土石壩滲流破壞及其控制措施

程聲龍

(貞豐縣水務局，貴州貞豐562200)

0 引言

在水利工程擋水建筑物的建設中，使用最為廣泛的就是土石壩，所謂土石壩就是利用散粒的填料填筑在壩基上，擋水之后大壩的上游以及下游的水差導致水通過壩體、壩基以及大壩兩岸坡向大壩下游滲流。

但是在現在一些土石壩的施工中，經常會因為一些因素使得土石壩產生非常嚴重的滲流破壞現象，有的甚至引起垮壩失事，要想控制該現象的產生，必須采取有效的措施，對土石壩的質量進行嚴格的控制。

1 土石壩滲漏的類型與原因

1.1 壩體滲漏

產生的原因有:

1)用于建設大壩的土料質量較差，可能含有較大的透水性或者是含有雜質;

2)在進行大壩混凝土施工時，沒有對混凝土進行有效的壓實;

3)大壩本身沒有足夠的厚度導致滲徑過短;

4)大壩下游的排水管因為某種原因發生了堵塞現象，或者是根本沒有對排水體進行安裝;

5)大壩下游原本被封堵的涵洞發生漏水;6)白蟻現象嚴重[1]。

1.2 壩基滲漏

產生壩基滲漏的主要原因有:

1)在大壩施工結束之后，沒有及時對壩基進行有效的清理，導致在大壩投入使用之后短時間內便發生了壩基滲漏的現象。

2)在對壩基的設計中，沒有考慮到截水槽的作用，沒有對其進行合理的設計，也可能是所安裝的泄水槽不符合相關規定的要求，導致在壩基運營過程中產生被擊穿的現象因而發生滲漏[2]。

1.3 繞壩滲漏

產生繞壩滲漏的主要原因有以下3點:

1)在兩岸的邊坡上沒有設置符合要求的截水槽。

2)沒有對繞壩混凝土施工中進行嚴格的壓實行為。

3)當土壩兩岸坡山體節理裂隙發育或透水的第四紀堆積未妥善處理，蓄水后，水流繞過土壩兩端滲向下游，遠離壩端逐漸減弱。

上述現象產生的滲流存在比較普遍。

1.4 壩體與剛性建筑物接觸處滲漏破壞

產生這種滲漏的主要發生位置在壩端溢洪道側墻接觸部位及壩下涵管與土體間的接觸滲漏。

在山區水庫的建設中，通常會采用壩端溢洪道或壩下涵管形式，但是因為壩肩溢洪道側墻與壩體連接處未做齒墻，或側墻背面填土不實，滲徑短，滲透坡降大。

兩種不同介質面上發生接觸沖刷，形成管涌通道，給大壩安全埋下隱患。

2 主要處理技術

主要原則是:“截、壓、排”。

2.1 增設黏土斜墻、水平黏土鋪蓋、截水槽

如果土石壩的透水性能以及防滲材料比較差，特別是在一些規模比較小的水庫中，可以采用增加防滲材料的辦法，利用黏土以及其他一些防滲材料重新為大壩增加一條新的防滲物體。

還可以與設置截水槽的辦法相結合，不僅方便而且節省物資[3]。

2.2 壩體灌漿

如果大壩所在地沒有存在做夠的黏土或者其他一些防滲材料，那么可以采用對大壩進行灌漿的方法來達到防滲的效果。

土石壩灌漿的方法主要有充填式灌漿、高壓噴射灌漿和劈裂式灌漿。

通常來看，如果大壩產生滲漏的部位比較穩定，那么可以使用充填式的灌漿方法;但是如果一些防滲位置方位不僅大而且不穩定，那么最好采用劈裂式的灌漿方法[4]。

2.3 垂直(塑性)混凝土板墻、垂直鋪塑防滲

2.3.1 垂直(塑性)混凝土板墻

墻厚一般為30 cm，鋸槽機挖槽，澆筑(塑性)混凝土，形成連續(塑性)混凝土板墻，兩側要留有足夠的繞滲滲徑以防繞滲。

2.3.2 垂直鋪塑防滲

近幾年來水利工程中，常采用聚氯乙烯和聚乙烯薄膜，形成以土工膜為主體的防滲體。

垂直鋪塑技術的關鍵，是在壩體上開鑿成為窄而深有一定長度的連續槽段，然后將復合土工膜垂直鋪入槽內，并以回填料擠緊，填料濕陷固結后，形成復合的防滲帷幕。

從目前垂直防滲技術發展看，能夠建造窄槽的技術逐漸增多，如薄形抓斗、鋸槽機和射水法等造槽方法。

2.3.3 注意事項

需要注意的是:

1)成槽施工前，庫水位應盡可能降低，防止或減少施工中可能出現的塌壁現象，減少施工難度，以保證回填質量。

2)對于施工中出現的塌孔問題，采用奇偶相間造孔。

3)對于白蟻而造成土壩滲漏的可采用回填毒土防滲墻的方法，在原壩體中形成一道連續的毒土防滲墻，起到阻斷橫穿壩體的白蟻通道及防滲雙重目的。注意不得采用土工膜防滲。

2.4 增做反濾排水棱體及砂石導滲漏

對由于原有排水體失效(多因反濾層設計、施工不當而淤塞失效)或根本未設排水體而造成壩體浸潤線出逸點過高、滲流從壩坡逸出、壩坡面沼澤化的土壩，采取增做反濾排水棱體或者翻修原排水體(改用土工織物反濾)，必要時在外坡面做砂石導滲溝(槽)的處理方法，來降低浸潤線，達到穩定壩坡的目的。

