土石壩滲流破壞及其控制措施

程聲龍

(貞豐縣水務(wù)局，貴州貞豐562200)

0 引言

在水利工程擋水建筑物的建設(shè)中，使用最為廣泛的就是土石壩，所謂土石壩就是利用散粒的填料填筑在壩基上，擋水之后大壩的上游以及下游的水差導(dǎo)致水通過(guò)壩體、壩基以及大壩兩岸坡向大壩下游滲流。

但是在現(xiàn)在一些土石壩的施工中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐恍┮蛩厥沟猛潦瘔萎a(chǎn)生非常嚴(yán)重的滲流破壞現(xiàn)象，有的甚至引起垮壩失事，要想控制該現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須采取有效的措施，對(duì)土石壩的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

1 土石壩滲漏的類型與原因

1.1 壩體滲漏

產(chǎn)生的原因有:

1)用于建設(shè)大壩的土料質(zhì)量較差，可能含有較大的透水性或者是含有雜質(zhì);

2)在進(jìn)行大壩混凝土施工時(shí)，沒(méi)有對(duì)混凝土進(jìn)行有效的壓實(shí);

3)大壩本身沒(méi)有足夠的厚度導(dǎo)致滲徑過(guò)短;

4)大壩下游的排水管因?yàn)槟撤N原因發(fā)生了堵塞現(xiàn)象，或者是根本沒(méi)有對(duì)排水體進(jìn)行安裝;

5)大壩下游原本被封堵的涵洞發(fā)生漏水;6)白蟻現(xiàn)象嚴(yán)重[1]。

1.2 壩基滲漏

產(chǎn)生壩基滲漏的主要原因有:

1)在大壩施工結(jié)束之后，沒(méi)有及時(shí)對(duì)壩基進(jìn)行有效的清理，導(dǎo)致在大壩投入使用之后短時(shí)間內(nèi)便發(fā)生了壩基滲漏的現(xiàn)象。

2)在對(duì)壩基的設(shè)計(jì)中，沒(méi)有考慮到截水槽的作用，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，也可能是所安裝的泄水槽不符合相關(guān)規(guī)定的要求，導(dǎo)致在壩基運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生被擊穿的現(xiàn)象因而發(fā)生滲漏[2]。

1.3 繞壩滲漏

產(chǎn)生繞壩滲漏的主要原因有以下3點(diǎn):

1)在兩岸的邊坡上沒(méi)有設(shè)置符合要求的截水槽。

2)沒(méi)有對(duì)繞壩混凝土施工中進(jìn)行嚴(yán)格的壓實(shí)行為。

3)當(dāng)土壩兩岸坡山體節(jié)理裂隙發(fā)育或透水的第四紀(jì)堆積未妥善處理，蓄水后，水流繞過(guò)土壩兩端滲向下游，遠(yuǎn)離壩端逐漸減弱。

上述現(xiàn)象產(chǎn)生的滲流存在比較普遍。

1.4 壩體與剛性建筑物接觸處滲漏破壞

產(chǎn)生這種滲漏的主要發(fā)生位置在壩端溢洪道側(cè)墻接觸部位及壩下涵管與土體間的接觸滲漏。

在山區(qū)水庫(kù)的建設(shè)中，通常會(huì)采用壩端溢洪道或壩下涵管形式，但是因?yàn)閴渭缫绾榈纻?cè)墻與壩體連接處未做齒墻，或側(cè)墻背面填土不實(shí)，滲徑短，滲透坡降大。

兩種不同介質(zhì)面上發(fā)生接觸沖刷，形成管涌通道，給大壩安全埋下隱患。

2 主要處理技術(shù)

主要原則是:“截、壓、排”。

2.1 增設(shè)黏土斜墻、水平黏土鋪蓋、截水槽

如果土石壩的透水性能以及防滲材料比較差，特別是在一些規(guī)模比較小的水庫(kù)中，可以采用增加防滲材料的辦法，利用黏土以及其他一些防滲材料重新為大壩增加一條新的防滲物體。

還可以與設(shè)置截水槽的辦法相結(jié)合，不僅方便而且節(jié)省物資[3]。

2.2 壩體灌漿

如果大壩所在地沒(méi)有存在做夠的黏土或者其他一些防滲材料，那么可以采用對(duì)大壩進(jìn)行灌漿的方法來(lái)達(dá)到防滲的效果。

土石壩灌漿的方法主要有充填式灌漿、高壓噴射灌漿和劈裂式灌漿。

通常來(lái)看，如果大壩產(chǎn)生滲漏的部位比較穩(wěn)定，那么可以使用充填式的灌漿方法;但是如果一些防滲位置方位不僅大而且不穩(wěn)定，那么最好采用劈裂式的灌漿方法[4]。

