土石壩施工中的滲流控制

王金玉

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽110166）

土石壩施工中的滲流控制

王金玉

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽110166）

通過土石壩滲流產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，并簡要介紹這些措施的特點和適用范圍，文章最后以焦坑水庫維護為例，為土石壩工程在今后新建和維護、改造中的滲流控制提供借鑒參考。

土石壩；滲流；連續墻

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、造價低、適應地基變形能力墻、施工方法靈活、技術簡單、維護方便等諸多優點而廣泛應用與大壩的建設中。但是由于土石壩壩體的結構形式屬于散粒體，上下游的水位差形成壓力差導致高水位的水經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實意義。

1 土石壩滲流產生的類型和原因

土石壩根據產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、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）填筑質量差，分層碾壓時，分層太后，碾壓、夯實等設備的碾壓、夯實能力過低，導致碾壓和夯實效果不好，甚至施工組織疏漏導致部分地方漏壓，導致壩體滲漏。

（3）壩內涵管漏水。壩內涵管外壁填土質量差，夯壓不夠密實、涵管未做截水環，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打洞、筑巢。

（5）壩體由于不均勻沉降導致壩體出現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，嚴重的可產生變形，出現渾水或翻砂。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。砂卵石基礎壩前未做鋪蓋，或厚度不夠、質量不好被水壓擊穿；對于強透水擠出，壩體與壩基部位未做截水槽、截水墻。

（3）庫區粘土鋪蓋下沒有設置反濾層，導致滲水壓力破壞了鋪蓋。

（4）管理問題。施工時庫內取土破壞了天然鋪蓋；空庫時形成的鋪蓋裂縫未進行處理；壩后取土、挖魚池破壞了地基的滲流穩定。

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，這種滲流隨著遠離壩端逐漸減弱，最嚴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，導致阻水性不好。

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

（3）巖石風化嚴重，壩山結合部清基不徹底，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行控制。

2.1 充填灌漿

充填灌漿實質上是填充壩體中的孔隙、裂隙等空隙之處，包圍固結土?；虼┩负蛿D壓土層的作用，達到提高承載力，改善形變條件，加強防滲。灌漿材料的選擇主要有水泥灌漿材料、粘土灌漿材料、膨潤土灌漿材料、瀝青灌漿材料、化學灌漿材料等。但無論選擇哪種灌漿材料，都需要滿足顆粒細、穩定性好、膠結性強、結石強度高和良好的耐久性以及結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、挖槽機械在壩體中以泥漿固壁，挖掘槽型孔或連鎖樁樁孔，在槽內澆筑混凝土，或回填其它防滲材料筑成的具有防滲功能的地下連續墻。其施工方法成熟，檢測手段簡單直觀，工程質量可靠。適用于各種地質條件，從松軟的淤泥到密實的砂卵石、甚至漂石和巖層中，雖然施工有難易之分，但是用當前的技術都可建成防滲墻。

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。

對于一般的水利工程，滲透系數K＜10_13～10_15c m/s單位時，質量滿足要求的土工膜是可以認為滿足防滲要求的。土工膜的滲透性可以用滲透系數或透水率來表示，土工膜的滲透系數不是一個固定值，而是隨土工膜所承受的正壓力而變化，總的趨勢是隨壓力的增加而減少。

土工膜是防滲結構的主題，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、板樁等措施進行控制。

粘土截水槽適用于透水性強、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：一是當壩基沖擊層厚且為多層結構，利用其中的粘土層作為隔水層時，應注意隔水層的完整性。二是當壩基沖擊層較薄，利用下伏基巖作為隔水層時，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，形成一道連續的防滲幕墻。其目的是減少壩基的滲流量，降低壩低滲透壓力，保證基礎的滲透穩定。根據作用水頭和具體地質條件來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，特殊情況時也會使用高分子化學溶液。

