堤壩工程中的滲透原因分析及治理措施

佛山市高明區荷城街道水利所 528500

摘要：本文概述了堤壩滲流的危害、滲流原因分析以及具體的防滲加固措施，并對不同的防滲處理方法的利弊作簡要分析探討，最后以實際案例為實例，具體分析大壩滲流產生原因和采取防滲措施以及工程處理后的實際效果，總結土石壩防滲處理方法，旨在為今后類水庫堤壩除險加固參考。

關鍵詞：堤壩；滲流危害；防滲加固措施

0引言

堤壩滲流分析與防滲技術處理是堤壩除險加固的重要。滲透破壞在堤壩工程中非常普遍，要做好滲透破壞的除險加固工作，就要摸清險情，對癥下藥。首先要了解滲透破壞的類型并進行成因分析，然后根據滲流控制原則和具體的工程地質條件，選擇經濟合理的除險措施，最后按所選的防滲技術進行精心施工，達到根除滲透破壞的目的。

1堤壩滲流的危害

堤壩以及水庫有部分建造在軟土地基上，尤其是土石壩的筑壩土與壩基土滲透系數較大，必須進行滲流分析和采取正確的防滲措施，否則會造成壩身、壩基滲漏過大，危及工程的安全。滲流產生的危害主要有：

①堤壩滲流過大，損失水庫蓄水量。一般來說，水庫壩身、壩基透水性比較強。如果防滲不當，堤壩擋水后，由于上、下游水位差的作用，滲水將從上游經壩體和壩基的顆粒孔隙向下游滲透，應有的蓄水量減少，工程效益降低，甚至導致水庫無法蓄水的現象，并引發水庫周圍土地沼澤化，污染環境。

②浸潤線過高，影響壩體穩定。嚴重的壩身和壩基滲漏，常會導致壩身浸潤線抬高，使下游壩坡出現散浸現象，降低壩體的抗剪強度，甚至造成壩體滑坡。

③滲透比降超臨界，產生滲透破壞。在壩身或壩基發生滲流時，若滲流的滲透坡降大于臨界坡降，將誘使土體發生管涌、流土、接觸沖刷、接觸流失等滲透變形，甚至產生集中滲漏，導致垮壩失事。

2、堤壩工程中的滲透原因分析

堤壩滲透破壞主要表現為集中滲漏、管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土。堤防滲透破壞險情主要分為堤身滲透破壞和堤基滲透破壞。

2.1堤身滲透破壞的原因分析

堤身的滲透破壞包括三種類型：滲水（散浸）造成的堤坡沖刷、漏洞和集中滲流造成的接觸沖刷。

①堤坡沖刷

堤坡沖刷系由背水堤坡滲水所致。一種是堤坡的出溢比降大于允許比降而產生的滲透破壞，另一種是滲水集中后造成對坡面的水流沖刷。

②堤身漏洞

堤防背水坡及堤腳附近出現貫穿堤身的流水孔洞稱為漏水洞。由于漏水洞中的集中水流對土體的沖刷力很強，因此對堤防的危害性極大。

③堤身接觸沖刷

當堤身發生集中滲流且沖刷力大于土體的滲透強度時，在集中滲流處就會產生接觸沖刷破壞。由于接觸沖刷的發展速度往往較快，因此對堤防的威脅很大，必須對其進行除險加固。

2.2堤基滲透的原因分析

堤基的滲透破壞常表現為滲水、土層隆起、膨脹、斷裂等，通常統稱為管涌。隨著汛期水位的升高，背水側堤基的滲透出逸比降增大，一旦超過堤基的抗滲臨界比降就會產生滲透破壞。首先在堤基的薄弱環節出現，如表土層較薄的位置。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，發展速度快，容易形成管涌洞，一旦搶險不及時或措施不得當，就有潰堤災難發生的危險。

3、堤壩工程防滲加固方案選擇的分析

在堤壩的滲漏處理中，對上游要依據“鋪、截、堵”的原則進行處理，而對下游則要遵循“導、減、排”的處理原則。多處實踐證明，依照這種防滲處理原則進行實施的防滲施工都取得了良好的防滲效果。

3.1堤身滲透的防滲加固方案選擇

⑴滲水加固方案的選擇

滲水往往會導致背水坡的脫坡、沖刷、流土甚至形成漏洞和陷坑，應根據其產生的原因和危害程度，采取相應的工程措施進行除險加固。對威脅背水坡抗滑穩定的嚴重有害滲水，可采用填筑壓實法、機械吹填法或放淤固堤法加寬培厚堤身，也可以在臨水坡外邦或增建防滲斜墻，或采用劈裂灌漿、錐探灌漿、垂直鋪塑等做垂直防滲。

