土石坝渗流及应对施工技术探析

徐学孔

（云南恒诚建设监理咨询有限公司，昆明 650051）

土石坝渗流及应对施工技术探析

徐学孔

（云南恒诚建设监理咨询有限公司，昆明 650051）

对土石坝出现流土、管涌及冲刷破坏进行了探索分析，对当今水利技术条件下的土石坝应对技术做出了探讨性分析。

土石坝；原因；分类；应对技术

1 土石坝渗流概述

土石坝是最普遍采用的一种坝型［1-2］，但因土石坝工程的坝基与土料一般为散粒体结构的砂砾，砂砾之间往往存在着许多空隙，其防水性能较差，当水库被蓄满之后，在水压的作用下，蓄水就会顺着土石坝中的薄弱环节掺渗。如果这种渗流现象处于设计的控制之下，且土石坝的所有部分都未出现任何的破坏性渗透，这种渗流便被称之为正常渗流。正常渗流的渗流量通常很小，而且渗流中应不含任何土壤或颗粒，水质清澈、透明，渗流状态稳定，不会对土石坝造成破坏性的渗透。但是，如果渗流集中且渗流量过大，其水质较为浑浊，会导致土石坝出现流土、管涌以及接触冲刷等破坏性渗流。

液体在孔隙介质中的流动称为渗流［3］，而导致土石坝出现异常渗流现象的机理又各不相同，大致可将其分为以下几种。

1.1 坝下渗漏

坝下渗漏即坝基渗漏，是因土石坝的坝基工程处理不得当，或是坝基没有做防渗处理造成。例如坝基所使用的防渗土没有满足设计规范要求，土料没有压严夯实，坝基清理不到位，含有软弱夹层，施工为图便利就地取料导致天然防渗层作用失效，库内的粘土铺盖没有反滤层，而导致渗流通过坝下的透水层，从坝脚的薄弱环节渗出。

1.2 坝身渗漏

坝身渗漏即坝体渗漏，通常是因土石坝的施工质量不过关所导致的渗漏现象。例如坝体没有被碾压密实，其内部还存在软弱的夹层、心墙，斜墙的防渗体有裂缝出现，下游排水设施不通畅，坝体浸润线实测值大过设计值，以及在水库的运行管理时水位放空速度过快等原因，形成渗流的集中通道，从而导致管涌发生，出现坝身渗漏。这种渗漏一般会出现在坝脚或是下游坝坡。

1.3 浸润线从坝坡逸出

如果土石坝的浸润线实际值大于设计值，坝坡的稳定性便会降低，这时渗漏出现的概率便会加大，致使下游的坝坡出现渗漏出逸，最终导致坝坡湿润，严重时甚至发生沼泽化。如果这种现象长时间存在，再加之雨水和空气湿度的影响，土石坝的坝坡土粘聚力和抗剪强度将更加降低，容易导致坝体发生滑坡。

1.4 下游坡面集中渗漏

如果坝体以及坝基的填料抗剪强度指标不合理、坝基土料没有夯实，还存在软弱夹层，土层较厚且压实不够形成水平集中渗漏带，或是在进行分段填筑时，其施工速度不均匀，导致邻段的分界点出现了松土带。这些原因都会导致土石坝下游坡面出现集中渗漏。

2 应对措施

2.1 土木合成材料

土木合成材料可以分为土工复合膜及透水性土工织物。土工复合膜能够有效取代传统防渗体，对于截渗、防水的效果非常明显；透水性土工织物能取代传统的砂砾石反滤料，对土石坝起到排水、反滤的作用。

土木合成材料的重量较轻，铺设便利，可以采用焊接或粘接技术对重叠部分进行处理，而且造价低于砂砾石料排渗与粘土防渗，工期较短，工程质量容易得到保证。

土木合成材料运用较为典型的某水库，其土石坝高度为38.3m，背水坡的大面积湿润现象已存在多年。为解决水库坡面的渗透问题，工程在土石坝的迎水坡使用了复合型的土工膜作为其防渗层，面积1845m2，单位造价16元/m2，工期耗时30d。同采用粘土斜墙相比，节约了将近2/3的成本。而且施工简便，所需设备少，普通的工作人员均可掌握；且柔软性较高，可以适应各种坝体及坝体变形，抗腐蚀性强，还能够防止白蚁、老鼠等动物的破坏。目前，该水库经历了连续3年汛期超正常水位的考验，其背水坡仍未出现任何的湿润现象，防渗效果非常显著。

2.2 高压定向喷射灌浆防渗

高压定向喷射灌浆防渗技术是在高压旋喷灌浆技术的基础之上进行改进而得来的，该技术在病险水库基础防渗方面表现良好。随着施工工艺不断发展和提高，其喷射形式越来越多，专用设备也越来越丰富。之前这种技术还只能用于沙层、土层及细颗粒砂砾石层，现在已渐渐扩展到砂卵漂石、砂卵石及堆石碴等具有强透水性的石层当中。

以往使用的旋转钻工效较低、能量消耗大且工程质量一般。如今，“冲击带管钻孔，泥浆固壁提管”是当前比较科学、先进的一种新式钻孔法。优点体现在以下几方面：①孔斜率容易被控制，成孔率较高；②泥浆不会出现不规律的扩散，能够有效降低能量消耗；③工作效率较高，使用冲击钻在含量为40%，且直径达8～ 15cm的卵石粒地层当中进行造孔作业，8h的班进尺可达15～20m，相比使用旋转钻来说，工效提高了数倍。同时，使用这种技术所筑成的防渗板墙厚度更大，有效直径也大幅增长；高压定向喷射灌浆防渗技术对机具的磨损较低，能够节省钻具，可以有效节约成本。

2.3 劈裂灌浆防渗

劈裂灌浆防渗技术在当前被使用得较为广泛，其防渗作用较强。其技术原理是在土坝中采用劈裂灌浆，对土石坝施加适当的压力，将坝身沿着小主应力面劈开，然后把泥浆灌注进去，让泥浆和坝体形成互压，最终筑成厚度在10～50cm的不间断泥墙，与此同时，泥浆导致坝身湿化、沉陷，使土石坝的密实度提高，这在提高土石坝防渗能力的同时也使坝体得到了加固。如果使用这种技术，可以就地取材，且施工过程较为简便，工效快、成本较低。

2.4 振冲加固

我国土石坝当中心墙沙壳坝的数量比较多，由于以往各项技术条件所限，在施工过程中沙壳大多都没有被碾实，坝底存在细沙层也没有处理。受各种振动影响，这样的土石坝非常容易出现滑坡现象。最近几年，除了采用上游坝脚抛石盖重以及下游坝脚加强排水盖重之外，振冲加固技术也被重点投入使用。

［1］杨晓东.浅谈土石坝的施工［J］.农村实用科技信息，2012（6）:100-101.

［2］吴钊，赵小利，王谠.土石坝渗流初步探讨［J］.水利天地，2009（2）:38-40.

［3］邹国胜，何造胜.土石坝渗流计算原理及防渗加固措施［J］.山西建筑，2009（8）:367-368.

Earth Dam Seepage and Construction Technology Analysis

XU Xue-kong
（Yunnan Hengcheng Construction Management Consulting Co.，Ltd.，Kunming 650051，China）

Analyzing the soil flow，piping and erosion damage of the earth and rockfill dam，and discussing the technology of earth and rockfill dam at present water conservancy technical situation.

earth and rockfill dam；reason；classification；deal with technology

TV641

B

1672-9900（2012）06-0075-03

2012-09-04

徐学孔（1979-），男（汉族），云南昆明人，工程师，主要从事水利水电工程工作，（Tel）15729788785。