王金玉

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110166）

土石壩施工中的滲流控制

王金玉

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110166）

通過土石壩滲流產(chǎn)生的類型介紹和成因分析，探討其在施工過程中采取的施工措施，并簡(jiǎn)要介紹這些措施的特點(diǎn)和適用范圍，文章最后以焦坑水庫(kù)維護(hù)為例，為土石壩工程在今后新建和維護(hù)、改造中的滲流控制提供借鑒參考。

土石壩；滲流；連續(xù)墻

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

土石壩由于筑壩材料可就地取材、造價(jià)低、適應(yīng)地基變形能力墻、施工方法靈活、技術(shù)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用與大壩的建設(shè)中。但是由于土石壩壩體的結(jié)構(gòu)形式屬于散粒體，上下游的水位差形成壓力差導(dǎo)致高水位的水經(jīng)過壩體和地基相低水位的地方滲流，滲流過程中帶走壩體中的細(xì)顆粒，造成管涌破壞壩基。滲流威脅著壩體的安全，從施工角度研究土石壩的滲流控制具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 土石壩滲流產(chǎn)生的類型和原因

土石壩根據(jù)產(chǎn)生滲流的部位可以分為壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏。

1.1 壩體滲漏

壩體滲漏可以分為散浸和集中滲漏兩種，其逸處點(diǎn)、逸出面大多在下游壩坡和壩腳，壩體滲漏的主要原因有以下方面。

（1）筑壩所采用的土石料質(zhì)量太差，如土料具備膨脹性、透水性大，土石料中含有的雜物過多。

（2）填筑質(zhì)量差，分層碾壓時(shí)，分層太后，碾壓、夯實(shí)等設(shè)備的碾壓、夯實(shí)能力過低，導(dǎo)致碾壓和夯實(shí)效果不好，甚至施工組織疏漏導(dǎo)致部分地方漏壓，導(dǎo)致壩體滲漏。

（3）壩內(nèi)涵管漏水。壩內(nèi)涵管外壁填土質(zhì)量差，夯壓不夠密實(shí)、涵管未做截水環(huán)，引起沿管壁的縱向滲漏。

（4）生物破壞。如老鼠、螞蟻等生物在壩體內(nèi)打洞、筑巢。

（5）壩體由于不均勻沉降導(dǎo)致壩體出現(xiàn)橫向裂縫或水平裂縫。

1.2 壩基滲漏

壩基滲漏是指滲水通過壩基的透水層，從壩腳或壩腳外覆蓋層較弱處逸出，使壩后形成沼澤，嚴(yán)重的可產(chǎn)生變形，出現(xiàn)渾水或翻砂。壩基滲漏的主要原因有以下方面。

（1）基底清理不徹底。筑壩前沒有將雜草、樹根等雜物清除；沒有將破碎風(fēng)化層清理到新鮮層面，引起層面、接觸面滲水。

（2）缺少必要的防滲措施。砂卵石基礎(chǔ)壩前未做鋪蓋，或厚度不夠、質(zhì)量不好被水壓擊穿；對(duì)于強(qiáng)透水?dāng)D出，壩體與壩基部位未做截水槽、截水墻。

（3）庫(kù)區(qū)粘土鋪蓋下沒有設(shè)置反濾層，導(dǎo)致滲水壓力破壞了鋪蓋。

（4）管理問題。施工時(shí)庫(kù)內(nèi)取土破壞了天然鋪蓋；空庫(kù)時(shí)形成的鋪蓋裂縫未進(jìn)行處理；壩后取土、挖魚池破壞了地基的滲流穩(wěn)定。

1.3 繞壩滲流

繞壩滲流是指滲水繞過壩頭兩端滲向下游，在下游岸坡流出，這種滲流隨著遠(yuǎn)離壩端逐漸減弱，最嚴(yán)重的情況是山體與壩端的接觸面滲漏。繞壩滲漏的主要原因有以下方面。

（1）山體單薄，覆蓋層也單薄，導(dǎo)致阻水性不好。

（2）巖層破碎，節(jié)理發(fā)育傾向不好，或有巖溶生物洞穴出現(xiàn)，形成透水層或漏水通道。

（3）巖石風(fēng)化嚴(yán)重，壩山結(jié)合部清基不徹底，接合不好。

2 土石壩在施工過程中的滲漏控制

在施工過程中，壩體防滲可以采取充填灌漿、混凝土防滲墻、高噴灌漿、土工膜防滲等措施進(jìn)行控制。

2.1 充填灌漿

充填灌漿實(shí)質(zhì)上是填充壩體中的孔隙、裂隙等空隙之處，包圍固結(jié)土?；虼┩负蛿D壓土層的作用，達(dá)到提高承載力，改善形變條件，加強(qiáng)防滲。灌漿材料的選擇主要有水泥灌漿材料、粘土灌漿材料、膨潤(rùn)土灌漿材料、瀝青灌漿材料、化學(xué)灌漿材料等。但無(wú)論選擇哪種灌漿材料，都需要滿足顆粒細(xì)、穩(wěn)定性好、膠結(jié)性強(qiáng)、結(jié)石強(qiáng)度高和良好的耐久性以及結(jié)石體的滲透性小等特性。

