综述小型水库土石坝渗漏问题及加固措施

2015-11-20黄为

中国科技纵横 2015年16期

关键词：石坝坝基防渗墙

黄为

（深圳市防洪设施管理处，广东深圳 518048）

综述小型水库土石坝渗漏问题及加固措施

黄为

（深圳市防洪设施管理处，广东深圳 518048）

土石坝的主要建筑材料为土，砂砾石和石渣，卵石以及爆破石料，因其具有就地取材，减少建筑材料运输过程，有利于机械化施工，降低工程造价的优点，因而在实际工程中得到了较为广泛的使用。根据土石坝筑坝技术和筑坝工艺的不同，土石坝可以分为定向筑坝，碾压式土石坝，水中填土土石坝等类型。近几年来，由于大坝施工机械得到了广泛的使用使得大坝施工人员数量的不断减少，坝体防渗技术和防渗材料的不断开发和应用，使得土石坝筑坝周期不断减少，坝体工程费用不断降低，为土石坝开辟了更为广阔的发展前景。为保证土石坝的正常使用，就必须保证土石坝具有良好的防渗性能。但是，现阶段，我国坝体防渗技术还不够成熟，这在一定程度上抑制了土石坝的长久发展。因此，分析造成土石坝渗漏的原因，并采取有效措施对促进土石坝的发展具有重要作用。因此，本文将简要结合深圳市小型水库土石坝渗漏问题提出相关的解决措施。

小型水库土石坝渗漏问题解决措施

本文将结合在各种不同的工程建设以及土石坝加固过程中遇到的问题所积累的经验，简要对小型水库土石坝渗漏问题及相关的加固措施进行相关的研究和分析，希望可以为土石坝渗防渗技术提供有用的参考价值。

1 原因分析

土石坝渗流破坏机理大致可以归结为以下：土石坝主要是由土，砂砾石和石渣，卵石以及爆破石料等材料构成的散粒体结构，使得颗粒之间都具有一定的缝隙。水库蓄水后，在水压力（静水压力和动水压力）的作用下，水流沿着土石坝坝身，坝基和坝段两岸中的缝隙中渗流到下游，造成坝基和坝身的渗流。但是，不是所有的渗流都会造成坝体和坝基的渗漏，当渗流在设计渗流量以内时为正常渗流，当渗流超过设计渗流量时，就会造成坝体的渗漏，具体表现为坝体和坝基在渗流量过大且集中的作用下发生管涌和渗漏。基于以上土石坝渗流破坏机理，大致可以将造成土石坝渗漏的原因归结为以下几点：

1.1 设计渗流量和其他坝体设计，土方回填因素

如上所述，只有当土石坝实际渗流量大于土石坝设计渗流量时才会出现坝体和坝基的管涌现象。因此，对土石坝渗流量设计不当是造成土石坝发生渗漏现象的主要原因。同时，土石坝设计原因造成的土石坝渗漏还包括以下几点：（1）溢洪道（水利工程中的防洪设备）尺寸设计不当；（2）没有设计土方回填压实标准；（3）在土石坝设计中未考虑后坡反滤体等。土方压实的原因主要表现在：土石坝的主要材料主要为土，砂砾石和石渣，卵石以及爆破石料等材料构成的散粒体结构，使得材料之间具有较大空隙，水流在水压力作用下沿着空隙渗入坝体和坝基内，造成渗漏。而土方压实的主要作用就是减少颗粒之间的缝隙。但是在工程施工中，由于压实方法和压实机械的选择不适当，往往会影响压实效果，在一定程度上影响了坝体和坝基的防渗性能。

1.2 小型水库土石坝工程施工质量不高导致土石坝渗漏

土石坝施工质量直接影响到土石坝的防渗性能，在实际的工程施工中，土石坝施工质量造成的渗漏主要原因可以归结为以下几点：（1）土石坝各结合部位质量有待提高。土石坝在施工中由于工期和质量要求，往往会采用分期分段填筑施工，同时要求设置横缝和纵缝，这些施工中的结合部位都会影响坝体和坝基的防渗性能。结合部位主要可以分为坝体与坝基结合面，坝体与岸坡积混凝土部分的结合以及坝体横缝和纵缝之间的接缝；（2）大坝填筑土料含杂质较多，并有较大土块未碾碎压实；［1］（3）土石坝每层填筑厚度大于40cm，在施工接头处没有采取有效的接头处理措施。

1.3 自然环境因素—工程地质及水文地质条件

表1 透水性成果表

土石坝坝址的工程地质和水温地质条件直接影响土石坝的筑坝质量。当土石坝建筑在两岸地质条件较差，岩体透水性较大，岩石节理发育不够完整，岩体之间裂隙较大，且在建水库时没有对其进行全方位的处理，会直接造成土石坝筑坝质量低，坝体和坝基渗流严重等问题。同时，土石坝一般建立在山区，山区的交通状况和可利用资源较少，工程量较大，周期长，施工参与人员数量多等无形之中增大了土石坝的筑坝难度。

