水庫土壩滲流穩定和除險加固措施研究

姜書鋒

（鄭州市水利建筑勘測設計院，河南 鄭州450000）

1 水庫土壩的安全評定體系及規定

目前，中國正在使用中的水庫土壩的安全檢測體系，是從多年來的實際操作中和對基本運作原理熟練掌握的基礎上建立的，已經具備一定的標準性和規范性。現在需要對已經完工的土壩工程進行安全方面的鑒定，根據中國水利工程的相關規定，已經完工的水庫土壩工程要定期進行安全檢測，在完工后的5年內進行第一次檢測，在完工后的6～10年內進行第二次檢測，在土壩出現嚴重的損壞或者因為自然災害導致水庫的運行發生了改變，應該及時尋求有關部門的幫助，為了保證水庫土壩能安全運行，一定要嚴格遵守安全鑒定的規定，對土壩的運行、管理和性狀都及時的進行檢測，當土壩發生損壞時，對土壩的損壞程度進行鑒定。根據損壞程度的不同，采取不同的處理方式，避免事故的發生，保證水庫周邊居民的生命財產安全［1］。

2 土壩的滲流問題

所謂的滲流，就是地下水在孔隙、裂隙和溶洞中流動。滲透場就是滲透水所占得領域。由于滲流處在不同的滲流場中，可以把滲流分成飽和滲流和非飽和滲流兩種。處在飽和地帶中的滲流是飽和滲流，處在非飽和地帶中的滲流是非飽和滲流，依據滲流的水頭、滲透的速度、水利梯度可以把滲流分為穩定滲流和非穩定滲流。非穩定滲流就是滲流的一個或多個基本表征量跟著時間發生變化。非穩定滲流主要是受自然原因和人為原因兩個方面影響。降水、地表的水位變化、水井抽水等做法會給地下水的徑流、排泄條件和補給造成影響。土壩的地基、土基、巖基的建造質量直接關系著壩基滲流的破壞程度。超壓、滲漏、不均勻沉陷、滑動、液化等原因都會導致土壩的內部發生一些大大小小的事故。如果土壩的防滲措施不夠完善，不但會給水庫的蓄水能力帶來影響，還會威脅水庫的安全。

3 土壩防滲處理技術的探討

3.1 土石壩垂直防滲工程

壩體、壩基滲漏是病險水庫大壩中常見的問題。病險水庫土壩的問題主要表現在三個方面［2］。

3.1.1 在土壩完工后，經行蓄水作業，由于在施工過程中選取的原材料質量不合格、土料的物理學指標不得當，導致實際的浸潤線比原設計的浸潤線高。使滲流從水庫土壩的下游坡面流出，導致下游的坡面失去穩定性。

3.1.2 由于滲流的原因，導致壩基和壩體發生具有危險性的變形。如壩基、壩體被掏空，損壞。

3.1.3 由于部分水庫處在地質條件較差的地方，基礎的防滲方式無效，導致壩基發生漏水的情況。

3.2 土石坎的垂直防滲措施

面對眾多原因導致的壩體、壩基滲漏的現象，大多數的水庫土壩設計者采用垂直防滲的方式防止土壩發生滲漏問題。地基隔水層比較淺或者是地基的透水層比較薄等問題，都適合使用垂直防滲的方式處理。采用封閉式的處理方式可以從根本上解決土壩滲流的問題。土石壩的垂直防滲方式主要有五個：劈裂灌漿防滲、土工合成材料防滲、混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲、沖抓套井回填黏土防滲。主要講解劈裂灌漿防滲、混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲這三種防滲措施。

3.2.1 劈裂灌漿防滲。劈裂灌漿防滲技術是在壩體的沿壩軸線上單排布設鉆孔，用壓力灌入泥漿，采用人為的方式把壩體軸線上的應力面劈開，用泥漿析水固結、堤體濕陷密實和漿堤互壓的原理。讓裂縫、洞穴、砂層等與漿脈相連的安全隱患能夠得到緊密、擠壓、填充。最終在水庫土壩的壩體上產生一道垂直連續的泥漿防滲墻。提升壩體的緊密程度、增強壩體的抗滲性，最終達到壩體防滲的目標。