2.2 混凝土防滲墻

防滲墻是利用鉆孔、挖槽機(jī)械在壩體中以泥漿固壁，挖掘槽型孔或連鎖樁樁孔，在槽內(nèi)澆筑混凝土，或回填其它防滲材料筑成的具有防滲功能的地下連續(xù)墻。其施工方法成熟，檢測(cè)手段簡(jiǎn)單直觀，工程質(zhì)量可靠。適用于各種地質(zhì)條件，從松軟的淤泥到密實(shí)的砂卵石、甚至漂石和巖層中，雖然施工有難易之分，但是用當(dāng)前的技術(shù)都可建成防滲墻。

2.3 土工膜防滲

土工膜防滲在使用過程中需要考慮防滲、抗水壓穿破性能、摩擦特性。

對(duì)于一般的水利工程，滲透系數(shù)K＜10_13～10_15c m/s單位時(shí)，質(zhì)量滿足要求的土工膜是可以認(rèn)為滿足防滲要求的。土工膜的滲透性可以用滲透系數(shù)或透水率來(lái)表示，土工膜的滲透系數(shù)不是一個(gè)固定值，而是隨土工膜所承受的正壓力而變化，總的趨勢(shì)是隨壓力的增加而減少。

土工膜是防滲結(jié)構(gòu)的主題，工作過程中需要承受較大的水壓力，土工膜在顆?？紫短幱捎谒畨哼^大而被水壓壓破。在土粒越粗、壓力越大的情況下，土工膜也越容易被頂破。在施工過程中，壩基防滲可以采用粘土截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕、板樁等措施進(jìn)行控制。

粘土截水槽適用于透水性強(qiáng)、抗管涌能力差、隔水層埋藏較淺的砂卵石壩基。在使用過程中需要考慮兩點(diǎn)：一是當(dāng)壩基沖擊層厚且為多層結(jié)構(gòu)，利用其中的粘土層作為隔水層時(shí)，應(yīng)注意隔水層的完整性。二是當(dāng)壩基沖擊層較薄，利用下伏基巖作為隔水層時(shí)，必須研究基巖的透水性。

帷幕灌漿布置在靠近上游迎水面的壩基內(nèi)，形成一道連續(xù)的防滲幕墻。其目的是減少壩基的滲流量，降低壩低滲透壓力，保證基礎(chǔ)的滲透穩(wěn)定。根據(jù)作用水頭和具體地質(zhì)條件來(lái)確定帷幕灌漿的深度，通常在施工過程中采用單孔灌漿，這就要求所使用的灌漿壓力比較大。帷幕灌漿的膠凝材料主要是水泥，特殊情況時(shí)也會(huì)使用高分子化學(xué)溶液。

2.4 繞壩防滲

在實(shí)際施工過程中可以采取截水墻、防滲斜墻、粘土鋪蓋、襯砌、堵塞回填、導(dǎo)滲排水等方式來(lái)防止繞壩滲漏。

截水墻大多是用透水性很小的粘土或混凝土、鋼筋混凝土建成。先挖去一部分地基土壤，再在挖空的部位填進(jìn)粘土或澆筑混凝土、鋼筋混凝土。用來(lái)防止地下水流動(dòng)，多建在透水土層不是很深，或土層開挖不是很困難的地基中。

為了防止因岸坡巖石破碎導(dǎo)致的大面積滲漏，可以沿岸坡修建粘土斜墻來(lái)進(jìn)行處理。斜墻的底部應(yīng)當(dāng)嵌入不透水層中，或者向上游延伸以粘土鋪蓋，斜墻頂部以上區(qū)域應(yīng)沿著山腰設(shè)置截水溝，引導(dǎo)雨水排泄。

對(duì)于壩肩處巖石節(jié)理裂隙比較小、巖石風(fēng)化程度較低的繞壩滲漏，如果壩坡比較平緩，可以沿著壩坡作粘土鋪蓋。如果壩坡比較陡，采用粘土鋪蓋效果不夠理想，可以采用襯砌的方式來(lái)進(jìn)行處理。在水位比較穩(wěn)定的部位，用水泥砂漿進(jìn)行抹面，在水位變化大或裂隙較大處，可以采用混凝土、鋼筋混凝土或砌塊石的方式來(lái)進(jìn)行護(hù)坡防滲。

對(duì)因岸坡巖石裂縫產(chǎn)生的繞壩滲漏，可采用堵塞回填法處理。先將岸坡清理干凈，再用砂漿填塞裂縫，上面再用粘土回填夯實(shí)。如岸坡內(nèi)有洞穴與水庫(kù)想通，應(yīng)按反濾要求堵塞洞穴，上游面再用粘土回填夯實(shí)。

