土壩壩基防滲導(dǎo)滲措施

□喬新穎（河南省水利勘測有限公司）

□辛賀艷（河南省水利第一工程局）

1.引言

土壩是一種歷史悠久、修建眾多的壩型，作為壅水建筑物，要使其能在壓力水頭下有效的工作，對于壩基來說，必須有適當(dāng)?shù)姆罎B導(dǎo)滲措施，也就是減少或截?cái)鄩位臐B失水量，防止壩基發(fā)生管涌、流土、接觸滲透破壞，降低壩體浸潤線以及防止下游沼澤化等等，這些措施，習(xí)慣上統(tǒng)稱之為滲流控制。

2.壩基防滲導(dǎo)滲措施

滲流控制方法，可以簡單地總結(jié)為“上阻下排”。阻就是用防滲措施不讓或少讓滲流經(jīng)過壩基；排就是用導(dǎo)滲措施使已進(jìn)入壩基的滲流，安全排走。防滲措施有水平防滲和垂直防滲兩種。一般說來，對于地基透水層較厚、滲透穩(wěn)定性較好的壩基，土壩壅水不高，用鋪蓋（水平）防滲來減少滲流，往往是比較經(jīng)濟(jì)的；如果地基透水層較淺，壩比較高，則用垂直防滲，如截水槽，可以較為徹底的截?cái)嗔鳚B；20世紀(jì)60年代以后，我國較多地使用了新的地下防滲結(jié)構(gòu)，即混凝土防滲墻或灌漿帷幕。導(dǎo)滲措施有水平排水墊層、濾水壩趾與排水溝和減壓井等。

2.1 鋪蓋防滲

鋪蓋是水平防滲措施，一般地說可以防止壩基土的滲透變形，但只能減少滲流，不能杜絕滲失水量，因此是不徹底的。其主要優(yōu)點(diǎn)是施工簡單，無需降低地下水位，可以搶工，造價(jià)低，易于土法施工。

鋪蓋所需長度和厚度取決于填筑鋪蓋土料的透水性、透水性壩基的分層情況、厚度以及土壩所攔蓄的水頭。鋪蓋最好用粘土填筑，因其透水性很小，又比較地能抗沖蝕，鋪蓋應(yīng)保證其整體性，施工過程中，對已建成鋪蓋要加保護(hù)層，如鋪蓋下有卵石集中之處，應(yīng)設(shè)墊層，以免蓄水后鋪蓋被壓破，產(chǎn)生裂縫、穿孔。同時(shí)，還應(yīng)注意，由于上游圍堰擋水，如圍堰筑于鋪蓋之上，在鋪蓋底面是否會形成承壓水，能否把鋪蓋頂穿，必要時(shí)應(yīng)事先驗(yàn)算并作好排水措施。

此外，據(jù)試驗(yàn)觀測結(jié)果，鋪蓋厚度內(nèi)的水力比降是變化的，上層很緩，底部急劇增大，鋪蓋破壞，往往由下而上發(fā)展穿孔。

2.2 截水槽防滲

截水槽防滲比較徹底可靠。這個(gè)措施不能開挖太深，太深則工程量大，排水費(fèi)用多，施工時(shí)間長，需要較大的投資，并延遲水庫發(fā)揮效益。

截水槽要求嵌入基巖或不透水層，一般不少于0.5m，所有強(qiáng)風(fēng)化巖面均須清除干凈，這是由于用不透水土料回填輾壓壓實(shí)的截水槽，切斷了透水壩基，幾乎全部水頭差集中在槽底附近的基巖中，截水槽底后部有很大的逸出比降，會把風(fēng)化碎屑攜入透水層，形成機(jī)械沖刷。截水槽一般為梯形斷面，其頂部寬，與塑心墻、斜墻相接；其底部窄，與不透水基巖相接，一般≥1/10水頭。

