土石坝渗流破坏及其控制措施

程声龙

(贞丰县水务局，贵州贞丰562200)

0 引言

在水利工程挡水建筑物的建设中，使用最为广泛的就是土石坝，所谓土石坝就是利用散粒的填料填筑在坝基上，挡水之后大坝的上游以及下游的水差导致水通过坝体、坝基以及大坝两岸坡向大坝下游渗流。

但是在现在一些土石坝的施工中，经常会因为一些因素使得土石坝产生非常严重的渗流破坏现象，有的甚至引起垮坝失事，要想控制该现象的产生，必须采取有效的措施，对土石坝的质量进行严格的控制。

1 土石坝渗漏的类型与原因

1.1 坝体渗漏

产生的原因有:

1)用于建设大坝的土料质量较差，可能含有较大的透水性或者是含有杂质;

2)在进行大坝混凝土施工时，没有对混凝土进行有效的压实;

3)大坝本身没有足够的厚度导致渗径过短;

4)大坝下游的排水管因为某种原因发生了堵塞现象，或者是根本没有对排水体进行安装;

5)大坝下游原本被封堵的涵洞发生漏水;6)白蚁现象严重[1]。

1.2 坝基渗漏

产生坝基渗漏的主要原因有:

1)在大坝施工结束之后，没有及时对坝基进行有效的清理，导致在大坝投入使用之后短时间内便发生了坝基渗漏的现象。

2)在对坝基的设计中，没有考虑到截水槽的作用，没有对其进行合理的设计，也可能是所安装的泄水槽不符合相关规定的要求，导致在坝基运营过程中产生被击穿的现象因而发生渗漏[2]。

1.3 绕坝渗漏

产生绕坝渗漏的主要原因有以下3点:

1)在两岸的边坡上没有设置符合要求的截水槽。

2)没有对绕坝混凝土施工中进行严格的压实行为。

3)当土坝两岸坡山体节理裂隙发育或透水的第四纪堆积未妥善处理，蓄水后，水流绕过土坝两端渗向下游，远离坝端逐渐减弱。

上述现象产生的渗流存在比较普遍。

1.4 坝体与刚性建筑物接触处渗漏破坏

产生这种渗漏的主要发生位置在坝端溢洪道侧墙接触部位及坝下涵管与土体间的接触渗漏。

在山区水库的建设中，通常会采用坝端溢洪道或坝下涵管形式，但是因为坝肩溢洪道侧墙与坝体连接处未做齿墙，或侧墙背面填土不实，渗径短，渗透坡降大。

两种不同介质面上发生接触冲刷，形成管涌通道，给大坝安全埋下隐患。

2 主要处理技术

主要原则是:“截、压、排”。

2.1 增设黏土斜墙、水平黏土铺盖、截水槽

如果土石坝的透水性能以及防渗材料比较差，特别是在一些规模比较小的水库中，可以采用增加防渗材料的办法，利用黏土以及其他一些防渗材料重新为大坝增加一条新的防渗物体。

还可以与设置截水槽的办法相结合，不仅方便而且节省物资[3]。

2.2 坝体灌浆

如果大坝所在地没有存在做够的黏土或者其他一些防渗材料，那么可以采用对大坝进行灌浆的方法来达到防渗的效果。

土石坝灌浆的方法主要有充填式灌浆、高压喷射灌浆和劈裂式灌浆。

通常来看，如果大坝产生渗漏的部位比较稳定，那么可以使用充填式的灌浆方法;但是如果一些防渗位置方位不仅大而且不稳定，那么最好采用劈裂式的灌浆方法[4]。

2.3 垂直(塑性)混凝土板墙、垂直铺塑防渗

2.3.1 垂直(塑性)混凝土板墙

墙厚一般为30 cm，锯槽机挖槽，浇筑(塑性)混凝土，形成连续(塑性)混凝土板墙，两侧要留有足够的绕渗渗径以防绕渗。

2.3.2 垂直铺塑防渗

近几年来水利工程中，常采用聚氯乙烯和聚乙烯薄膜，形成以土工膜为主体的防渗体。

垂直铺塑技术的关键，是在坝体上开凿成为窄而深有一定长度的连续槽段，然后将复合土工膜垂直铺入槽内，并以回填料挤紧，填料湿陷固结后，形成复合的防渗帷幕。

从目前垂直防渗技术发展看，能够建造窄槽的技术逐渐增多，如薄形抓斗、锯槽机和射水法等造槽方法。

2.3.3 注意事项

需要注意的是:

1)成槽施工前，库水位应尽可能降低，防止或减少施工中可能出现的塌壁现象，减少施工难度，以保证回填质量。

2)对于施工中出现的塌孔问题，采用奇偶相间造孔。

3)对于白蚁而造成土坝渗漏的可采用回填毒土防渗墙的方法，在原坝体中形成一道连续的毒土防渗墙，起到阻断横穿坝体的白蚁通道及防渗双重目的。注意不得采用土工膜防渗。

2.4 增做反滤排水棱体及砂石导渗漏

对由于原有排水体失效(多因反滤层设计、施工不当而淤塞失效)或根本未设排水体而造成坝体浸润线出逸点过高、渗流从坝坡逸出、坝坡面沼泽化的土坝，采取增做反滤排水棱体或者翻修原排水体(改用土工织物反滤)，必要时在外坡面做砂石导渗沟(槽)的处理方法，来降低浸润线，达到稳定坝坡的目的。