2.3 垂直(塑性)混凝土板墻、垂直鋪塑防滲

2.3.1 垂直(塑性)混凝土板墻

墻厚一般為30 cm，鋸槽機(jī)挖槽，澆筑(塑性)混凝土，形成連續(xù)(塑性)混凝土板墻，兩側(cè)要留有足夠的繞滲滲徑以防繞滲。

2.3.2 垂直鋪塑防滲

近幾年來(lái)水利工程中，常采用聚氯乙烯和聚乙烯薄膜，形成以土工膜為主體的防滲體。

垂直鋪塑技術(shù)的關(guān)鍵，是在壩體上開鑿成為窄而深有一定長(zhǎng)度的連續(xù)槽段，然后將復(fù)合土工膜垂直鋪入槽內(nèi)，并以回填料擠緊，填料濕陷固結(jié)后，形成復(fù)合的防滲帷幕。

從目前垂直防滲技術(shù)發(fā)展看，能夠建造窄槽的技術(shù)逐漸增多，如薄形抓斗、鋸槽機(jī)和射水法等造槽方法。

2.3.3 注意事項(xiàng)

需要注意的是:

1)成槽施工前，庫(kù)水位應(yīng)盡可能降低，防止或減少施工中可能出現(xiàn)的塌壁現(xiàn)象，減少施工難度，以保證回填質(zhì)量。

2)對(duì)于施工中出現(xiàn)的塌孔問(wèn)題，采用奇偶相間造孔。

3)對(duì)于白蟻而造成土壩滲漏的可采用回填毒土防滲墻的方法，在原壩體中形成一道連續(xù)的毒土防滲墻，起到阻斷橫穿壩體的白蟻通道及防滲雙重目的。注意不得采用土工膜防滲。

2.4 增做反濾排水棱體及砂石導(dǎo)滲漏

對(duì)由于原有排水體失效(多因反濾層設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)而淤塞失效)或根本未設(shè)排水體而造成壩體浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)過(guò)高、滲流從壩坡逸出、壩坡面沼澤化的土壩，采取增做反濾排水棱體或者翻修原排水體(改用土工織物反濾)，必要時(shí)在外坡面做砂石導(dǎo)滲溝(槽)的處理方法，來(lái)降低浸潤(rùn)線，達(dá)到穩(wěn)定壩坡的目的。

2.5 培坡、削坡、干砌固腳、襯砌護(hù)坡等

對(duì)由于下游坡過(guò)陡導(dǎo)致壩體滲徑不能滿足要求，而造成壩體浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)過(guò)高的，必須對(duì)下游坡進(jìn)行加厚培坡。下游坡過(guò)陡，不僅可造成壩體滲漏，也存在壩坡穩(wěn)定問(wèn)題。

削坡減載，減少滑動(dòng)力，并及時(shí)封堵裂隙，阻止雨水繼續(xù)滲入。干砌固腳，保證滑動(dòng)體穩(wěn)定;襯砌護(hù)坡，保護(hù)壩體[5]。

2.6 壓滲與排滲暗管

當(dāng)壩基滲漏量較大時(shí)，其滲流出口易發(fā)生滲透破壞，在“上截”方案由于投資大或難以實(shí)施時(shí)，采取在壩下滲水出露地段的適當(dāng)范圍內(nèi)做反濾壓滲(采用砂石反濾蓋重、沙土后戧等)，并且可以在其下部加做排滲暗管(砂石料或土工復(fù)合材料)以增強(qiáng)排滲能力，從而有效防止發(fā)生滲透變形，保證壩基滲透穩(wěn)定[6]。

2.7 加強(qiáng)堤壩白蟻防治

2.7.1 白蟻對(duì)土壩的危害

汛期高水位下，庫(kù)水將通過(guò)蟻道和巢腔而造成散浸、管涌、跌窩、滑坡等險(xiǎn)情。

2.7.2 處理方法

摸清壩體白蟻的分布情況、危害程度，采取人工挖巢、藥殺、灌漿等方法。

2.8 提高防洪標(biāo)準(zhǔn)

加大溢洪道斷面尺寸(加寬溢洪道或降低益洪道底板高程)、加高培厚壩體，預(yù)防洪水漫壩。

3 壩體灌漿施工技術(shù)

主要分為3種形式:

1)常規(guī)水泥灌漿;

2)高壓噴射灌漿;

