发明的目的在于克服目前高土石坝在地震荷载作用下坝顶存在“鞭梢效应”从而导致堆石体松动、滑移等现象，以及目前常规的加筋抗震措施存在的缺点，提出的一种土石坝注浆加固抗震方法。该技术属于立体式柔性加固，堆石体柔性加固后具有较好的柔韧度，能够适应坝体的变形，同时也能够提供粘聚力，从而达到提高土石坝抗震变形能力等问题的目的。

本发明采用以下技术步骤实现：

（1）根据抗震设计计算成果确定坝顶进行注浆处理的范围，优选从3/4~4/5坝高到坝顶；

（2）当坝体施工到需要加固的高程后，沿轴线分别在上下游堆石体顶部以一定规则的形状如三角形或正方形布置竖向钻孔，注浆孔间距3~5m；

（3）采用钻机进行钻孔，并及时跟进注浆套管进行钻孔围护，以免碎石踏孔，或垂直于坝轴线方向水平预埋带有注浆孔的注浆套管；

（4）向注浆套管内部放入高聚物注浆管，通过注浆管向注浆套管内注射高聚物材料；

（5）根据堆石体的孔隙率和钻孔布置方式及范围，计算注浆量，通过注浆时间进行注浆量的控制；注浆时间达到后改变注浆口位置，先提升注浆套管，后提升注浆管；进行另一层位的堆石体注浆；形成一个以注浆孔为中心的类似圆柱的加固体；

（6）一个钻孔注浆完毕，在相邻钻孔进行相同的注浆方式，也可同时进行多孔注浆，直到该高程的所有注浆孔完成注浆，最终形成一层高聚物加固坝顶的复合抗震体；

（7）继续进行堆石填筑，直到预设的高程，重复（2）-（6）的步骤，直到坝体填筑到设定的高度。

所述的注浆管之间通过铁板进行固定，铁板与注浆套管之间采用气囊进行密封。

所述的土石坝注浆加固抗震方法，注浆孔深度一般为5m，应该根据实际工程中坝体填筑的高度进行修正，为每层填筑高度的整数倍。

所述的土石坝注浆加固抗震方法，注浆孔可以是垂直钻孔，也可以是倾斜或水平钻孔。