土質(zhì)壩水庫滲漏的主要原因及防滲處理措施

呂瓊芬

（昆明市嵩明縣水利水土保持管理站，云南嵩明651708）

水庫滲漏通常是指水體向周圍護(hù)區(qū)（庫盆、堤防保護(hù)區(qū)）以外滲流而產(chǎn)生水量漏失的現(xiàn)象。如滲漏量較大，將顯著降低水庫效益，降低軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，使某些巖土或斷裂帶充填物產(chǎn)生滲透變形，引起壩肩、壩體滑動(dòng)等環(huán)境地質(zhì)問題，造成下游農(nóng)田浸沒和鹽漬化等。這種滲漏現(xiàn)象通常是循序漸進(jìn)的，一般不會(huì)立即造成水庫堤防潰決、垮壩等災(zāi)難性后果。但是，滲漏問題不容忽視，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)踐，提出相應(yīng)的措施和處理方法。

現(xiàn)以昆明市嵩明縣獺貓洞水庫為例來進(jìn)行概述。獺貓洞水庫始建于1956年，1957年4月竣工，后進(jìn)行再次擴(kuò)建，于1979年達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模，大壩為均質(zhì)土壩。壩頂長(zhǎng)91.0 m，寬1.0 m，最大壩高25.2 m，總庫容為228萬m3。獺貓洞水庫以灌溉、防洪為主，兼顧供水，年供水量128.5萬m3,目前承擔(dān)著小街鎮(zhèn)412 ha農(nóng)田灌溉及下游35218人的防洪保護(hù)任務(wù)。水庫的安全運(yùn)行對(duì)小街鎮(zhèn)乃至嵩明縣的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用，同時(shí)具有較重要的防洪保護(hù)作用。

1 土壩滲漏的主要表現(xiàn)形式

土壩滲漏常見的有壩基滲漏、壩體滲漏、涵閘滲漏、接觸滲漏、繞壩滲漏和溢洪道滲漏等，現(xiàn)分述如下。

1.1 壩基滲漏

通常是指水體沿壩基和壩肩透水巖土帶滲流而發(fā)生漏失水量的現(xiàn)象。由于土壩對(duì)地基強(qiáng)度的要求不高，因此基礎(chǔ)的防滲處理好壞直接關(guān)系到土壩的運(yùn)行安全。如嵩明縣獺貓洞水庫壩腳處現(xiàn)為一魚塘，當(dāng)魚塘水位降低時(shí)，靠壩腳一側(cè)有明顯的滲水，滲流量約0.2 L/s（目測(cè)值），壩基下部分布著東川泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，強(qiáng)風(fēng)化節(jié)理、裂隙發(fā)育、中等透水，壩基的礫石、漂石為壩基的滲漏提供條件。兩壩肩分布的強(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，屬中等透水層，它也為滲漏提供了條件。

1.2 壩體滲漏

主要是指水體透過壩身滲流而造成水量流失的現(xiàn)象。由于土壩是由土料構(gòu)筑而成的，而土料具有一定程度的透水性，在持續(xù)高水位下，如果填筑的土料選擇不當(dāng)或夯壓不實(shí)，滲透到壩體內(nèi)部的水即會(huì)相應(yīng)增加，浸潤(rùn)線和出逸點(diǎn)也會(huì)明顯抬高，如不及時(shí)處理，就可能發(fā)生滑坡、漏洞、塌坑等，因而對(duì)土壩的安全和穩(wěn)定危害很大。其演變過程通常是從潤(rùn)濕、散浸、集中滲漏而引起。如嵩明縣的小（1）、?。?）型水庫，多為上世紀(jì)五六十年代修建，囿于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和認(rèn)識(shí)水平，土壩始建時(shí)未對(duì)樞紐區(qū)進(jìn)行任何地質(zhì)勘探工作。施工中受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件的制約和影響，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，壩基及兩壩肩清基不徹底，未采取任何防滲措施。上壩土料采用人工挑運(yùn)，粘粒含量不均，級(jí)配較差，壓實(shí)度低，透水性強(qiáng)，水庫投入運(yùn)行后，即表現(xiàn)出諸多病險(xiǎn)，下游壩坡大面積濕潤(rùn)，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的散浸現(xiàn)象。如獺貓洞水庫，左壩肩下游高程1998.33 m有一滲漏出水點(diǎn)，滲流量約0.15 L/s（目測(cè)值）。當(dāng)庫水位高于1999.60 m時(shí)，漏水點(diǎn)產(chǎn)生滲漏，庫水位低于1999.60 m時(shí)，漏水消失，說明左壩肩下游岸坡出水點(diǎn)與庫水有密切聯(lián)系，為接觸帶滲漏及繞壩滲漏所致。