截水槽一般是截?cái)嗤杆畨位?，回填與心墻相同的粘性土，分層輾壓壓實(shí)，但亦有僅截?cái)嗖糠滞杆畨位模Q部分截水槽，一般多用于覆蓋層較深的多層土質(zhì)壩基。

2.3 灌漿帷幕

這個(gè)方法有局限性，受壩基土的可灌性限制(被灌地層內(nèi)土中＜15%含量的最大顆粒直徑與灌漿材料中＜85%含量的最大顆粒直徑之比值,稱“可灌比”)。帷幕厚度一般系數(shù)根據(jù)灌漿試驗(yàn)后的滲透穩(wěn)定性來確定，其孔距、排距亦根據(jù)試驗(yàn)來定。

沙礫地基的可灌性取決于“可灌比”，滲透系數(shù)及＜0.1mm的顆粒含量等指標(biāo)，一般的初步認(rèn)為：地層中＜0.1mm的顆粒含量不超過5%，可灌比＞10，滲透系數(shù)超過40～50m/d時(shí)，可灌粘土水泥漿；地層中＜0.1mm的顆粒含量不超過5%，可灌比＞15，滲透系數(shù)超過60～80m/d時(shí)，可灌水泥漿。

2.4 混凝土防滲墻

這種地下防滲新技術(shù)，河南省在高73.5m的南谷洞堆石壩壩基上采用，效果很好。

南谷洞壩址為大塊的石英沙巖峽谷，河床沉積層為沙卵石夾漂礫層，層厚，結(jié)構(gòu)松散，級配差，透水性強(qiáng)烈。用鋪蓋防滲，土缺，水頭大，透水層深，滲失水量多；用截水槽，排水困難，既不經(jīng)濟(jì)，亦不現(xiàn)實(shí)；用灌漿帷幕，需用水泥多。比較結(jié)果以混凝土防滲墻造價(jià)最少，施工比較簡單，可以有較好的防滲效果，因此，最后采用就地澆注混凝土防滲墻辦法。該混凝土防滲墻墻壁底嵌入基巖0.5m，嵌入兩側(cè)巖壁0.8m。為了加強(qiáng)與巖壁結(jié)合，堵塞裂隙節(jié)理縫，在防滲墻兩側(cè)巖壁上鉆孔，灌入水泥漿。該壩防滲墻以粘土鋪蓋與其斜墻相接，混凝土防滲墻伸入鋪蓋內(nèi)4.2m，接觸滲徑9.4m，為正常設(shè)計(jì)水頭1/6，一般混凝土滲墻在墻頂一定范圍內(nèi)，要求用高塑性土料填筑，以適應(yīng)墻頂填土較大的塑性變形，特別是混凝土防滲墻與心墻土相結(jié)，由于墻頂上荷載很大，混凝土比其四周心墻土的壓縮性小得多，墻頂會有很高的壓應(yīng)力集中，而其附近則壓應(yīng)力解除，這樣便產(chǎn)生拉力和裂縫區(qū)，所以在墻頂需改用高塑性土料填筑。

2.5 水平排水墊層

這類排水措施，作用有2種：一種是降低壩體浸潤線，防止均質(zhì)壩背水坡飽和脫坡；一種是提供排水蓋重，防止透水壩基管涌。

對于均質(zhì)土壩，如無排水措施，浸潤線將交背水坡面于約1/3壩高處，造成背水坡上出逸、滲水，從而使其飽和，產(chǎn)生脫坡現(xiàn)象，采用水平排水墊層，即能有效的降低浸潤線；此外，在不透水軟土壩基上，由于筑壩過程中，壩重增加，便于壩基土層的排水固結(jié)，亦增加壩的穩(wěn)定，這種排水墊層，設(shè)于下游壩體的后半部內(nèi)，其長度主要取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和判斷，由于壩體土料實(shí)際上并非完全均質(zhì)，對于其滲透性而言，由于分層輾壓，往往水平滲透系數(shù)KH比垂直滲透系數(shù)KV大，這影響降低浸潤線程度。

