淺談土壩下游浸潤線逸出點上移的原因及對策

譚順鳈

摘 要：土壩在蓄水過程中，其滲流量與壩體內(nèi)和坡外浸潤線逸出點的位置有很大關(guān)系，當(dāng)壩體內(nèi)和坡外浸潤線的逸出點抬高時，滲漏流量也會隨之增大。有時會出現(xiàn)下游壩面浸潤線逸出點比設(shè)計點高，甚至高于反濾體的現(xiàn)象。以四川省宣漢縣毛壩鎮(zhèn)長征水庫的主壩為例，闡述了上述問題。

關(guān)鍵詞：土壩；浸潤線；逸出點；滲漏

中圖分類號：TV223.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0147-01

1 浸潤線逸出點升高的危害

1.1 引發(fā)管涌現(xiàn)象

當(dāng)逸出區(qū)位于反濾體以外的壩坡時，因為滲流的原因，滲漏帶走了最小的土粒，進(jìn)而造成土質(zhì)疏松。不牢固土質(zhì)的滲漏量和滲漏速度會逐漸增加，導(dǎo)致較大土粒流失，進(jìn)而發(fā)生管涌的現(xiàn)象。

1.2 引發(fā)流土現(xiàn)象

一般而言，下游壩體常使用黏性土填筑，具有比較良好的防滲性能。在浸潤線逸出區(qū)比反濾體高的設(shè)計情況下，滲流不斷在土粒間沖刷，產(chǎn)生了與滲流方向相反的摩擦力，而滲流也對土粒作用著相同大小和相同方向的滲透壓力。當(dāng)滲流壓力大于土的浮容重時，滲流就會沖起土粒團(tuán)或土體，進(jìn)而發(fā)生流土的現(xiàn)象，這有可能引起壩體滑坡。

1.3 引發(fā)穩(wěn)定條件的變化

因下游壩坡浸潤線逸出點的上移，導(dǎo)致逸出區(qū)域內(nèi)土料的含水量ω增大，土體的內(nèi)摩擦角Ψ減少，黏滯系數(shù)c降低，進(jìn)而使安全系數(shù)k下降。此時，壩體的穩(wěn)定性會發(fā)生變化，安全標(biāo)準(zhǔn)也會下降。

2 浸潤線逸出點上移的原因

2.1 層與層之間的結(jié)合面存在隱患

在土壩工程填土?xí)r，如果不能妥善處理層與層的結(jié)合面，不能徹底處理下層已碾壓完成層面的表層，就會使結(jié)合面之間出現(xiàn)滲透的現(xiàn)象，水會透過滲流沿層的結(jié)合面流至壩體外，進(jìn)而使下游的逸出點上升。

2.2 施工質(zhì)量較低

多數(shù)土壩蓄水工程修建于20世紀(jì)60年代末至70年代初，當(dāng)時的水利工程多為“三邊工程”，即“邊設(shè)計、邊勘測、邊施工”。因條件限制，當(dāng)時工程的施工質(zhì)量沒有保障，導(dǎo)致大多水利工程最終無法啟動。長征水庫就是該時期水利工程的典型代表，缺乏土質(zhì)勘探設(shè)備、工具，且沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行壩基地質(zhì)勘探工作；沒有科學(xué)分析壩體使用的土料，且上壩的土料完全依靠人力夯實，夯壓效果無法滿足工程的質(zhì)量要求。根據(jù)勘探資料顯示，該壩壩體的填土干密度為1.17～1.60 g/cm2。根據(jù)壩體擾動試驗的結(jié)果，壩體的填土最大干密度為1.76 g/cm2，填土壓實度為0.79，無法滿足《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》（SL189—96）中對壩體填筑的規(guī)范要求。水壩建成后，壩體出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，有些壩外坡浸潤線逸點高出了設(shè)計反濾體。