1989年對(duì)獺貓洞水庫大壩進(jìn)行灌漿處理，效果并不明顯。1998年再次進(jìn)行灌漿處理，于壩前1 m布設(shè)一排間距2 m的灌漿孔，灌漿孔平均深度24 m，伸入壩肩2 m，效果明顯，運(yùn)行至今壩體未出現(xiàn)壩坡浸潤(rùn)和滲漏現(xiàn)象。

1.3 涵閘滲漏

涵閘滲漏是指水體通過涵閘破損斷裂部位或因周邊止水失效，或因閘身不均勻沉陷導(dǎo)致閘體變形并在其周邊接觸處發(fā)生的水體流失現(xiàn)象。嵩明縣內(nèi)的?。?）、?。?）型水庫涵閘普遍存在著輸水高、中、低涵管，均為壩下涵管，涵洞為水泥漿砌石結(jié)構(gòu)，經(jīng)多年運(yùn)行，砌體老化，出現(xiàn)砌縫中間多處漏水，影響壩體安全。如獺貓洞水庫輸水涵洞分為高、中、低涵，均為砌石結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)置于第四系全新統(tǒng)殘坡積層之粉質(zhì)粘土、含礫粉質(zhì)粘土之上，其力學(xué)強(qiáng)度較高，壓縮變形較小，產(chǎn)生的變形破壞較小。由于壩體滲漏嚴(yán)重，砌石結(jié)構(gòu)老化，在大壩滲漏水作用下產(chǎn)生浸滲，形成貫穿墻體的滲漏通道。1998年對(duì)大壩進(jìn)行灌漿處理后，涵洞滲漏總量明顯減少，灌漿線以前滲漏依舊嚴(yán)重，后段逐漸減小，但滲漏失穩(wěn)威脅依然存在，特別是低涵頂部及邊墻滲水多達(dá)13處，其中有5處存在集中滲水點(diǎn)。

1.4 溢洪道滲漏

如加以歸類也可列入接觸滲漏，最常見的有三種。一是水庫大壩加高時(shí)，對(duì)原遺留的臨時(shí)溢洪道部位未做妥善處理，結(jié)果在結(jié)合層面上發(fā)生滲水。如獺貓洞水庫的溢洪道在1998年進(jìn)行過改造和閘門更換，目前，左側(cè)新澆混凝土與老砌體結(jié)合部有滲水，觀察分析可能是結(jié)合部未清理干凈、混凝土澆搗不密實(shí)所致。二是溢洪道位于土基或風(fēng)化巖基上而基礎(chǔ)又未做很好的處理，結(jié)果在高水位時(shí)造成庫水沿溢洪道基礎(chǔ)向下游滲流。三是溢洪道與壩體導(dǎo)水墻和底板結(jié)合部，未做有效的防滲處理，導(dǎo)致高水位泄洪時(shí)，水流向壩體一側(cè)滲流。