2.4 繞壩防滲

在實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、導滲排水等方式來防止繞壩滲漏。

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粘土或澆筑混凝土、鋼筋混凝土。用來防止地下水流動，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致的大面積滲漏，可以沿岸坡修建粘土斜墻來進行處理。斜墻的底部應當嵌入不透水層中，或者向上游延伸以粘土鋪蓋，斜墻頂部以上區域應沿著山腰設置截水溝，引導雨水排泄。

對于壩肩處巖石節理裂隙比較小、巖石風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進行處理。在水位比較穩定的部位，用水泥砂漿進行抹面，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進行護坡防滲。

對因岸坡巖石裂縫產生的繞壩滲漏，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。如岸坡內有洞穴與水庫想通，應按反濾要求堵塞洞穴，上游面再用粘土回填夯實。

3 案例介紹

3.1 概況

焦坑水庫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。大壩為均質土壩，壩高27.78m，總庫容160萬m3，灌溉農田5200畝。建庫以來，在提高灌區人民生產、生活水平方面作出了重大貢獻。但是由于水庫建設年代比較早，使用時間過長，導致水庫出現了很多安全隱患。另外水庫缺乏合理有效的運行管理制度，缺少對水庫的維修養護，水庫出現了大大小小的滲漏問題，導致水庫的蓄水位達不到原計劃，制約灌區經濟發展和水庫的綜合利用。

在1972年蓄水時，壩身就滲漏嚴重。1978年7月14日，庫水位69.3m時，實測滲漏流量達273.02L/s。庫水位為68m時，在土壩背水坡左側高9.3m處，還有一個明顯漏孔，孔徑達4c m，滲漏量達69.12 L/s，僅此兩處合計就達342.14 L/s。

當時經專家分析和勘察，發現滲漏主要發生在壩體部分（壩基未出現異常滲漏情況），屬壩體滲漏，其主要原因是壩體填筑土土質不均一，干密度值偏低，滲透穩定性差，壩體碾壓質量差；壩體與岸坡結合處處理不好。

3.2 防滲墻施工

根據該工程的特點，最終選取修建防滲墻來改善該土石壩的抗滲流能力。

（1）施工準備。包括人力準備、儀器及設備準備和施工臨時設施準備，工程專門設置基礎處理作業隊和施工技術管理專業人員。基礎處理技術負責人1人，技術員2人，技術工人12人。本工程投入全鉆儀1臺、水準儀1臺、沖擊式鉆機4臺、混凝土輸送泵1臺。施工臨時設施包括供電、供水設施、防滲墻導墻及施工平臺。

（2）地下連續墻成槽。施工前對粘土的料場進行勘察，在料場進行取樣試驗分析，理想的粘土料場應粘粒大于50%，塑性指數不小于20，含砂量不大于5%。造孔前做好事故預防及相關的處理預案。造孔施工時盡量選擇低水位的季節，開鉆前對槽壁土體進行加密處理，以提高槽壁土體的摩擦角和抗剪強度；施工過程中嚴格保證固壁泥漿的質量，嚴禁為了節省成本而降低泥漿標準，嚴防廢水流入槽內，降低泥漿質量造成槽壁失穩；施工同時準備足夠量的泥漿和堵漏材料，一旦發生漏漿可以及時堵漏和補漿。

（3）墻體材料。工程墻體材料設計為塑性混凝土，其一般抗壓強度小于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%；細骨料的砂子細度模數2.68～3.0；粘土的粘粒含量不小于50%，塑性小于35%；

4 結論

當前我國有些土石壩由于設計不合理、施工不嚴謹、管理不妥當等原因成為病危大壩，對國民安全和經濟發展產生了重大威脅，我們不僅要做好新建土石壩的防滲控制，還需要對病危大壩做好維護、改造，使這些大壩達到使用要求，更好地為經濟發展和人民生活服務。

［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.水庫土石壩工程滲漏的常見類型、原因及處理實例［J］.科技創新導報，2008（06）：56_59.

T V 641

B

1008_1305（2015）06_0096_03

王金玉（1988年—），男，助理工程師。