2.3 沒有妥善處理土層的施工結(jié)合處

當(dāng)工程施工面積較大時，在同一土層常采用分段施工的方法。但如果沒有妥善處理分段施工的銜接處，就容易造成銜接質(zhì)量較差，導(dǎo)致周圍流出的滲流水在銜接處匯集，最終溢出壩外坡。

3 土壩的防滲措施

2012年，四川省宣漢縣長征水庫按“上堵下排”的原則開始治理滲漏問題?！吧隙隆笔侵冈谟嫦聦硬捎猛凉つし罎B，上層采用漿砌砼六棱塊防浪，壩基、壩身軸線以上部分封堵滲漏入口。這樣可使壩體、壩基的防滲能力得到增強(qiáng)，降低坡降并延長途徑；“下排”是指為了給滲透水提供排放通道，且不流失水土，采用了布設(shè)反濾體的方式。通常在壩體表面布設(shè)反濾體，但考慮到反濾體應(yīng)融入周圍的生態(tài)環(huán)境中，則不能只在壩體表面布設(shè)反濾體。

3.1 建造深層反濾盲溝

為了防止水土流失，要盡可能地在較深的層面疏通滲流的排放通道，使存在水土流失隱患區(qū)域內(nèi)的土體質(zhì)量增大。因此，建造深層反濾盲溝是十分必要的。盲溝應(yīng)建造在坡內(nèi)，以網(wǎng)狀排列。盲溝可以以沙和碎石作為反濾料，以沙、土工濾膜和PE管作為濾層。長征水庫壩外坡11個反濾體的逸出點，都采用了沙和碎石建造反濾盲溝。其中，斷面底寬0.5 m、深1.3 m，呈梯形，根據(jù)現(xiàn)在的實際情況，采取了開挖量最小，不會在上游面形成反坡的開挖方式。在開挖面中回填了0.7 m的中沙，回填沙的中、下部設(shè)置了0.25 m×0.25 m的方形碎石導(dǎo)流通道，碎石周邊沙的厚度≥0.3 m，滲透水融匯后可直接排入大壩反濾體或進(jìn)入排水溝。此外，為了保護(hù)自然環(huán)境，應(yīng)該回填盲溝表面的土方。

開挖斷面底寬0.4 m、深1.2 m，呈梯形，其要求與上述一致，但在開挖面內(nèi)回填的中沙約為0.8 m。在回填中沙中埋了PE排水管，管壁鉆孔的直徑約為6 mm，孔距在20～45 mm之間，并采用土工膜包裹了一兩層，最終回填表面的土方。

3.2 設(shè)置深層反濾層

為了避免管涌的發(fā)生，避免結(jié)合處、層結(jié)面的滲流，應(yīng)設(shè)置深層反濾層解決這些問題。管涌和集中滲流會將最小的土粒帶走，造成土質(zhì)疏松，長此以往，集中滲流會逐漸瓦解結(jié)合面，使原有的通路增大，進(jìn)而給大壩埋下了安全隱患。在長征水庫中出現(xiàn)了多處典型的管涌現(xiàn)象，其原因可能是位于左壩肩的結(jié)合面處理不當(dāng)。為了有效解決該問題，在該處設(shè)置了深層反濾層。左壩肩結(jié)合面設(shè)置深層反濾層的操作步驟為：在管涌處的坡面挖1個深0.8 m、底寬1.3 m的正方形土坑；在管涌處挖1個0.3 m×0.3 m×0.2 m的土坑；用中沙回填第二個土坑，在其底部至坡面鋪土層并種植植被，且在反濾層中設(shè)置防腐蝕的PE導(dǎo)滲管4根、D100管1根。采用該方案，可避免細(xì)小的土粒被帶走后堵塞滲流管道，從而防止管涌現(xiàn)象的發(fā)生。實施該方案后，之前的管涌處已沒有小土粒流出，下游的水質(zhì)也得到了改善。調(diào)查顯示，該水壩的滲流量逐年下降，土體穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]溫天勇.水利工程中土壩的防滲流方法概述[M].上海：上?？茖W(xué)出版社，2004.

〔編輯：張思楠〕endprint