2 滲漏成因分析

造成土壩滲漏的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，但概括起來，有以下幾種。

2.1 設(shè)計(jì)上的缺陷

五、六十年代群眾性水利運(yùn)動(dòng)時(shí)，曾成功修建了一大批水利工程，其豐功偉績(jī)有目共睹。但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和認(rèn)識(shí)水平，加上片面追求高速度和“土法上馬”，許多小型水利工程采取“邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工”的方法，致使許多工程缺乏規(guī)范的圖紙即倉促上馬。設(shè)計(jì)思想上則片面追求“多、快、好、省”，盲目照搬蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，大量采用了壩下涵管、經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)邊坡而未認(rèn)真考慮放水、檢修、泄洪等需求，致使溢洪道和放水涵管尺寸偏小，壩身過于單薄或壩坡偏陡，部分水庫防滲體斷面偏小。?。?）、?。?）型水庫未在壩后設(shè)置反濾措施，導(dǎo)致出逸點(diǎn)偏高和大面積散浸及漏水。

2.2 施工上的缺陷

群眾性水利運(yùn)動(dòng)中，缺少必要的質(zhì)量檢測(cè)和控制手段，致使輾壓強(qiáng)度不夠，或填筑土料多雜質(zhì)并有較大土塊（豬肝土等）未充分粉碎夯實(shí)，或每層填筑厚度過大（≧40 cm），分段施工接頭處又未做有效搭接。另一種常見的通病是大壩經(jīng)多次加高，新老土結(jié)合部往往未做有效處理，從而出現(xiàn)結(jié)合層面上的分層現(xiàn)象并導(dǎo)致水平向滲水。三是大壩加高時(shí)，防滲體（心墻、斜墻等）與壩體和兩側(cè)山坡結(jié)合部未筑嵌槽或做妥善處理。四是溢洪道與壩體、山體的連接部分以及導(dǎo)水墻等，未做有效的防滲或截滲處理，壩后排水反濾體質(zhì)量差或失效，從而造成浸潤(rùn)線和出逸點(diǎn)抬高，滲水從坡面上逸出。

2.3 地質(zhì)上的缺陷

受經(jīng)費(fèi)和開工期限制約，絕大部分?。?）型水庫及重要山塘在營(yíng)建前未進(jìn)行地質(zhì)勘探。部分水庫建于溶巖或覆蓋層很深的地區(qū)，施工時(shí)未很好開挖或無法挖到新鮮基巖，發(fā)現(xiàn)問題后也未修筑防滲鋪蓋或?qū)嵤┽∧还酀{，最后導(dǎo)致壩基滲漏和壩后沼澤化。還有些水庫堤防為了減少填筑方量和節(jié)約投資，將嚴(yán)重風(fēng)化或節(jié)理發(fā)育破碎的部分山包未處理或略加處理后，即作為壩體的一部分，造成壩體滲漏。

2.4 材料上的缺陷

五六十年代興建水庫時(shí)，“三材”十分匱乏，為趕進(jìn)度，部分建筑物被迫采用地產(chǎn)“土水泥”和石灰作膠結(jié)材料，部分水庫缺乏優(yōu)質(zhì)土料，甚至采用含水量及腐殖質(zhì)極多的水稻土、淤泥質(zhì)粘土、腐質(zhì)土或砂壤土作為壩體填筑材料，造成壩體不均勻沉陷和漏水。

2.5 運(yùn)行管理上的缺陷

水庫建成運(yùn)行至今，無完整的施工、運(yùn)行和觀測(cè)資料，沒有埋設(shè)和安裝應(yīng)有的觀測(cè)設(shè)施，也沒有配備專人對(duì)大壩進(jìn)行必要的安全監(jiān)測(cè)，大壩運(yùn)行觀測(cè)資料難以獲取。水庫運(yùn)行管理粗放不到位，規(guī)章制度不健全，調(diào)度運(yùn)行計(jì)劃僅是蓄水放水的管理，以需定蓄，無應(yīng)急預(yù)案，水位監(jiān)測(cè)設(shè)施簡(jiǎn)易，觀測(cè)誤差大，水文測(cè)報(bào)及通信設(shè)施不完備。實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制后，不少?。?）型水庫和山塘長(zhǎng)期處于無人管理的狀態(tài)，致使啟閉設(shè)施、涵閘、拉桿嚴(yán)重失修和銹蝕，汛期或干旱季節(jié)無法正常啟閉，造成無益棄水或大量漏水。