2 措施

2.1 土石坝渗漏问题的处理—坝基处理

灌浆是加固基础的主要方法。根据灌浆方法和灌浆使用范围的不同，基础（岩基）灌浆主要可以分为：帷幕灌浆，固结灌浆，接触灌浆。帷幕灌浆的主要机理就是减少坝基渗流量，达到减少渗透压力的效果，从而维持基础的渗流稳定性。帷幕灌浆的重点就是合理的安排灌浆时间和灌浆地点。一般情况下，帷幕灌浆必须在水库蓄水前完成，在基础灌浆廊道内完成基础的帷幕灌浆，这样有利于提高灌浆压力，保证灌浆质量。固结灌浆就是通过灌浆降低基础的透水性能，达到提高基础的强度和整体性的目的，其需要解决的主要问题就是确定灌浆地点和灌浆孔的深度的选择。一般情况下，固结灌浆最好是在坝体基层混凝土上进行且灌浆孔深度不能超过40m且不能小于5m，且交错格网布置，这样不仅有利于形成较大的灌浆压力，还可以提高灌浆效果。接触灌浆的主要目的是通过混凝土与坝肩和坝基之间的结合，提高坝体的抗滑稳定性。接触灌浆一般应该在混凝土达到稳定强度和稳定温度之后，通过混凝土钻孔灌浆机械完成。

2.2 土石坝渗漏问题的处理—坝体处理

对土石坝渗漏问题的处理主要技术手段可以分为修建混凝土防渗墙和高压喷射灌浆。防渗墙是一种修建在水下的松散结构，其主要作用是防渗的地下连续墙。防渗墙的修建关键是防渗墙体建筑材料的选择和防渗墙的施工顺序。现阶段，采用的主要防渗墙材料有塑型混凝土，普通混凝土，粘土混凝土自凝灰浆，固化灰浆以及粉煤灰混凝土。防渗墙的施工顺序根据不同的墙体类型和施工方法存在或多或少的差异，但大致包括以下几步：（1）造孔前的准备；（2）凿空成槽；（3）终孔验收；（4）槽孔浇注；（5）竣工验收。高压喷射灌浆的主要机理是通过钻孔机械钻孔，然后运用带有特质金属喷嘴的灌浆管，通过高压将泥浆等喷射到地层中，在泥浆冲切，升杨置换位移握裹，挤压渗透作用下，使周围岩体被置换和混合，以此提高岩体的稳定性。这种施工方法具有灌浆可控性好，使用范围广，施工机械简单，可操作性强，工程造价低等优点，因而得到了较为广泛的应用。

3 工程实例

三洲塘水库位于深圳市，属于盐田河流域。该工程为均质土石坝，主要的筑坝系数有：坝高15m，上下游坝坡坡比为1：2.6和1：2.25（下游坝坡平台以上），1：2.75（下游坝坡平台以下）。土石坝筑坝材料

……

……为花岗岩（均匀性一般），坝体渗流系数和土体压实度经查资料分别为中等透水性和81%，均表现为不符合规范要求。三洲塘水库自1971年，至今已有40年作用的历史，已经出现了一定的渗漏现象。采取有效手段处理三洲塘渗漏问题对延长三洲塘使用周期具有重要作用。

3.1 三洲塘水库产生渗漏现象的原因

三洲塘水库渗漏现象产生原因主要包括以下几点：（1）坝体内存在树根，蚂蚁窝，裂缝等不利因素；（2）三洲塘水库建成时间较早，由于当时施工技术和施工质量检测技术较低，导致土层压实强度不足，水平和垂直渗透系数大小关系不合格；（3）如上所述，土石坝的筑坝材料为花岗岩，但是花岗岩为沙砾质粘性土导致坝体单薄，无法形成渗流通道。

3.2 解决方案

对坝身的处理：

基于以上产生原因，本文总共总结出三种处理措施：（1）混凝土防渗墙处理。（2）高压喷射灌浆处理。（3）冲抓套井黏土回填防渗墙。但是，混凝土防渗墙虽然能够到达较好的防渗效果，但是施工工程量较大，且施工技术要求较高；冲抓套井黏土回填防渗墙虽然具有施工工艺简单，工程造价低的优点，但是，由于冲抓套井黏土回填防渗墙不适合粘性土；高压喷射灌浆具有灌浆可控性好，使用范围广，施工机械简单，可操作性强，工程造价低等优点。综合考虑各施工方法的优缺点，最终选择高压喷射灌浆的处理方法。

对坝基的处理：

高压喷射灌浆只能够解决坝身的防渗问题，对于坝基和强风化，弱风化部位的渗透处理，需要借用帷幕灌浆。帷幕灌浆的主要灌浆材料为普通硅酸盐水泥，且经过帷幕灌浆处理后的基岩透水率不能够大于5Lu（透水率单位）。（表1）

处理效果：经过处理后，分析得出：经过处理的坝基和坝体渗流性能得到了明显的改善。