⑵漏洞和跌窩的加固方案選擇

堤身漏洞和跌窩往往由生物洞穴產生，汛前較難發現，但這種險情在汛期往往發展很快，加之堤身斷面有限，對堤身的危害很大，汛期搶險困難，釀成潰口者有之。為防患于未然，汛前應首先對漏洞和跌窩隱患進行巡視、探查。對洞穴應采取開挖回填的方法進行除險，如果開挖回填困難可以采取充填灌漿的辦法進行處理。

⑶集中滲流的加固方案選擇

對堤身與穿堤建筑物基礎接觸面的集中滲流，可采用高噴或靜壓注漿在臨水側做垂直防滲，也可以在接觸面采用靜壓注漿的辦法進行處理，必要時在背水側做反濾保護。對堤身與穿堤建筑物側墻間的集中滲流，可以采用接觸面靜壓注漿的方法進行處理。對新老堤身結合的水平層面產生的集中滲流，可采用臨水側開挖回填封堵或接觸面充填灌漿的方法進行處理。對堤防分段建設的結合部產生的集中滲流，可采用臨水坡截滲或結合部擠密灌漿的方法進行處理，必要時在背水坡采取反濾保護措施。

3.2堤基滲透的防滲加固方案選擇

修建于雙層和多層地基、透水地基、巖石地基上的堤防，經滲流計算，堤基、背水坡或堤后地面滲流出逸比降不能滿足規范要求，或者汛期曾經出現過嚴重滲漏、管涌或流土破壞險情時，應根據具體情況選擇一種或多種措施來達到除險加固的目的。

⑴雙層或多層地基的防滲加固方案

對背水側地基覆蓋層較薄且透水層較深的情況，可以采用壓實填筑法或吹填法增加蓋重，也可以采用在背水堤腳外適當位置設置減壓溝或減壓井的方法。同時也可以考慮蓋重和排水減壓溝井聯合使用的形式，以達到根治地基滲透破壞的目的。對覆蓋層較厚且下臥強透水層較深的地基，宜采用蓋重措施進行處理，蓋重宜采用比覆蓋層滲透系數大的透水材料。對多層地基且存在淺層弱透水層的情況，宜采用壓滲蓋重或結合減壓措施進行除險。

⑵巖石壩基防滲加固方案

對強風化造成巖基或堤身滲透破壞的情況，可以采用地基帷幕灌漿的方法進行處理，對臨水側有外灘的情況也可以使用鋪蓋防滲，必要時可在背水堤腳附近采取反濾保護措施。當巖溶或其它原因使巖基滲水量過大，以致危機堤防安全時，可采用模袋灌漿或充填灌漿堵塞漏水通道，必要且有條件時可加設防滲鋪蓋。

3.3堤壩防滲加固方案中的主要灌漿方法

⑴低壓速凝式灌漿法

這種灌漿方法一般用于高危水位下搶險堵塞管涌，它可根據管涌所處位置的地質情況（即粘土層或砂礫層）分別采用30型鉆機或50型鉆機鉆孔，然后先向孔內注入浸水后即膨脹的物質，再以小于49kPa的壓力徐徐向孔內灌入加進速凝劑水玻璃的水泥漿。注入膨脹物質是為了加大管涌內阻力，減慢管涌內水流速度，防止水泥漿隨水流出；加入速凝劑，水泥漿能很快凝固而堵塞管涌。

⑵高壓填充式灌漿法

高壓填充式灌漿主要用于堤基基礎灌漿，亦用于堤身蟻穴、溶洞的填充。用于基礎灌漿時，須用50m工程鉆機在需灌的堤段從堤頂鉆孔，孔距1.5～2.0m，孔深以鉆入基礎穿過砂層進入礫石層2m左右為宜。灌漿時壓力一般為127.40～166.60kPa，套管下到填土層保證堤身干燥，基礎部分砂礫層灌入水泥漿，然后逐步提升到土層，以黃泥漿封孔。這種灌漿法主要用于治理因基礎不良而引起的管涌。用于填充蟻穴、溶洞時，灌漿用30型鉆機先在蟻穴或溶洞周圍布孔灌入泥漿，形成包圍圈，然后進行填充，則填滿為止。