2.5 培坡、削坡、干砌固腳、襯砌護坡等

對由于下游坡過陡導致壩體滲徑不能滿足要求，而造成壩體浸潤線出逸點過高的，必須對下游坡進行加厚培坡。下游坡過陡，不僅可造成壩體滲漏，也存在壩坡穩定問題。

削坡減載，減少滑動力，并及時封堵裂隙，阻止雨水繼續滲入。干砌固腳，保證滑動體穩定;襯砌護坡，保護壩體[5]。

2.6 壓滲與排滲暗管

當壩基滲漏量較大時，其滲流出口易發生滲透破壞，在“上截”方案由于投資大或難以實施時，采取在壩下滲水出露地段的適當范圍內做反濾壓滲(采用砂石反濾蓋重、沙土后戧等)，并且可以在其下部加做排滲暗管(砂石料或土工復合材料)以增強排滲能力，從而有效防止發生滲透變形，保證壩基滲透穩定[6]。

2.7 加強堤壩白蟻防治

2.7.1 白蟻對土壩的危害

汛期高水位下，庫水將通過蟻道和巢腔而造成散浸、管涌、跌窩、滑坡等險情。

2.7.2 處理方法

摸清壩體白蟻的分布情況、危害程度，采取人工挖巢、藥殺、灌漿等方法。

2.8 提高防洪標準

加大溢洪道斷面尺寸(加寬溢洪道或降低益洪道底板高程)、加高培厚壩體，預防洪水漫壩。

3 壩體灌漿施工技術

主要分為3種形式:

1)常規水泥灌漿;

2)高壓噴射灌漿;

3)劈裂灌漿技術。

灌漿施工是將具有膠凝性或化學性的漿液，按規定的濃度，借助于機械施工加常規或超高壓力，通過鉆孔，將其壓送或摻入待加固的地層。

漿液實質是充填巖石節理、裂隙、砂卵石層的空隙，或經高壓射流摻入軟弱松散地層中，也可以以一定的壓力對壩體造成劈裂后充填擠密土體。

3.1 常規水泥灌漿

主要用于土石壩的風化或具有斷層或裂隙的巖石地基或砂卵石地基防滲(帷幕)處理。

水泥灌漿一般應于工程前進行灌漿試驗，由設計提出孔排距、孔深、漿液濃度、灌漿壓力、灌漿結束標準以及灌漿成果檢查方法和標準。對于砂卵石地基，地質條件復雜，灌漿工藝又不十分成熟，致使遠期防滲效果多有不佳，故近年來，常有被混凝土防滲墻取代之勢。

3.2 高噴灌漿

高壓噴射灌漿板墻是由日本的高壓旋噴樁發展而成的，在我國也已有20 a的歷史。

3.2.1 工藝原理

高壓水和壓縮空氣分別由管路通到一個噴嘴，向地層噴射切開地層，水泥漿由另一管路通到另一噴嘴充填切開的地層，從而使漿液與土體顆粒相摻攪成為混凝土狀或水泥土狀的凝結體，形成防滲墻體。

3.2.2 高噴分類

按噴射工藝的方式可分為旋噴、定噴和擺噴3類。

3.2.2.1 旋噴

旋噴為邊提升噴嘴，邊依鉆桿為中心旋轉，形成圓柱體。

3.2.2.2 定噴

定噴為提升噴嘴，鉆桿不旋轉，并以一側或兩側噴嘴向一固定方向噴成板狀墻體。

3.2.2.3 擺噴

擺噴為邊拉升噴嘴，鉆桿邊搖擺一定角度，形成啞鈴狀板墻體。

3.2.3 高噴主要機具

高壓水泵(50Mpa)，泥漿泵(排量 ＞80L/min)，空壓機，攪拌機，高噴臺車，高壓管路，噴頭等。

3.3 劈裂灌漿

工藝原理:沿壩軸線鉆孔灌漿，在漿液壓力下，將壩體沿壩軸線劈開，同時灌入漿液，形成鉛直連續的防滲墻。

漿液一般為黏土漿，也可摻加水泥、水玻璃等。對于高壩或缺陷多的壩，在壩軸線劈裂灌漿形成后，可以再在其上游和下游鉆灌第二道、第三道鉛直連續漿體。主要適用于均質壩、心墻壩。

4 結語

造成土石壩產生滲流的因素有很多，原因是非常復雜繁多的，如果不進行合理的施工以及有效的監測，對檢測結果進行及時有效的分析，并且將產生滲漏的原因準確的找出，那么對土石壩的影響是非常嚴重的。

通過上述對土石壩發生滲漏原因以及控制措施的分析還是遠遠不夠的，還需要投入更多的人力和物力進行研究，做好事先的設計工作，保證土石壩的安全以及穩定。

[1]田應坤.龍塘河水庫大壩滲漏研究及綜合治理技術[J].防滲技術，1998，4(03):19 －22.

[2]華靜，楊華舒，念紅芬.病險土石壩防滲治理措施探析[J].云南水力發電，2005，21(04):21 －23.

[3]劉杰.對土石壩安全分析中的幾個問題的商榷[J].水利水電技術，1988(05):50－55.

[4]劉安坤.淺析滲流對土石壩的安全影響及控制措施[J].科技資訊，2010(09):117.

[5]王旭芳，鄭旭榮，楊春鳴.土石壩滲流研究發展[J].山西建筑，2008(31):31－32.

[6]程小平.中小型土石壩滲流破壞加固研究[J].沿海企業與科技，2005(03):109 －110.