浅谈水利工程中土坝坝基渗漏的控制与处理

浅谈水利工程中土坝坝基渗漏的控制与处理

土坝坝基渗漏容易导致坝体失事，危害国家和人民生命财产的安全。因此做好坝基渗漏控制与处理至关重要。本文从坝基渗漏原因出发，简要阐述了目前坝基渗漏控制与处理的几种措施，供国内外水工同行学习交流。

标签：水利工程 坝基 渗漏 措施

筑坝土料和坝基砂砾料是散粒体结构，颗粒间存在着大量孔隙，具有一定的透水性。水库蓄水后，在水压力作用下，库水沿着坝身、坝基和两岸地墓中的孔隙向下游渗透，造成坝身、坝基或绕坝渗漏。土坝的渗漏破坏将导致坝体失事，给国家经济建设和人民生命财产带来重大损失。据资料统计，在已破坏的土坝事故中，因渗漏造成的约占40%。因此，坝体和坝基的渗流控制是保证土坝安全的一项重要措施。

1 坝基渗漏的原因

坝基渗漏的原因主要由以下三方面造成。

1.1 勘测设计方面：地质勘探工作深底不够，未查清地层结构；天然粘土铺盖局部厚度不足，人工水平铺盖长度、厚度不足，垂直防渗深度未达到不透水层或未全部截断；粘土铺盖与强透水地基之间过渡层设置得不好。坝的两端山包较单薄，有砂砾和卵石透水层，或岩石破碎、节理发育而未采取措施，造成绕渗。

1.2 施工方面：水平或垂直防渗措施施工质量不好；坝基或两岸岩基面的冲积层、强风化层或破碎带没彻底清理；在库内任意挖坑取土使天然铺盖局部被破坏。清基不彻底，截水槽未做好下游侧反滤；两岸山坡清基不彻底，未做防渗齿槽，坝体与山坡接合边坡过陡等。

1.3 管理运用方面：水位太低致使粘土铺盖暴晒干裂；坝后减压井或排渗沟堵塞失效。

2 渗漏控制与处理的基本原则

渗漏控制与处理总的原则是“上堵下排”，目的是为了延长渗径，使渗透坡降不超过允许值。堵是指采用上游水平铺盖和坝基截渗，排是指下游排渗，主要有水平反滤垫层、减压井、排渗沟等。

一般地，垂直截渗要比水平防渗效果好，特别在减少渗流量方面更为明显。但单凭防渗措施实现完全截渗是不可能也是不经济的。因此，还需采取适当的排渗措施，进一步降低下游坝基的剩余水头，确保渗透稳定。

3 渗漏控制与处理的主要措施

目前土坝常用的坝基防渗措施，主要有：粘土水平铺盖、粘土截渗墙、垂直铺塑、排渗等。下面将分项进行论述。

3.1 粘土水平铺盖

为延长渗径、降低水力坡降，在坝上游设置水平防渗铺盖与坝体防渗体连接，过去一般用粘土铺盖，目前不少工程采用复合土工膜铺盖。对于容易产生接触流土的地层和喀斯特裂缝发育地层不宜采用粘土做铺盖，因为在水压力作用下，粘土铺盖容易被破坏，起不到防渗作用。

采用铺盖防渗必须使通过铺盖及下卧冲积层内的渗透坡降，不超过各自允许的渗透坡降；坝下游渗流出逸处的剩余水头不产生渗透变形；渗流量控制在合理范围内。

铺盖厚度应保证各处的渗透坡降不大于允许坡降，应自上游向下游逐渐加厚。一般前端厚度约0.5-1.0m，末端不应小于1/6~1/10水头。铺盖与坝身防渗体连接处应适当加厚。水库放空，铺盖有干裂、冻融的可能性时，则应加铺一定厚度的保护层。铺盖土料渗透系数应不大于10-5cm/s，坝基土的渗透系数与铺盖土料渗透系数的比值应大于100。

铺盖长度应满足地基中的水力坡降小于其允许水力坡降。当铺盖长度达到一定限度时，再增加长度，其效果就不显著，这个长度一般称为铺盖的有效长度。因此，设计铺盖长度不应超过有效长度。一般情况下，土坝的有效铺盖长度可采用5-8倍水头，对水头较大，透水层较深的坝基可采用8-10倍水头。

铺盖与河床表面透水料之间要严格按反滤要求施工，还要对两侧岸坡进行封闭以形成完整的防渗体系，避免产生绕坝渗漏。

3.2 粘土截渗墙

当覆盖层深度小于15-20m时，可采用粘土截水槽防渗方案，对于多层土质的坝基，因水平渗透系数比垂直渗透系数大得多，采用粘土截水墙效果更佳，施工质量也容易保证。如果覆盖层很深时，也可采用多排帷幕灌浆，但效果不如粘土截水槽。