⑶劈裂式帷幕灌漿法

這種方法主要用于加固堤身，防止堤身滲漏。其方法是根據堤壩曲直不同情況，用淺孔輕便鉆機或更簡單的鉆具，分別采用梅花形布孔和直線布孔方式，沿堤壩軸線從堤頂離堤外肩1.5m處鉆孔，一般孔距3m，孔深根據堤身情況分別以鉆透堤身填土或穿過堤身鉆入基礎1～2m為宜。灌漿時由下而上，少灌多復；泥漿由稀到稠，循序漸進；壓力由大到小，靈活掌握。這樣，可以較好地處理灌漿中出現的冒漿、串漿、滑坡、局部隆起等各種問題，使灌入的泥漿沿堤的軸向形成一道帷幕，達到改善堤身質量、提高堅固度和防止滲漏的目的。

4某水庫堤壩滲流與防滲技術分析

4.1水庫概況

該水庫于1976年開工建設，是一座以灌溉、防洪、發電、供水等綜合利用的重要中型水庫。水庫建成后發現主壩左岸嚴重漏水，隨之進行處理，除堵塞的白蟻洞已停止漏水外，其他漏水現象未徹底根治。

4.2問題產生原因

主壩存在三處漏水，影響壩體安全。第一處，位于左岸壩端；第二處，位于右岸壩段0+110～0+145，長約35m，沿斷層帶和破碎的巖脈滲漏是其漏水的主要途徑；第三處，位于主河床段，樁號為0+060～0+118，壩基節理密集帶和破碎的巖脈以及壩內涵管的伸縮縫為主要漏水途徑。

4.3問題解決措施

針對主壩滲漏原因復雜性，對壩體及壩基防滲提出二個方案進行比較選擇。第一方案：灌漿方案；第二方案：土工膜防滲結合壩基帷幕灌漿處理。從直接費投資上作比較，第一方案比第二方案節約186萬元；從工期和合理性上比較，第一方案可以在水庫不放空情況下施工，且施工期短，第二方案必須放空水庫，水庫將無法供水灌溉，施工時也無法導流。通過方案比較，最后選擇第一方案灌漿處理為主壩除險加固方案。

根據該水庫大壩漏水原因分析及物探結論，考慮以前灌漿漿液有可能產生干縮等原因，從樁號0+030～0+108、0+115～0+185在壩頂布設二排灌漿孔，其余壩段在壩頂布設一排灌漿孔。雙排孔排距2.5m，孔距3.0m，一排孔孔距3.0m，第一排孔距防浪墻內邊緣1.2m，第二排孔距第一排孔2.5m。全壩段共布設188孔，孔底深入相對隔水層5～8m，每孔深度為8.5～37.5m，灌漿鉆孔共4652m，其中鉆進基礎為1445m，2010年工程竣工決算790萬元。

4.4工程經濟效益

該水庫除險加固工程完成后可提高大壩安全系數，使水庫提高到正常蓄水位運行，每年可多蓄水量200多萬m3，為水庫增加直接經濟效益約30萬元。并能更有效地保護大壩下游近1萬多人民生命財產安全，具有顯著的社會效益。

5、結論

“千里之堤毀于蟻穴”，水利堤壩工程中的滲透存在較大的安全隱患，威脅人們的生命安全。因此認真分析堤壩工程中的滲透原因，并選擇正確的防滲加固方案是十分必要的。

參考文獻：

[1]關錦榮.土壩下游浸潤線逸出點上移的危害及除險加固對策.福州：水利科技，2009，（4）.

[2]肖長來.滲流理論基礎.吉林大學環境與資源學院，2006-3.

[3]邱集照.小型水庫土石壩防滲處理方案選擇.福州：水利科技，2010，（3）.

上接第282頁

（2）貼坡式擋土墻應用應注意的問題

貼坡式擋土墻結構尺寸的選取，取決于開挖邊坡的穩定性，即與工程地質條件關系很大，實際工程中可根據《灌區建筑物的水力計算與結構計算》所提相關要求，擬定貼坡式擋土墻結構尺寸；另外如果擋土墻屬于非常重要的，模擬略墻體傾倒后的情況，進一步分析其受力特點，復核其踵部壓力，如有必要，可對踵部基礎做處理使其滿足要求。