3 水庫滲漏的處理方法

3.1 對(duì)壩基進(jìn)行倒濾體施工處理

大壩擬建的排水棱體位于下游壩坡的老河床中，力學(xué)強(qiáng)度低，因此排水棱體施工時(shí)應(yīng)挖至棱體底面設(shè)計(jì)高程，先進(jìn)行拋石置換處理，再按排水棱體斷面尺寸進(jìn)行砌筑施工。倒濾體填心部分采用干砌毛塊石，表層采用粗皮石干砌，做到外觀平整，內(nèi)部砌體密實(shí)，頂走結(jié)合，防止破縫出現(xiàn)影響穩(wěn)定，并嚴(yán)格控制反濾料的級(jí)配、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)厚度。

3.2 對(duì)大壩進(jìn)行防滲及培厚加固

先人工清除上、下游的干砌石護(hù)坡，再用機(jī)械對(duì)壩體上、下游表層雜草根系及有機(jī)質(zhì)含量高的土體進(jìn)行剝離，對(duì)清理面進(jìn)行機(jī)械碾壓。培厚施工中嚴(yán)格控制上壩土料的含水量和干容重，其壓實(shí)不應(yīng)低于96%，土料厚度不應(yīng)大于30 cm。在壩體施工前，應(yīng)根據(jù)培厚土料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，以確定鋪料厚度及碾壓參數(shù)。填筑過程中應(yīng)做好填筑層面的結(jié)合處理，并在與岸坡及老壩土結(jié)合處采用小型機(jī)具壓實(shí)。

3.3 對(duì)壩坡進(jìn)行帷幕灌漿處理

防滲帷幕設(shè)計(jì)為單排孔，灌漿施工前應(yīng)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，確定灌漿參數(shù)。

3.4 輸水涵洞的改造

封堵壩體涵管，在適當(dāng)位置新開隧洞，從根上消除安全隱患。

3.5 設(shè)置大壩安全監(jiān)測(cè)

在大壩壩體上填設(shè)沉降、位移觀測(cè)樁和浸潤(rùn)線觀測(cè)孔。

4 結(jié)語

（1）滲漏是土壩的常見病、多發(fā)病，也是水利工程管理單位的心腹之患。通常情況下，是一個(gè)從局部散浸、滲水、集中滲漏到流土塌方潰決的量變到質(zhì)變的過程，工程管理單位對(duì)此務(wù)必不能掉以輕心，俗話說：“千里之堤，潰于蟻穴”，因此，必須治早、治好、抓早、抓了。

（2）防治滲漏的基本原則是“上堵下排，臨背并舉”，搶險(xiǎn)和汛后處理時(shí)都必須嚴(yán)格遵循此原則。

（3）為確保土壩運(yùn)行安全，較為徹底地根治水庫隱患，充分發(fā)揮工程應(yīng)有效益，盡快對(duì)病險(xiǎn)水庫實(shí)施除險(xiǎn)加固工程十分必要。

（4）除險(xiǎn)加固處理包括對(duì)大壩進(jìn)行防滲灌漿及培厚加固處理；增設(shè)大壩變形和滲流觀測(cè)設(shè)施，對(duì)壩體沉降、水平位移、浸潤(rùn)線、滲漏等進(jìn)行定期觀測(cè)，并做好記錄、歸檔，為安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。輸水建筑物均為壩下涵管，布置不合理，極大削弱了壩體強(qiáng)度，建議封堵涵管，在適當(dāng)位置新開隧洞，從根本上消除安全隱患。

（5）壩腳設(shè)排水棱體，并疏挖下游排水溝。

（6）建議設(shè)置水庫水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，做好降水和出入庫水量觀測(cè)。■

[1]崔宗培.中國(guó)水利百科全書[M].北京：水利電力出版社，1991.

[2]牛運(yùn)光.土壩安全與加固[M].北京：水利電力出版社，1998：319～322.

[3]張俊華.河道整治及堤防管理[M]，鄭州：黃河水利出版社，1998：130～156.