2.5 培坡、削坡、干砌固脚、衬砌护坡等

对由于下游坡过陡导致坝体渗径不能满足要求，而造成坝体浸润线出逸点过高的，必须对下游坡进行加厚培坡。下游坡过陡，不仅可造成坝体渗漏，也存在坝坡稳定问题。

削坡减载，减少滑动力，并及时封堵裂隙，阻止雨水继续渗入。干砌固脚，保证滑动体稳定;衬砌护坡，保护坝体[5]。

2.6 压渗与排渗暗管

当坝基渗漏量较大时，其渗流出口易发生渗透破坏，在“上截”方案由于投资大或难以实施时，采取在坝下渗水出露地段的适当范围内做反滤压渗(采用砂石反滤盖重、沙土后戗等)，并且可以在其下部加做排渗暗管(砂石料或土工复合材料)以增强排渗能力，从而有效防止发生渗透变形，保证坝基渗透稳定[6]。

2.7 加强堤坝白蚁防治

2.7.1 白蚁对土坝的危害

汛期高水位下，库水将通过蚁道和巢腔而造成散浸、管涌、跌窝、滑坡等险情。

2.7.2 处理方法

摸清坝体白蚁的分布情况、危害程度，采取人工挖巢、药杀、灌浆等方法。

2.8 提高防洪标准

加大溢洪道断面尺寸(加宽溢洪道或降低益洪道底板高程)、加高培厚坝体，预防洪水漫坝。

3 坝体灌浆施工技术

主要分为3种形式:

1)常规水泥灌浆;

2)高压喷射灌浆;

3)劈裂灌浆技术。

灌浆施工是将具有胶凝性或化学性的浆液，按规定的浓度，借助于机械施工加常规或超高压力，通过钻孔，将其压送或掺入待加固的地层。

浆液实质是充填岩石节理、裂隙、砂卵石层的空隙，或经高压射流掺入软弱松散地层中，也可以以一定的压力对坝体造成劈裂后充填挤密土体。

3.1 常规水泥灌浆

主要用于土石坝的风化或具有断层或裂隙的岩石地基或砂卵石地基防渗(帷幕)处理。

水泥灌浆一般应于工程前进行灌浆试验，由设计提出孔排距、孔深、浆液浓度、灌浆压力、灌浆结束标准以及灌浆成果检查方法和标准。对于砂卵石地基，地质条件复杂，灌浆工艺又不十分成熟，致使远期防渗效果多有不佳，故近年来，常有被混凝土防渗墙取代之势。

3.2 高喷灌浆

高压喷射灌浆板墙是由日本的高压旋喷桩发展而成的，在我国也已有20 a的历史。

3.2.1 工艺原理

高压水和压缩空气分别由管路通到一个喷嘴，向地层喷射切开地层，水泥浆由另一管路通到另一喷嘴充填切开的地层，从而使浆液与土体颗粒相掺搅成为混凝土状或水泥土状的凝结体，形成防渗墙体。

3.2.2 高喷分类

按喷射工艺的方式可分为旋喷、定喷和摆喷3类。

3.2.2.1 旋喷

旋喷为边提升喷嘴，边依钻杆为中心旋转，形成圆柱体。

3.2.2.2 定喷

定喷为提升喷嘴，钻杆不旋转，并以一侧或两侧喷嘴向一固定方向喷成板状墙体。

3.2.2.3 摆喷

摆喷为边拉升喷嘴，钻杆边摇摆一定角度，形成哑铃状板墙体。

3.2.3 高喷主要机具

高压水泵(50Mpa)，泥浆泵(排量 ＞80L/min)，空压机，搅拌机，高喷台车，高压管路，喷头等。

3.3 劈裂灌浆

工艺原理:沿坝轴线钻孔灌浆，在浆液压力下，将坝体沿坝轴线劈开，同时灌入浆液，形成铅直连续的防渗墙。

浆液一般为黏土浆，也可掺加水泥、水玻璃等。对于高坝或缺陷多的坝，在坝轴线劈裂灌浆形成后，可以再在其上游和下游钻灌第二道、第三道铅直连续浆体。主要适用于均质坝、心墙坝。

4 结语

造成土石坝产生渗流的因素有很多，原因是非常复杂繁多的，如果不进行合理的施工以及有效的监测，对检测结果进行及时有效的分析，并且将产生渗漏的原因准确的找出，那么对土石坝的影响是非常严重的。

通过上述对土石坝发生渗漏原因以及控制措施的分析还是远远不够的，还需要投入更多的人力和物力进行研究，做好事先的设计工作，保证土石坝的安全以及稳定。

[1]田应坤.龙塘河水库大坝渗漏研究及综合治理技术[J].防渗技术，1998，4(03):19 －22.

[2]华静，杨华舒，念红芬.病险土石坝防渗治理措施探析[J].云南水力发电，2005，21(04):21 －23.

[3]刘杰.对土石坝安全分析中的几个问题的商榷[J].水利水电技术，1988(05):50－55.

[4]刘安坤.浅析渗流对土石坝的安全影响及控制措施[J].科技资讯，2010(09):117.

[5]王旭芳，郑旭荣，杨春鸣.土石坝渗流研究发展[J].山西建筑，2008(31):31－32.

[6]程小平.中小型土石坝渗流破坏加固研究[J].沿海企业与科技，2005(03):109 －110.