三、貼坡擋土墻的應用范圍

當擋土墻基礎開挖面受周圍已有建筑影響，或因特殊情況占地后恢復投資較大的影響下，開挖面很難擴開，施工范圍狹窄的情況下，宜采用貼坡擋土墻，可減小對原狀土的破壞，保護現狀周邊建筑；另外，貼坡式擋土墻可節省土方開挖，減少工程量，在工期和投資方面都具有優勢，在投資受限的條件下可優先采用貼坡式擋土墻。

參考文獻：

[1]水工擋土墻設計規范（SL379-2007）中華人民共和國水利部；

[2]灌區建筑物的水力計算與結構計算熊啟鈞中國水利水電出版社；

上接第283頁

（4）、加強宣傳、教育。認真學習貫穿落實國家有關環境保護的政策法規，加強環境保護技術知識的培訓，采取多種行之有效的形式，大力進行宣傳教育，充分認識水利工程建設對環境與生態可能產生的影響，牢固樹立環保理念，提高生態與環境保護的意識，養成自覺維護生態環境的良好習慣，在工程的規劃、設計、施工、運行及管理的各個環節中都要注意保護生態環境。同時，采取行政、科技、經濟、法律等措施，建立施工環境保護管理體系，明確業主、監理和施工單位的職責任務，制訂工程施工期環境保護計劃，落實環境影響評價和環境保護設計中確定的減免措施，不隨意捕獵砍伐水生動物和野生植物，注意保護動植物資源，盡量減輕施工對原有生態環境的破壞，使水利工程建設與資源環境的良性循環和社會、經濟的可持續發展相協調，在造福人類的同時，保護好生態環境。

結束語

面對未來水利事業新的廣闊的發展前景，我們要不斷創新理念，探索新思路，努力使得水利工程發展與人類社會和諧發展相適應，使水利工程的生態環境得到根本性的改觀。以科學的發展觀和現代管理手段，構建“和諧社會”，實現中國夢。

參考文獻：

[1]席酉民，葛京.和諧管理理論案例及應用[M].西安：西安交大出版社，2006，1.

[2]曹九崗，水利工程項目和諧管理，中國水利水電出版社[M].，2008，2

[3]黃曉輝，基于生態和諧理念的水利工程建設管理研究[C]，2009，2

上接第284頁

4.當鉆機下鉆過程中有些地方碰到鉆不下去時，我們采取硬打一段為10～30cm后，鉆頭退回10～20cm再前進，就是這樣一點點啃下去，有的地方啃過這段后又順利了。有時實在啃不下去，我們和監理人員去查一查現場：當場演示，鉆到整臺鉆機有上抬現象則不能打下去了。看用幾檔操作，看電流如到極限了則改為一檔或二檔，如電流仍很大，也不能打下去了，就查看鉆頭入土深度，如果達到一定要求深度就算了，可以噴灰，復攪。但要做好記錄，以便以后結算。如果進尺很少，則要求樁機移位重打，也要做好記錄。

5.對某些樁機有懷疑的，則采取施工前加荷卸荷的方法重新抽查鑒定。經常檢查水泥是否有受潮、結塊等問題。

6.在噴粉成樁過程中，要嚴加控制幾個指標：樁長。噴灰的均勻性。噴粉提升速度。復攪深度、時間、速度。將這些作為質量控制點，實行旁站監控。

四、施工完成后的質量控制

1.質量試驗：通過下列五個方法的觀察和試驗來判定它的質量。輕便觸探；28天后取三段樁身無限抗壓強度試驗；小應變動測；鉆取巖芯進行觀察和試驗；靜載試驗，而靜載試驗雖是較可靠的方法之一，但其耗資費用較大，一般對重要工程或有特殊要求的工程才試驗。大洲電排站工程水泥粉噴樁工程進行了28天后取三段樁身無限抗壓強度試驗和輕便觸探試驗，其試驗結果符合設計要求。

2.質量檢驗：粉噴樁施工質量允許偏差應符合下表的規定。經檢驗水泥粉噴樁質量符合要求。

五、結語

水泥粉噴樁具有施工工藝簡單、技術可靠、成本低廉、工期短、無污染、加固效果好等特點，適用于加固軟土地基、加固軟土邊坡及防滲工程，具有顯著的社會效益和經濟效益。總而言之，要搞好水利工程中水泥粉噴樁基礎施工的質量控制，必須進行全方位控制、全過程控制、全員參與控制的三全控制，同時又要突出重點，對重要質量控制點，實行嚴格的旁站監控，還要對常見質量問題進行預先控制。