對于均質(zhì)的透水壩基，如無截水槽、防滲墻等截?cái)酀B水的地下防滲結(jié)構(gòu)，壩趾處滲水壓力若大于水中沙礫的有效重量時(shí)，土沸（兩者相等時(shí)的臨界狀態(tài)）即可轉(zhuǎn)變?yōu)闈B流挾沙溢出圓錐體，沖刷將沿流線向上游發(fā)展，而形成管涌，采用水平排水墊層，即借其蓋重來平衡此過高的滲水壓力，借其濾層來防止顆粒因滲流而走動。

2.6 濾水壩趾與排水溝

壩趾處的一般排水設(shè)備，全省常用棱體濾水壩趾和臥式濾水壩趾兩種，后者也叫貼坡排水。棱體濾水壩趾也叫壩趾堆石，可降低壩體浸潤線，保護(hù)壩趾免受尾水風(fēng)浪淘刷及冰凍影響，當(dāng)壩基土強(qiáng)度較大時(shí)，對壩體還有支撐作用，是一種比較好的排水設(shè)備，但體積較大，用塊石多，施工時(shí)有些干擾；臥式濾水壩趾不能降低浸潤線，只可以防止壩坡土壤發(fā)生滲透破壞和尾水浪淘，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積較小，用石料少，施工方便，易于檢修。

排水溝還有一種作用，即壩趾處基礎(chǔ)滲流如有剩余水頭時(shí)，作為排滲減壓措施，一般壩基（未作截水槽防滲者）如為均質(zhì)透水層，此排水溝伸入壩基深度不過1～1.5m，如果壩基為雙層地基，其表層弱透水層較薄，則將排水溝放在透水層上，挖穿其上層弱透水部分，引走滲流，可降低剩余水頭，但如透水層較深，這種排水溝，僅能引走一小部分滲流，剩余的滲流將繞過排水溝，其作用只是局部的，作為導(dǎo)滲減壓的控制滲流措施，就不適宜了。

2.7 減壓井

這種導(dǎo)滲減壓措施主要目的是降低壩趾剩余滲水壓力，以解決已發(fā)生的沙沸和壩后沼澤化，來防止壩基因內(nèi)部沖刷可能發(fā)生的管涌失事。

減壓井的設(shè)計(jì)，除了確定井口水位高程外，主要在于決定井距、井深和井徑3個(gè)參數(shù)，井口高程愈低愈好，但要結(jié)合排水溝挖方量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，井口應(yīng)高于井下水溝中的水位，防止不出水時(shí)泥水倒灌，造成淤積。減壓井井管徑，不宜太小，太小則沿程摩擦水頭損失較大；不宜過大，過大則不經(jīng)濟(jì)，一般采用15～30cm。覆蓋層和透水層不深時(shí)，減壓井最好為完整井，井底貫入到基巖。井深如較淺，井距必過小，則井多，造價(jià)不經(jīng)濟(jì)；井如很深，則井少，井距必很大，造孔困難，每眼井負(fù)擔(dān)較重，遇有淤積，降壓效能損失和影響也大。

3.結(jié)語

基礎(chǔ)導(dǎo)流控制布置須與壩體防滲措施結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，一般說來，防滲措施應(yīng)設(shè)在壩基的上游或壩軸線處，導(dǎo)滲措施應(yīng)設(shè)在下游壩趾附近，以便有效地控制壩基滲流。

應(yīng)該指出，只有搞清壩基的工程水文地質(zhì)條件，確切掌握地基中的土層分布，各層土的顆粒級配，自然容重，滲透系數(shù)，地下水動態(tài)等資料，才能正確判斷壩基滲透穩(wěn)定的問題所在，正確的選擇防滲、導(dǎo)流措施，正確的防滲、導(dǎo)流措施才能為壩基的滲流控制研究，設(shè)計(jì)和施工提供有效依據(jù)。