截水槽的底宽应视水头和填筑土料性质而定，一般为水头的0.1-0.2倍，截水墙底部须达到新鲜基岩，下游坡与坝基土接触面须做好反滤。实践证明，当拦截透水层总深度90%与全部拦截的防渗效果大不相同，且前者还有可能造成集中渗透冲刷。

3.3 垂直铺塑

垂直铺塑防渗技术是近年来发展起来的一项新技术，造价较硅防渗墙、高压

喷射防渗墙都低，每平方米综合单价40-60元，防渗效果明显，但受地质条件，应用范围受到一定的影响。

垂直铺膜基本工艺流程为：开沟造槽——铺设塑料薄膜——回填沟槽等。开沟造槽是垂直铺膜的关键技术环节，该工序除利用高压水流和刮板对土体进行冲切、刮搅外，还与反循环装置相结合，将不能搅拌成泥浆的大颗粒从槽底吸出，形成槽壁规整、顺直的沟槽。开沟造槽机按破土开沟形成不同，分为往复式、刮板式和旋转式。

开沟造槽深度达到设计要求后，把竖向固定杆插入缠有土工膜的圆管内，放入沟槽，然后将土工膜起端用细钢管缠数圈，向后拉一定距离插在沟槽内，随着造槽机的前行，人工转动塑料薄膜卷，使塑料薄膜平顺地铺展在槽中。

膜与膜之间可采用粘接、缝合、搭接措施，使塑膜成为一个连续的整体。塑料薄膜铺设于沟槽后，应及时回填，以防沟槽坍塌。沟槽回填采用人工回填和泥浆淤沉相结合的方法，亦即土工膜铺设后，先向槽内均匀推放一定数量的粘性土，再将砂砾泵输浆管出口置于已铺好土工膜的沟槽内，利用新开沟槽底部吸出的泥浆淤沉结合人工投入土料来回填沟槽。

3.4 排渗

当防渗和截渗还达不到渗流稳定要求时，在堤坝下游渗流出口处设置排水井进行排渗，将坝身或坝基内的渗水顺利地排出坝外，使土体的土粒保持稳定，不被带走，以达到降低浸润线，减少渗压水头，降低坝后水位，防止发生渗透变形破坏。

坝身导渗主要在土坝背水坡的渗漏部位，根据渗漏的程度，选用，适当的导渗措施，以导出坝身内渗透水，降低浸润线，使坝坡保持干燥稳定。

坝后导渗主要有排渗沟、减压井及压渗等措施。当坝基为多层地基，表层为弱透水层，其下为强透水层，而表层又不太厚时，常采用排渗沟作为排水减压的措施，同时也可以将坝基与坝体渗水引向坝的下游。当多层地基，表层为弱透水层，其下为强透水层，而表层较厚时，在坝脚下游地基内每隔一定距离利用钻机钻孔，穿过弱透水层，直达强透水层的一定深度，可以把地基深层的承压水导出地面，以防止坝基土料渗透变形，并可防止下游地区沼泽化。当利用透水料作为水平反滤压重，既可将土体中渗水排出，又能给渗透土体以一定的压重，以抵抗渗压水头，增强地基渗透稳定。压渗长度，应使其末端弱透水地基中的实际水力坡降小于它的允许水力坡降。压渗厚度根据弱透水层底面水位与下游水位差确定。

此外，土坝坝基的截渗措施还有灌浆（静压灌浆、劈裂灌浆）、高压喷射防渗墙、多头小直径深层搅拌桩、硅防渗墙等。

4 小结

坝基截渗的各类措施，均有其不同特点和应用条件，应在查清渗漏成因的基础上，通过技术、经济比较合理选取。首先要加强前期地质勘察工作，在决定防渗措施之前，要考虑各方面的因素，其中最主要的是坝址的水文地质条件。其次利用天然铺盖时，必须查明铺盖土料的料源、级配、最大千容重、最优含水量、渗透系数及允许渗透坡降等。再次)做好下游排渗，即“上堵下排”，才能保证坝墓渗透稳定。最后应注重方案比选。对初选的截渗方案，要从可靠性、经济性、施工难易程度等方面进行分析，择优选取。

参考文献：

[1]张景秀.坝基防渗与灌浆技术.北京：中国水利水电出版社，1992.

[2]牛运光.土坝安全与加固.北京：中国水利水电出版社，1996.

[3]夏可风，赵存厚.地基与基础工程技术新进展.北京：中国水利，2004.10.