土石坝水下砂层地震液化压重加固技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：中华人民共和国成立后，我国兴建了大量的土石坝，其中粘土心墙坝占很大的比例。由于历史原因，这些工程多属于“三边”工程，大坝填筑采用“人海战术”，因此坝壳料在施工时碾压质量不好，密实度较低，抗震性能很差，尤其是经过几十年的运行，老化病害严重，坝体浸润线以下饱和区，在地震时由于孔隙水压力急剧上升，坝体或坝基砂土极易液化，使砂粒颗粒处于悬浮状态，丧失抗剪强度，对大坝安全构成极大的威胁。针对这一大坝安全问题，该技术提供了蓄水条件下土石坝消除地震液化的解决方案。

技术原理

方案设计思路为：①加固区域确定：加固前采用Biot固结理论有效应力法和弹塑性模型，对大坝进行动应力分析，确定坝体及坝基液化区域。②压重厚度确定：为了消除坝体及坝基液化问题，采用压重法减小砂土孔隙水压力，提高土体间的有效应力，起到抗地震液化作用，压重厚度可结合有限元仿真分析确定。③材料选取：采用抗震性能好的块石料和石渣料对坝体及坝基液化区施加压重；其中水下采用抛投块石料，起到稳固压重基础、挤排坝脚淤泥等作用；水上采用透水石渣料帮坡，可起到压重抗液化、放缓坝坡等作用。

技术特色

（1）在水库蓄水的情况下能进行施工，不需要放空水库，对水库的运行影响小。
（2）相比其他的传统土石坝液化加固方法，具有不扰动原坝体、工程投资少、质量容易控制、加固效果显著、环境影响小等优点。
（3）可放缓坝坡，有效提高坝坡的抗滑稳定安全系数。

技术指标

加固过程中所抛投抛石料有如下要求：①石料由弱风化、微新岩石组成，石质较坚硬，不易软化破碎；②块石干容重大于26kN/m³，立方体抗压强度大于40MPa，软化系数不低于0.8；③石料中不含石粉、土块、树根等杂质；④不使用薄片、条状、尖角等形状的块石及风化石与泥岩等；⑤底层挤淤块石参考级配：最大粒径为200～300mm，中值粒径100～170mm，不均匀系数大于7，小于20mm粒径石料重量百分比小于5％；⑥其余抛石参考级配：最大粒径不大于600mm，中值粒径为150mm～240mm，不均匀系数大于10，小于10mm粒径重量百分比应小于5％。通过了湖北省科技信息研究院查新检索中心的国内外查新。经水利部科技推广中心组织的科技成果鉴定为“总体达到国际先进水平”。

应用范围及前景

土石坝水下砂层地震液化压重加固技术是为了解决已建土石坝坝壳料或坝基砂土抗震性能差，密实度底，在地震时对大坝安全造成极大威胁的问题。
针对这一威胁大坝安全的重大安全问题，本技术是以降低地震液化度为基础的土石坝压重抗震加固方法，提供了存在抗震问题的土石坝在蓄水条件下消除病害的解决方案，相比于传统的加固方法，具有不扰动原坝体、工程投资少、质量容易控制、加固效果显著、环境影响小等优点。可广泛应用于土石坝地震液化加固工程中，具有巨大应用前景。
目前，土石坝水下砂层地震液化压重加固技术已经在安徽省花凉亭水库[大（1）型水库]中成功应用，取得良好工程效果，产生了非常好的社会效益及经济效益。

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马超

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