3 案例介紹

3.1 概況

焦坑水庫(kù)大壩位于閩江水系金溪河夏坊溪焦坑支溪上，壩址以上控制流域面積3.2km2。大壩為均質(zhì)土壩，壩高27.78m，總庫(kù)容160萬(wàn)m3，灌溉農(nóng)田5200畝。建庫(kù)以來(lái)，在提高灌區(qū)人民生產(chǎn)、生活水平方面作出了重大貢獻(xiàn)。但是由于水庫(kù)建設(shè)年代比較早，使用時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致水庫(kù)出現(xiàn)了很多安全隱患。另外水庫(kù)缺乏合理有效的運(yùn)行管理制度，缺少對(duì)水庫(kù)的維修養(yǎng)護(hù)，水庫(kù)出現(xiàn)了大大小小的滲漏問題，導(dǎo)致水庫(kù)的蓄水位達(dá)不到原計(jì)劃，制約灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水庫(kù)的綜合利用。

在1972年蓄水時(shí)，壩身就滲漏嚴(yán)重。1978年7月14日，庫(kù)水位69.3m時(shí)，實(shí)測(cè)滲漏流量達(dá)273.02L/s。庫(kù)水位為68m時(shí)，在土壩背水坡左側(cè)高9.3m處，還有一個(gè)明顯漏孔，孔徑達(dá)4c m，滲漏量達(dá)69.12 L/s，僅此兩處合計(jì)就達(dá)342.14 L/s。

當(dāng)時(shí)經(jīng)專家分析和勘察，發(fā)現(xiàn)滲漏主要發(fā)生在壩體部分（壩基未出現(xiàn)異常滲漏情況），屬壩體滲漏，其主要原因是壩體填筑土土質(zhì)不均一，干密度值偏低，滲透穩(wěn)定性差，壩體碾壓質(zhì)量差；壩體與岸坡結(jié)合處處理不好。

3.2 防滲墻施工

根據(jù)該工程的特點(diǎn)，最終選取修建防滲墻來(lái)改善該土石壩的抗?jié)B流能力。

（1）施工準(zhǔn)備。包括人力準(zhǔn)備、儀器及設(shè)備準(zhǔn)備和施工臨時(shí)設(shè)施準(zhǔn)備，工程專門設(shè)置基礎(chǔ)處理作業(yè)隊(duì)和施工技術(shù)管理專業(yè)人員?；A(chǔ)處理技術(shù)負(fù)責(zé)人1人，技術(shù)員2人，技術(shù)工人12人。本工程投入全鉆儀1臺(tái)、水準(zhǔn)儀1臺(tái)、沖擊式鉆機(jī)4臺(tái)、混凝土輸送泵1臺(tái)。施工臨時(shí)設(shè)施包括供電、供水設(shè)施、防滲墻導(dǎo)墻及施工平臺(tái)。

（2）地下連續(xù)墻成槽。施工前對(duì)粘土的料場(chǎng)進(jìn)行勘察，在料場(chǎng)進(jìn)行取樣試驗(yàn)分析，理想的粘土料場(chǎng)應(yīng)粘粒大于50%，塑性指數(shù)不小于20，含砂量不大于5%。造孔前做好事故預(yù)防及相關(guān)的處理預(yù)案。造孔施工時(shí)盡量選擇低水位的季節(jié)，開鉆前對(duì)槽壁土體進(jìn)行加密處理，以提高槽壁土體的摩擦角和抗剪強(qiáng)度；施工過程中嚴(yán)格保證固壁泥漿的質(zhì)量，嚴(yán)禁為了節(jié)省成本而降低泥漿標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)防廢水流入槽內(nèi)，降低泥漿質(zhì)量造成槽壁失穩(wěn)；施工同時(shí)準(zhǔn)備足夠量的泥漿和堵漏材料，一旦發(fā)生漏漿可以及時(shí)堵漏和補(bǔ)漿。

（3）墻體材料。工程墻體材料設(shè)計(jì)為塑性混凝土，其一般抗壓強(qiáng)度小于5MP a，彈性模量小于1000MP a。其中水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥；粗骨料的最大粒徑不大于20m m，其含泥量不大于1%；細(xì)骨料的砂子細(xì)度模數(shù)2.68～3.0；粘土的粘粒含量不小于50%，塑性小于35%；

4 結(jié)論

當(dāng)前我國(guó)有些土石壩由于設(shè)計(jì)不合理、施工不嚴(yán)謹(jǐn)、管理不妥當(dāng)?shù)仍虺蔀椴∥４髩?，?duì)國(guó)民安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大威脅，我們不僅要做好新建土石壩的防滲控制，還需要對(duì)病危大壩做好維護(hù)、改造，使這些大壩達(dá)到使用要求，更好地為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活服務(wù)。

［1］欒艷，趙明階.土石壩病害類型及其成因淺析［J］.海河水利，2009（01）：56_56.

［2］胡海兵.水庫(kù)土石壩工程滲漏的常見類型、原因及處理實(shí)例［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（06）：56_59.

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王金玉（1988年—），男，助理工程師。