3)劈裂灌漿技術(shù)。

灌漿施工是將具有膠凝性或化學(xué)性的漿液，按規(guī)定的濃度，借助于機(jī)械施工加常規(guī)或超高壓力，通過(guò)鉆孔，將其壓送或摻入待加固的地層。

漿液實(shí)質(zhì)是充填巖石節(jié)理、裂隙、砂卵石層的空隙，或經(jīng)高壓射流摻入軟弱松散地層中，也可以以一定的壓力對(duì)壩體造成劈裂后充填擠密土體。

3.1 常規(guī)水泥灌漿

主要用于土石壩的風(fēng)化或具有斷層或裂隙的巖石地基或砂卵石地基防滲(帷幕)處理。

水泥灌漿一般應(yīng)于工程前進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，由設(shè)計(jì)提出孔排距、孔深、漿液濃度、灌漿壓力、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以及灌漿成果檢查方法和標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于砂卵石地基，地質(zhì)條件復(fù)雜，灌漿工藝又不十分成熟，致使遠(yuǎn)期防滲效果多有不佳，故近年來(lái)，常有被混凝土防滲墻取代之勢(shì)。

3.2 高噴灌漿

高壓噴射灌漿板墻是由日本的高壓旋噴樁發(fā)展而成的，在我國(guó)也已有20 a的歷史。

3.2.1 工藝原理

高壓水和壓縮空氣分別由管路通到一個(gè)噴嘴，向地層噴射切開地層，水泥漿由另一管路通到另一噴嘴充填切開的地層，從而使?jié){液與土體顆粒相摻攪成為混凝土狀或水泥土狀的凝結(jié)體，形成防滲墻體。

3.2.2 高噴分類

按噴射工藝的方式可分為旋噴、定噴和擺噴3類。

3.2.2.1 旋噴

旋噴為邊提升噴嘴，邊依鉆桿為中心旋轉(zhuǎn)，形成圓柱體。

3.2.2.2 定噴

定噴為提升噴嘴，鉆桿不旋轉(zhuǎn)，并以一側(cè)或兩側(cè)噴嘴向一固定方向噴成板狀墻體。

3.2.2.3 擺噴

擺噴為邊拉升噴嘴，鉆桿邊搖擺一定角度，形成啞鈴狀板墻體。

3.2.3 高噴主要機(jī)具

高壓水泵(50Mpa)，泥漿泵(排量 ＞80L/min)，空壓機(jī)，攪拌機(jī)，高噴臺(tái)車，高壓管路，噴頭等。

3.3 劈裂灌漿

工藝原理:沿壩軸線鉆孔灌漿，在漿液壓力下，將壩體沿壩軸線劈開，同時(shí)灌入漿液，形成鉛直連續(xù)的防滲墻。

漿液一般為黏土漿，也可摻加水泥、水玻璃等。對(duì)于高壩或缺陷多的壩，在壩軸線劈裂灌漿形成后，可以再在其上游和下游鉆灌第二道、第三道鉛直連續(xù)漿體。主要適用于均質(zhì)壩、心墻壩。

4 結(jié)語(yǔ)

造成土石壩產(chǎn)生滲流的因素有很多，原因是非常復(fù)雜繁多的，如果不進(jìn)行合理的施工以及有效的監(jiān)測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行及時(shí)有效的分析，并且將產(chǎn)生滲漏的原因準(zhǔn)確的找出，那么對(duì)土石壩的影響是非常嚴(yán)重的。

通過(guò)上述對(duì)土石壩發(fā)生滲漏原因以及控制措施的分析還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要投入更多的人力和物力進(jìn)行研究，做好事先的設(shè)計(jì)工作，保證土石壩的安全以及穩(wěn)定。

[1]田應(yīng)坤.龍?zhí)梁铀畮?kù)大壩滲漏研究及綜合治理技術(shù)[J].防滲技術(shù)，1998，4(03):19 －22.

[2]華靜，楊華舒，念紅芬.病險(xiǎn)土石壩防滲治理措施探析[J].云南水力發(fā)電，2005，21(04):21 －23.

[3]劉杰.對(duì)土石壩安全分析中的幾個(gè)問(wèn)題的商榷[J].水利水電技術(shù)，1988(05):50－55.

[4]劉安坤.淺析滲流對(duì)土石壩的安全影響及控制措施[J].科技資訊，2010(09):117.

[5]王旭芳，鄭旭榮，楊春鳴.土石壩滲流研究發(fā)展[J].山西建筑，2008(31):31－32.

[6]程小平.中小型土石壩滲流破壞加固研究[J].沿海企業(yè)與科技，2005(03):109 －110.