3.2.2 混凝土防滲墻。混凝土防滲墻是使用特定的機具，在壩體或者覆蓋過程中，建造一些槽孔，用泥漿堅固墻壁，使用直升的導管，在這些槽孔內澆灌混凝土，建造一座不間斷的混凝土墻，達到防滲的目的。有的水庫地基不是巖石而且透水層比較厚，在這種情況下就可以采用混凝土防滲墻的方式對壩體和壩基的滲流情況進行預防。混凝土防滲墻主要分兩種，一種是板樁式防滲墻，另一種是槽板式防滲墻。混凝土防滲墻在垂直防滲的處理中具有可以適應各種各樣不同材料的壩體和適應復雜的壩基水文和工程地質條件的優點。如果要全面解決壩體和壩基的防滲的問題，可以在土壩頂部建造一面防滲墻直接到達基巖，防滲墻的兩邊與岸坡上的防滲設施、岸邊的基巖相連，從而建立一個全面的防滲系統。在建造的防滲系統的過程中要嚴格地遵守設計原理，保證系統的安全性。從根本上解決水庫土壩的滲流問題。建造混凝土防滲墻是處理病險水庫防滲問題的一個重要方式。在20世紀50年代初期，意大利和法國就已經在使用混凝土防滲墻的技術處理水庫土壩的滲流問題。之后這種處理方式在各國投入使用，中國在五十年代后期的時候對這種防滲方式進行了探索和研究。這么多年來，不論是國內還是國外都在防滲墻的材料、厚度、造價和應用范圍的研究上有了新的發展。在防滲墻的使用范圍上，從新建水工建筑物的基礎上發展到病險水庫土石壩壩基和壩體的處理問題上。在城市建筑地基的基礎和碼頭建造工程上的使用范圍不斷擴大，目前，混凝土防滲墻的使用前景十分的廣闊。

3.2.3 高壓噴射灌漿。高壓噴射灌漿技術就是鉆機鉆孔達到設計深度，然后放入一個噴射管，用高壓的液流沖攪需要灌漿的地層，破壞地層中的土體結構，用灌入的水泥漿或復合漿，把被沖攪部分的泥漿置換出來。在沖攪的過程中，噴射管一邊向上升一邊旋轉，讓灌入的水泥漿或者復合漿在凝固后形成一個凝結體，這種方式形成的凝結體穩定性高、抗滲性強，相對強度比較高。建造一段不間斷的混凝體，可以作為一道防滲墻，攔截滲流的通道，最終達到水壩防滲的目的。高壓噴射灌漿的防滲方法在噴射方式上分旋噴、定噴和擺噴三種方式。定噴會形成板狀，旋噴會形成柱狀，擺噴會使墻體的長度和厚度處在定噴和旋噴之間，高壓噴射灌漿技術適合用在各種地層中，在砂卵石層中的防滲效果尤為顯著。施工方式的差異使高噴灌漿的防滲方式分為單管法、兩管法和三管法三種不同的方式。三管法就是用三管輸送水、氣、漿這三種施工材料，水和氣同軸噴射，讓內嘴噴射的高壓水與外嘴噴射的環繞氣流互相沖擊、切割地層，下方的噴嘴噴射凝結體，這種施工方式形成的凝結體寬度比兩管法大。用高壓噴射灌漿技術，可以有效地控制水庫土壩的滲流問題，保護壩體不受滲流的侵害。

4 結語

評估水庫土壩的安全性、研究水庫土壩的治理方式，可以及時了解水庫的狀況，發現問題及時處理，消除水庫土壩的安全隱患，避免發生事故，達到保護人民財產和安全的目的。

［1］劉杰，武建萍，高麗梅.水庫除險加固后土壩的滲流穩定分析［J］.內蒙古農業科技，2010（1）：77-79.

［2］孔偉.小型土石壩防滲加固前后滲流及穩定分析［D］.長沙理工大學，2010：9-89.