土石壩的壩基處理及滲流變形的防治

摘要：水利工程中，土石壩是常見的工程項目，在施工過程中土壩及地基中的滲流，由于其機械或化學作用，可能使土體產生局部破壞，稱為“滲透破壞”，嚴重的滲透破壞可能導致工程失事，因此必須加以控制。

關鍵詞：管涌；滲流；防滲墻

中圖分類號： TV543 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-14-94-1

1 土石壩的壩基處理

土壩對地基的要求比混凝土壩低，一般不必挖除地表透水土壤和砂礫石等。但是，為了滿足滲透穩定、靜力和動力穩定、容許沉降量和不均勻沉降等方面的要求，保證壩的安全經濟運行，也必須根據需要對地基進行處理。

1.1 巖基處理

針對土石壩的特點，巖基的處理主要應注意以下四點：（1）巖基上的覆蓋層。對中、低土石壩，只需將防滲體坐落在基巖上，形成截水槽以隔斷滲流即可。對高土石壩，最好挖除全部覆蓋層，使防滲體和壩殼均建在基巖上。（2）防滲體與基巖的連接。防滲體與基巖的接觸面應緊密結合。以前多要求在防滲體的基巖面上澆筑混凝土墊層或混凝土齒墻。但混凝土墊層和齒墻的作用并不明顯，受力條件不佳，易產生裂縫，因此，現在的發展趨勢是將防滲體直接建在基巖上。（3）基巖內部防滲處理。主要是防滲帷幕。一定要做到萬無一失，防滲幕是很重要的一項工程。（4）對不良地質構造的處理。對斷層、破碎帶等不良地基構造，主要考慮起滲透穩定性和抗溶蝕性能，而不太看重其承載力和不均勻沉降。處理方法主要有：水泥灌漿或化學灌漿、混凝土塞、混凝土防滲墻、設置防滲鋪蓋等。

1.2 砂礫石地基處理

砂礫石具有足夠的承載能力，壓縮性不大，干濕變化對體積的影響也不大。但砂礫石地基的透水性很大，滲漏現象嚴重，而且可能發生管涌、流土等滲透變形。砂礫石地基的處理，主要是對地基的防滲處理。

1.3 垂直防滲設施

垂直防滲是解決壩基滲流問題效果最好的措施。垂直防滲的效果，相當于水平防滲效果的三倍。因此，在土石壩的防滲措施中，應優先選擇垂直防滲措施。垂直防滲措施主要有：粘性土截水墻、混凝土防滲墻、灌漿帷幕、板樁等。

1.4 粘性土截水墻

（1）當砂礫石透水地基的深度不大時，可將截水墻直接伸入巖基，并與巖基緊密相連。這種情況下的截水墻結構簡單，工作可靠，防滲效果好；當砂礫石透水地基的深度較大時，可將截水墻深入壩基一定深度，不與巖基相連，稱為懸掛式截水墻，但防滲效果較差。（2）混凝土防滲墻。對深厚砂礫石地基，采用混凝土防滲墻是比較有效和經濟的防滲設施。（3）灌漿帷幕。當砂礫石透水地基的深度很大時，可采用灌漿帷幕進行防滲。（4）板樁。當砂礫石透水地基的深度較大時，可采用鋼板樁防滲，木板樁一般只用于臨時工程。

1.5 水平防滲設施

土石壩中，水平防滲措施主要是設置防滲鋪蓋。防滲鋪蓋是位于上游壩腳、滲透系數很小的粘性土做成的水平防滲設施。水平鋪蓋的防滲效果遠不如垂直防滲措施，但它結構簡單，施工方便，造價較低。因此，當設置垂直防滲措施困難時，也是一種合適的防滲措施。鋪蓋的滲透系數一般應小于10～5厘米/秒，鋪蓋的長度一般為4～6倍水頭，鋪蓋的厚度應滿足鋪蓋材料的容許滲透坡降的要求，一般不小于0.5米～1.0米。防滲鋪蓋很少單獨作為土石壩的防滲措施，一般與其他措施相結合。

2 細砂、軟粘土和濕陷性黃土地基處理

2.1 細砂地基處理

細砂地基，特別是飽和的細砂地基，在動力作用下容易產生液化現象，因此應加以處理。對厚度不大的細砂地基，一般采用挖除的辦法。對于厚度較大的細砂地基，以前采用板樁加以封閉的辦法，但很不經濟。現在主要采用人工加密的辦法，即在細砂地基中人工摻入粗砂。

2.2 淤泥層地基處理

淤泥夾層的天然含水量較大，容重小，抗剪強度低，承載能力差。當淤泥層埋藏較淺時，一般將其全部挖除。當淤泥層埋藏較厚時，一般采用壓重法或設置砂井加速固結的方法。

2.3 軟粘土和濕陷性黃土地基處理

當軟粘土層較薄時，一般全部挖除。當軟粘土層較厚時，一般采用換砂法或排水砂井法。對黃土地基，一般的處理方法有：預先浸水，使其濕陷加固；將表層土挖除，換土壓實；夯實表層土，破壞黃土的天然結構，使其密實等。

3 滲透變形的防治

3.1 管涌

管涌一般發生在壩的下游坡或閘壩的下游地基面滲流逸出處。沒有凝聚力的無粘性砂土、礫石砂土中容易發生管涌；管涌開始時，細小的土壤顆粒被滲流帶走；隨著細小顆粒的大量流失，土壤中的孔隙加大，較大的土壤顆粒也會被帶走；如此逐漸向內部發展，形成集中的滲流通道。單個滲流通道的不斷擴大或多個滲流通道的相互連通，最終將導致大面積的塌陷、滑坡等破壞現象。

3.2 流土

在滲流作用下，成塊的土體被掀起浮動的現象稱為流土。流土主要發生在粘性土及均勻非粘性土體的滲流出口處。發生流土時的水力坡降，稱為流土的破壞坡降。

3.3 接觸沖刷

當滲流沿兩種不同土壤的接觸面或建筑物與地基的接觸面流動時，把其中細顆粒帶走的現象稱為接觸沖刷。

3.4 接觸管涌

當滲流垂直作用于兩種不同土壤的接觸面時，滲流可能將其中一層的細顆粒帶到另一層的粗顆粒中去的現象成為接觸管涌。接觸管涌一般發生在粘土心（斜）墻與壩殼砂礫料之間、壩體或壩基與排水設施之間、壩基內不同土層之間的滲流中。

3.5 接觸流土

當滲流垂直作用的兩種不同土壤中的一層為粘性土時，滲流可能將粘性土成塊地移動，從而導致隆起、斷裂或剝蝕等現象成為接觸流土。

作者簡介：王海濤，男，本科學歷，公主嶺市市區河道管理處工程師，從事水利水電工程工作。