土石坝施工中的渗流控制

王金玉

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

土石坝施工中的渗流控制

王金玉

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

通过土石坝渗流产生的类型介绍和成因分析，探讨其在施工过程中采取的施工措施，并简要介绍这些措施的特点和适用范围，文章最后以焦坑水库维护为例，为土石坝工程在今后新建和维护、改造中的渗流控制提供借鉴参考。

土石坝；渗流；连续墙

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.036

土石坝由于筑坝材料可就地取材、造价低、适应地基变形能力墙、施工方法灵活、技术简单、维护方便等诸多优点而广泛应用与大坝的建设中。但是由于土石坝坝体的结构形式属于散粒体，上下游的水位差形成压力差导致高水位的水经过坝体和地基相低水位的地方渗流，渗流过程中带走坝体中的细颗粒，造成管涌破坏坝基。渗流威胁着坝体的安全，从施工角度研究土石坝的渗流控制具有现实意义。

1 土石坝渗流产生的类型和原因

土石坝根据产生渗流的部位可以分为坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏。

1.1 坝体渗漏

坝体渗漏可以分为散浸和集中渗漏两种，其逸处点、逸出面大多在下游坝坡和坝脚，坝体渗漏的主要原因有以下方面。

（1）筑坝所采用的土石料质量太差，如土料具备膨胀性、透水性大，土石料中含有的杂物过多。

（2）填筑质量差，分层碾压时，分层太后，碾压、夯实等设备的碾压、夯实能力过低，导致碾压和夯实效果不好，甚至施工组织疏漏导致部分地方漏压，导致坝体渗漏。

（3）坝内涵管漏水。坝内涵管外壁填土质量差，夯压不够密实、涵管未做截水环，引起沿管壁的纵向渗漏。

（4）生物破坏。如老鼠、蚂蚁等生物在坝体内打洞、筑巢。

（5）坝体由于不均匀沉降导致坝体出现横向裂缝或水平裂缝。

1.2 坝基渗漏

坝基渗漏是指渗水通过坝基的透水层，从坝脚或坝脚外覆盖层较弱处逸出，使坝后形成沼泽，严重的可产生变形，出现浑水或翻砂。坝基渗漏的主要原因有以下方面。

（1）基底清理不彻底。筑坝前没有将杂草、树根等杂物清除；没有将破碎风化层清理到新鲜层面，引起层面、接触面渗水。

（2）缺少必要的防渗措施。砂卵石基础坝前未做铺盖，或厚度不够、质量不好被水压击穿；对于强透水挤出，坝体与坝基部位未做截水槽、截水墙。

（3）库区粘土铺盖下没有设置反滤层，导致渗水压力破坏了铺盖。

（4）管理问题。施工时库内取土破坏了天然铺盖；空库时形成的铺盖裂缝未进行处理；坝后取土、挖鱼池破坏了地基的渗流稳定。

1.3 绕坝渗流

绕坝渗流是指渗水绕过坝头两端渗向下游，在下游岸坡流出，这种渗流随着远离坝端逐渐减弱，最严重的情况是山体与坝端的接触面渗漏。绕坝渗漏的主要原因有以下方面。

（1）山体单薄，覆盖层也单薄，导致阻水性不好。

（2）岩层破碎，节理发育倾向不好，或有岩溶生物洞穴出现，形成透水层或漏水通道。

（3）岩石风化严重，坝山结合部清基不彻底，接合不好。

2 土石坝在施工过程中的渗漏控制

在施工过程中，坝体防渗可以采取充填灌浆、混凝土防渗墙、高喷灌浆、土工膜防渗等措施进行控制。

2.1 充填灌浆

充填灌浆实质上是填充坝体中的孔隙、裂隙等空隙之处，包围固结土粒或穿透和挤压土层的作用，达到提高承载力，改善形变条件，加强防渗。灌浆材料的选择主要有水泥灌浆材料、粘土灌浆材料、膨润土灌浆材料、沥青灌浆材料、化学灌浆材料等。但无论选择哪种灌浆材料，都需要满足颗粒细、稳定性好、胶结性强、结石强度高和良好的耐久性以及结石体的渗透性小等特性。

2.2 混凝土防渗墙

防渗墙是利用钻孔、挖槽机械在坝体中以泥浆固壁，挖掘槽型孔或连锁桩桩孔，在槽内浇筑混凝土，或回填其它防渗材料筑成的具有防渗功能的地下连续墙。其施工方法成熟，检测手段简单直观，工程质量可靠。适用于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的砂卵石、甚至漂石和岩层中，虽然施工有难易之分，但是用当前的技术都可建成防渗墙。

2.3 土工膜防渗

土工膜防渗在使用过程中需要考虑防渗、抗水压穿破性能、摩擦特性。

对于一般的水利工程，渗透系数K＜10_13～10_15c m/s单位时，质量满足要求的土工膜是可以认为满足防渗要求的。土工膜的渗透性可以用渗透系数或透水率来表示，土工膜的渗透系数不是一个固定值，而是随土工膜所承受的正压力而变化，总的趋势是随压力的增加而减少。

土工膜是防渗结构的主题，工作过程中需要承受较大的水压力，土工膜在颗粒孔隙处由于水压过大而被水压压破。在土粒越粗、压力越大的情况下，土工膜也越容易被顶破。在施工过程中，坝基防渗可以采用粘土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕、板桩等措施进行控制。

粘土截水槽适用于透水性强、抗管涌能力差、隔水层埋藏较浅的砂卵石坝基。在使用过程中需要考虑两点：一是当坝基冲击层厚且为多层结构，利用其中的粘土层作为隔水层时，应注意隔水层的完整性。二是当坝基冲击层较薄，利用下伏基岩作为隔水层时，必须研究基岩的透水性。

