淺談土石壩防滲體及排水設(shè)施設(shè)計及應(yīng)用

楊 川 張 鷗

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西楊凌 712100）

引言

土石壩是土壩與堆石壩的總稱，是利用當(dāng)?shù)赝潦夏雺骸⒑粚?shí)等施工方法堆筑而成的擋水建筑物，由于填筑大壩的材料以土石材料為主，土壩的壩體總是透水的[1]。當(dāng)壩體擋水時，上下游存在一定的水位差，水流將通過壩體向下游滲透，使壩體內(nèi)部土料處于濕潤狀態(tài)，降低了壩體內(nèi)土料的抗剪強(qiáng)度，對壩體穩(wěn)定極為不利。因此，在壩體設(shè)計時，應(yīng)充分考慮防滲、排水設(shè)施，以消除不利影響[2]。

1 土壩防滲體

除了均質(zhì)壩直接利用壩體進(jìn)行防滲，其余壩型均需要設(shè)置專門的防滲體，按照防滲體的組成材料，我國常見的防滲體包括土質(zhì)防滲體和非土質(zhì)防滲體。

1.1 土質(zhì)防滲體

常見的土質(zhì)防滲體包括黏土心墻和黏土斜墻。黏土心墻一般位于壩體中央或稍偏向上游，心墻頂部高程較設(shè)計洪水位高出0.3～0.6m且不得低于校核洪水位。黏土斜墻一般在靠近壩坡上游設(shè)置，斜墻頂部高程高出設(shè)計洪水位0.6～0.8m且不得低于校核洪水位。土質(zhì)防滲體的斷面尺寸以及厚度通常利用滲流平均允許比降作為設(shè)計的控制條件。按照設(shè)計要求，土質(zhì)防滲體的頂部最小厚度不小于3m，心（斜）墻頂部、上游墻面均應(yīng)設(shè)保護(hù)層，其厚度不得小于1.0m。土質(zhì)防滲體與壩殼的上、下游接觸面若不滿足反濾要求均須設(shè)置反濾層。

1.2 非土質(zhì)防滲體

在土石壩工程非土質(zhì)防滲體中，較為常見的主要有瀝青混凝土和鋼筋混凝土面板。瀝青混凝土不但具有較高的防滲性能，而且還具有較好的柔性和塑性好，其放身體厚度通常取40～125cm。對于中低壩，頂部一般不小于30cm，底部取壩高的1/40～1/60。近年來許多工程都傾向于采用簡單的單層瀝青混凝土斜墻。鋼筋混凝土防滲在堆石壩中應(yīng)用較為廣泛，少量土壩也采用，防滲形式與面板居多，也有用作心墻防滲體。

2 排水設(shè)施

土石壩雖然設(shè)置了防滲設(shè)施，但在上下游水位差的作用下，仍有一定的水量滲入壩體內(nèi)。因此壩體應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施以增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定。

2.1 壩面排水

壩體下游護(hù)坡除干砌石或堆石外均要設(shè)置壩面排水，壩面排水包括壩頂、壩坡、壩坡與岸坡的連接處設(shè)置排水溝。壩面排水系統(tǒng)的布置、排水溝的尺寸和底坡由計算確定。排水系統(tǒng)應(yīng)縱橫貫通，若有馬道時，縱向排水溝宜設(shè)置在馬道的內(nèi)側(cè)，橫向排水溝每隔50～100m設(shè)置一條。排水溝可采用混凝土澆筑或漿砌石砌筑，斷面一般采用矩形形式，其深度不小于0.2m，寬度不小于0.3m。

2.2 壩體排水

壩體內(nèi)部大量的滲水量對于壩坡的穩(wěn)定性極為不利，通過設(shè)置壩體排水設(shè)施，可將多余的滲流量排出，可達(dá)到降低壩體浸潤線和孔隙水壓力得目的，保證壩體的穩(wěn)定性[3]。常見的壩體排水設(shè)施主要有以下幾種型式。

2.2.1 貼坡排水

貼坡排水是土石壩工程中最為簡單的一種排水型式，一般設(shè)置在壩體下游坡的表面，由一、二層堆石或砌石加反濾層鋪設(shè)而成，不深入壩體內(nèi)部，排水體頂部應(yīng)高出浸潤線逸出點(diǎn)以上一定距離。這種排水型式具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料、檢修方便以及保護(hù)壩體下游壩坡不被沖刷等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是不能降低壩體浸潤線，且防凍性較差。主要適用于下游無水的中小型均質(zhì)土壩或滿足壩體浸潤線較低的中等高度土壩。

2.2.2 棱體排水

棱體排水是土石壩工程中普遍使用且效果最好的一種排水型式，一般在壩體下游的壩腳處利用塊石堆成棱體，棱體排水也叫做濾水壩趾。棱體頂部高程必須超出下游最高水位0.5～1m，頂寬不小于1m，一般棱體內(nèi)坡為 1：1.0～1：1.5，外坡為 1：1.5～1：2.0。棱體排水不但能夠降低壩體浸潤線、保持壩體下游壩坡坡腳不被掏刷，且還具有支持壩體，增加壩坡穩(wěn)定性的作用，但這種型式的缺點(diǎn)是石料用量較大，費(fèi)用較高，與壩體施工相互干擾且檢修困難。一般適用于地區(qū)石料資源豐富且壩體較高的土石壩工程。

2.2.3 褥墊式排水

褥墊式排水是伸入壩體的一種平鋪式排水，將塊石平鋪在壩體下游部分的地基上，其伸入壩體長度不超過壩底寬度的1/3～1/4，厚度約為0.4～0.5m，向下游布置0.005～0.01的縱坡。這種排水型式能夠顯著的降低壩體浸潤線，有利于壩基排水。這種排水型式的缺點(diǎn)是對壩基產(chǎn)生的不均勻沉陷適應(yīng)性較差，排水層易斷裂，檢修困難，若壩體下游水位超出排水設(shè)施時，降低壩體浸潤線的效果將顯著下降。這種排水型式適用于下游水位很低并且需要大幅度降低浸潤線的情況。

2.2.4 綜合式排水

實(shí)際工程中往往將兩種不同的排水型式組合在一起使用稱為綜合式排水，如褥墊排水與棱體排水相結(jié)合，貼坡排水與棱體排水相結(jié)合，貼坡、褥墊與棱體排水相結(jié)合等型式，可充分發(fā)揮出各種排水型式的優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語

在土石壩的各類型破壞型式中，由滲流產(chǎn)生的破壞占絕大部分，并且造成的后果也極為嚴(yán)重。土壩在設(shè)計時采用“上防下排”的思路，通過選擇合理的防滲體及排水設(shè)施，有利于土石壩正常運(yùn)用工作，進(jìn)而延長土石壩的使用壽命。