胶州市小型水库渗透破坏处理技术应用浅析

周兆才 ，李 伟 ，李晓峰 ，黄宗章

（1.青岛市胶州水利工程有限公司，山东 青岛 266300；2.胶州市水利局，山东 胶州 266300）

1 概 述

胶州市共有小型水库48座，这些水库大部分建设于上世纪五、六十年代，受当时经济、技术等条件限制，未按照标准进行建设，经过了40多年的运行，目前有23座水库存在坝体、坝基渗漏问题。在汛期高水位的作用下，水流必然会沿着坝体、坝基渗向下游，渗流集中，水质混浊，此时渗流为非正常渗流，非正常渗流对大坝会造成管涌、流土、接触冲刷、滑坡破坏等问题。从2006年起，胶州市共投资1420万元采取水泥搅拌桩、帷幕灌浆、薄壁塑性混凝土防渗墙等措施对这23座水库实施了防渗加固，共计完成帷幕灌浆6491m，水泥搅拌桩19203m3，混凝土防渗墙 5690m2。

2 渗透破坏类型及产生原因

2.1 坝体渗透破坏

由于坝体填筑时土层压实不均匀形成松土带，或坝体填筑时有砂土层，或雨后施工形成软弱夹层，或在水库水位以下的坝体有横向裂缝和纵向裂缝等容易形成集中渗透破坏，坝体的集中渗透破坏对坝体安全威胁最大。如果水库下游排水滤层级配达不到要求并且坝体土料分布不均匀就容易形成坝体散浸，在这种状态下，坝坡土处于饱和状态，空隙水压力变大，坝体抗剪强度指标降低，在汛期高水位时候容易产生滑坡破坏。

2.2 坝基渗透破坏

由于受到经济、技术条件限制，许多水库开工建设前未作前期水文地质勘探、大坝安全鉴定，前期工作比较粗糙，因此土石坝没有按照坝工理论和规范来设计建设实施，很多地基未进行清基或未做任何防渗处理。

2.3 坝后渗透破坏

通过地质勘探发现，当水库坝体地层构造表层为弱透水的壤土，下面是强透水的砂砾石，水库大坝下游排水滤层级配不符合要求，没有采取有效的排水减压措施或排水设施时，容易导致地层的渗流出逸坡降较大而产生砂沸、管涌等渗漏现象。

2.4 坝体与刚性建筑物接触处渗透破坏

在坝体与坝基、齿墙或涵管等接触部位，由于填土不实、渗径短、渗透坡降大以及施工等多方面的原因容易成为渗漏捷径而发生接触冲刷，形成管涌通道甚至垮坝失事。

2.5 绕坝渗透破坏

有的水库坝体的两岸山体裂隙、节理发育或有断层和岩溶或堆积层未妥善处理，当水库蓄水以后水流便绕过土石坝两岸渗向下游。这种情况对山体本身、坝体和坝基都有不利的影响。若两岸山体单薄，有抗剪强度低的透水土料夹层，则容易导致滑坡或坍塌。

3 渗透破坏的加固措施

3.1 帷幕灌浆

胶州市病险水库坝基灌浆防渗形式主要是帷幕灌浆。坝基帷幕灌浆是沿坝顶轴线布设单排灌浆孔，分两序灌浆，第一序孔间距1.0m，第二序孔间距0.5m，灌浆孔孔底深度深入坝基基岩以下，灌浆浆材采用水泥浆，采用自上而下分段灌浆法。帷幕灌浆适宜用于坝基绕坝渗漏严重、集中渗漏严重、范围比较大的坝基渗漏及绕坝渗漏处理。该技术施工简便，每段灌浆结束后，不需待凝，即可开始下一段的钻进，加快了施工进度，多次重复灌注，有利于保证灌浆质量等，缺点是灌浆管容易在孔内凝住,因此灌浆过程需要经常转动和升降灌浆管，要求使用性能良好的孔口封闭器。

例如陡岭前、东安家沟、付家沟等6座水库由于大坝清基不彻底，底部存在强透水的粗砾砂层，大坝断面兴利工况单宽渗流量较大，因此对强透水的粗砾砂层采用帷幕灌浆处理方案，共完成工程量6491m。

3.2 水泥搅拌桩截渗墙

水泥搅拌桩防渗即利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将地基土和固化剂（浆液或粉剂）强制搅拌，固化剂和地基土之间产生一系列物理化学反应后硬结成具有一定直径、强度和抗渗性能的桩柱体。如图1示沿坝顶轴线布设搅拌桩，桩径为 400mm，圆心间距为 250mm，有效截渗厚度为312mm，渗透系数可达10-6cm/s数量级。固化剂主剂采用32.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为12%。水泥搅拌桩防渗适宜于粘土、砂土、淤泥和粒径较小的砂砾层。该技术先进，工艺简单，设备性能稳定，机械化程度高，便于操作，但在卵砾含量较高的土层中及比较坚硬的岩石不易施工。

图1 搅拌桩截渗墙平面图

例如三妹冢、铁匠沟等水库等16座水库，由于大坝坝体存在强透水的砂层，且无直径较大卵石、砾石，大坝断面兴利工况单宽渗流量较大，因此对透水的坝体采用水泥搅拌桩截渗墙处理方案，共完成工程量19203m3。

3.3 薄壁塑性混凝土防渗墙

薄壁塑性混凝土防渗墙，是利用泥浆固壁机械造槽浇注混凝土防渗墙工艺，在大坝上游坝肩做C20混凝土导墙，开槽采用抓斗开挖槽沟方法，防渗墙深入坝基粉质粘土层以下，具体为在槽沟顶部做好混凝土导向槽，采用两期布孔开槽，利用旋转、抓斗一体机造孔，利用泥浆固壁，经清孔验收后浇注混凝土。如图2示根据设备及地质条件确定Ⅰ、Ⅱ期槽段开挖长度同为8m，Ⅰ期、Ⅱ期槽段间采用弧形连接，即在浇筑Ⅰ期槽段时预埋圆形钢管，Ⅰ期混凝土浇注后，拔出钢管，形成接头，然后浇筑Ⅱ期槽段混凝土，直至形成连续的混凝土防渗墙，成墙后渗透系数可达10-7cm/s数量级。该技术工艺先进，速度快，造价低，但在遇到大粒径颗粒时需要钻机配合。

图2 槽段划分及施工顺序示意图

例如大王邑水库，由于坝体回填土料主要是粉质粘土，含大量直径较大的卵石、碎石，结构松散，密实程度差，因此采取薄壁塑性混凝土防渗墙进行防渗处理，完成工程量5960m2。

3.4 排渗防渗方法

对渗流量不大的小水库防渗方法可采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合，坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备，排除上游渗水，降低浸润线及下游坝基上的水头。

4 结 语

水库渗透破坏是多种因素共同作用的结果。因此要加强对渗流破坏迹象，裂缝的发生和发展等异常现象监测，对水库渗透破坏加固方案选择应是技术上合理、又能满足施工要求。在胶州市，经过防渗处理的小型水库在近几年的强降雨过程中经受住了考验，在防汛工作中发挥了重要的作用。