帷幕灌浆布置在靠近上游迎水面的坝基内，形成一道连续的防渗幕墙。其目的是减少坝基的渗流量，降低坝低渗透压力，保证基础的渗透稳定。根据作用水头和具体地质条件来确定帷幕灌浆的深度，通常在施工过程中采用单孔灌浆，这就要求所使用的灌浆压力比较大。帷幕灌浆的胶凝材料主要是水泥，特殊情况时也会使用高分子化学溶液。

2.4 绕坝防渗

在实际施工过程中可以采取截水墙、防渗斜墙、粘土铺盖、衬砌、堵塞回填、导渗排水等方式来防止绕坝渗漏。

截水墙大多是用透水性很小的粘土或混凝土、钢筋混凝土建成。先挖去一部分地基土壤，再在挖空的部位填进粘土或浇筑混凝土、钢筋混凝土。用来防止地下水流动，多建在透水土层不是很深，或土层开挖不是很困难的地基中。

为了防止因岸坡岩石破碎导致的大面积渗漏，可以沿岸坡修建粘土斜墙来进行处理。斜墙的底部应当嵌入不透水层中，或者向上游延伸以粘土铺盖，斜墙顶部以上区域应沿着山腰设置截水沟，引导雨水排泄。

对于坝肩处岩石节理裂隙比较小、岩石风化程度较低的绕坝渗漏，如果坝坡比较平缓，可以沿着坝坡作粘土铺盖。如果坝坡比较陡，采用粘土铺盖效果不够理想，可以采用衬砌的方式来进行处理。在水位比较稳定的部位，用水泥砂浆进行抹面，在水位变化大或裂隙较大处，可以采用混凝土、钢筋混凝土或砌块石的方式来进行护坡防渗。

对因岸坡岩石裂缝产生的绕坝渗漏，可采用堵塞回填法处理。先将岸坡清理干净，再用砂浆填塞裂缝，上面再用粘土回填夯实。如岸坡内有洞穴与水库想通，应按反滤要求堵塞洞穴，上游面再用粘土回填夯实。

3 案例介绍

3.1 概况

焦坑水库大坝位于闽江水系金溪河夏坊溪焦坑支溪上，坝址以上控制流域面积3.2km2。大坝为均质土坝，坝高27.78m，总库容160万m3，灌溉农田5200亩。建库以来，在提高灌区人民生产、生活水平方面作出了重大贡献。但是由于水库建设年代比较早，使用时间过长，导致水库出现了很多安全隐患。另外水库缺乏合理有效的运行管理制度，缺少对水库的维修养护，水库出现了大大小小的渗漏问题，导致水库的蓄水位达不到原计划，制约灌区经济发展和水库的综合利用。

在1972年蓄水时，坝身就渗漏严重。1978年7月14日，库水位69.3m时，实测渗漏流量达273.02L/s。库水位为68m时，在土坝背水坡左侧高9.3m处，还有一个明显漏孔，孔径达4c m，渗漏量达69.12 L/s，仅此两处合计就达342.14 L/s。

当时经专家分析和勘察，发现渗漏主要发生在坝体部分（坝基未出现异常渗漏情况），属坝体渗漏，其主要原因是坝体填筑土土质不均一，干密度值偏低，渗透稳定性差，坝体碾压质量差；坝体与岸坡结合处处理不好。

3.2 防渗墙施工

根据该工程的特点，最终选取修建防渗墙来改善该土石坝的抗渗流能力。

（1）施工准备。包括人力准备、仪器及设备准备和施工临时设施准备，工程专门设置基础处理作业队和施工技术管理专业人员。基础处理技术负责人1人，技术员2人，技术工人12人。本工程投入全钻仪1台、水准仪1台、冲击式钻机4台、混凝土输送泵1台。施工临时设施包括供电、供水设施、防渗墙导墙及施工平台。

（2）地下连续墙成槽。施工前对粘土的料场进行勘察，在料场进行取样试验分析，理想的粘土料场应粘粒大于50%，塑性指数不小于20，含砂量不大于5%。造孔前做好事故预防及相关的处理预案。造孔施工时尽量选择低水位的季节，开钻前对槽壁土体进行加密处理，以提高槽壁土体的摩擦角和抗剪强度；施工过程中严格保证固壁泥浆的质量，严禁为了节省成本而降低泥浆标准，严防废水流入槽内，降低泥浆质量造成槽壁失稳；施工同时准备足够量的泥浆和堵漏材料，一旦发生漏浆可以及时堵漏和补浆。

（3）墙体材料。工程墙体材料设计为塑性混凝土，其一般抗压强度小于5MP a，弹性模量小于1000MP a。其中水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料的最大粒径不大于20m m，其含泥量不大于1%；细骨料的砂子细度模数2.68～3.0；粘土的粘粒含量不小于50%，塑性小于35%；

4 结论

当前我国有些土石坝由于设计不合理、施工不严谨、管理不妥当等原因成为病危大坝，对国民安全和经济发展产生了重大威胁，我们不仅要做好新建土石坝的防渗控制，还需要对病危大坝做好维护、改造，使这些大坝达到使用要求，更好地为经济发展和人民生活服务。

［1］栾艳，赵明阶.土石坝病害类型及其成因浅析［J］.海河水利，2009（01）：56_56.

［2］胡海兵.水库土石坝工程渗漏的常见类型、原因及处理实例［J］.科技创新导报，2008（06）：56_59.

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王金玉（1988年—），男，助理工程师。