堤壩工程中的滲透原因分析及治理措施

佛山市高明區(qū)荷城街道水利所 528500

摘要：本文概述了堤壩滲流的危害、滲流原因分析以及具體的防滲加固措施，并對(duì)不同的防滲處理方法的利弊作簡(jiǎn)要分析探討，最后以實(shí)際案例為實(shí)例，具體分析大壩滲流產(chǎn)生原因和采取防滲措施以及工程處理后的實(shí)際效果，總結(jié)土石壩防滲處理方法，旨在為今后類水庫(kù)堤壩除險(xiǎn)加固參考。

關(guān)鍵詞：堤壩；滲流危害；防滲加固措施

0引言

堤壩滲流分析與防滲技術(shù)處理是堤壩除險(xiǎn)加固的重要。滲透破壞在堤壩工程中非常普遍，要做好滲透破壞的除險(xiǎn)加固工作，就要摸清險(xiǎn)情，對(duì)癥下藥。首先要了解滲透破壞的類型并進(jìn)行成因分析，然后根據(jù)滲流控制原則和具體的工程地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟(jì)合理的除險(xiǎn)措施，最后按所選的防滲技術(shù)進(jìn)行精心施工，達(dá)到根除滲透破壞的目的。

1堤壩滲流的危害

堤壩以及水庫(kù)有部分建造在軟土地基上，尤其是土石壩的筑壩土與壩基土滲透系數(shù)較大，必須進(jìn)行滲流分析和采取正確的防滲措施，否則會(huì)造成壩身、壩基滲漏過(guò)大，危及工程的安全。滲流產(chǎn)生的危害主要有：

①堤壩滲流過(guò)大，損失水庫(kù)蓄水量。一般來(lái)說(shuō)，水庫(kù)壩身、壩基透水性比較強(qiáng)。如果防滲不當(dāng)，堤壩擋水后，由于上、下游水位差的作用，滲水將從上游經(jīng)壩體和壩基的顆粒孔隙向下游滲透，應(yīng)有的蓄水量減少，工程效益降低，甚至導(dǎo)致水庫(kù)無(wú)法蓄水的現(xiàn)象，并引發(fā)水庫(kù)周圍土地沼澤化，污染環(huán)境。

②浸潤(rùn)線過(guò)高，影響壩體穩(wěn)定。嚴(yán)重的壩身和壩基滲漏，常會(huì)導(dǎo)致壩身浸潤(rùn)線抬高，使下游壩坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象，降低壩體的抗剪強(qiáng)度，甚至造成壩體滑坡。

③滲透比降超臨界，產(chǎn)生滲透破壞。在壩身或壩基發(fā)生滲流時(shí)，若滲流的滲透坡降大于臨界坡降，將誘使土體發(fā)生管涌、流土、接觸沖刷、接觸流失等滲透變形，甚至產(chǎn)生集中滲漏，導(dǎo)致垮壩失事。

2、堤壩工程中的滲透原因分析

堤壩滲透破壞主要表現(xiàn)為集中滲漏、管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土。堤防滲透破壞險(xiǎn)情主要分為堤身滲透破壞和堤基滲透破壞。

2.1堤身滲透破壞的原因分析

堤身的滲透破壞包括三種類型：滲水（散浸）造成的堤坡沖刷、漏洞和集中滲流造成的接觸沖刷。

①堤坡沖刷

堤坡沖刷系由背水堤坡滲水所致。一種是堤坡的出溢比降大于允許比降而產(chǎn)生的滲透破壞，另一種是滲水集中后造成對(duì)坡面的水流沖刷。

②堤身漏洞

堤防背水坡及堤腳附近出現(xiàn)貫穿堤身的流水孔洞稱為漏水洞。由于漏水洞中的集中水流對(duì)土體的沖刷力很強(qiáng)，因此對(duì)堤防的危害性極大。

③堤身接觸沖刷

當(dāng)?shù)躺戆l(fā)生集中滲流且沖刷力大于土體的滲透強(qiáng)度時(shí)，在集中滲流處就會(huì)產(chǎn)生接觸沖刷破壞。由于接觸沖刷的發(fā)展速度往往較快，因此對(duì)堤防的威脅很大，必須對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2.2堤基滲透的原因分析

堤基的滲透破壞常表現(xiàn)為滲水、土層隆起、膨脹、斷裂等，通常統(tǒng)稱為管涌。隨著汛期水位的升高，背水側(cè)堤基的滲透出逸比降增大，一旦超過(guò)堤基的抗?jié)B臨界比降就會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。首先在堤基的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)，如表土層較薄的位置。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，發(fā)展速度快，容易形成管涌洞，一旦搶險(xiǎn)不及時(shí)或措施不得當(dāng)，就有潰堤災(zāi)難發(fā)生的危險(xiǎn)。

3、堤壩工程防滲加固方案選擇的分析

在堤壩的滲漏處理中，對(duì)上游要依據(jù)“鋪、截、堵”的原則進(jìn)行處理，而對(duì)下游則要遵循“導(dǎo)、減、排”的處理原則。多處實(shí)踐證明，依照這種防滲處理原則進(jìn)行實(shí)施的防滲施工都取得了良好的防滲效果。

3.1堤身滲透的防滲加固方案選擇

⑴滲水加固方案的選擇

滲水往往會(huì)導(dǎo)致背水坡的脫坡、沖刷、流土甚至形成漏洞和陷坑，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生的原因和危害程度，采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固。對(duì)威脅背水坡抗滑穩(wěn)定的嚴(yán)重有害滲水，可采用填筑壓實(shí)法、機(jī)械吹填法或放淤固堤法加寬培厚堤身，也可以在臨水坡外邦或增建防滲斜墻，或采用劈裂灌漿、錐探灌漿、垂直鋪塑等做垂直防滲。

⑵漏洞和跌窩的加固方案選擇

堤身漏洞和跌窩往往由生物洞穴產(chǎn)生，汛前較難發(fā)現(xiàn)，但這種險(xiǎn)情在汛期往往發(fā)展很快，加之堤身斷面有限，對(duì)堤身的危害很大，汛期搶險(xiǎn)困難，釀成潰口者有之。為防患于未然，汛前應(yīng)首先對(duì)漏洞和跌窩隱患進(jìn)行巡視、探查。對(duì)洞穴應(yīng)采取開(kāi)挖回填的方法進(jìn)行除險(xiǎn)，如果開(kāi)挖回填困難可以采取充填灌漿的辦法進(jìn)行處理。

⑶集中滲流的加固方案選擇

對(duì)堤身與穿堤建筑物基礎(chǔ)接觸面的集中滲流，可采用高噴或靜壓注漿在臨水側(cè)做垂直防滲，也可以在接觸面采用靜壓注漿的辦法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水側(cè)做反濾保護(hù)。對(duì)堤身與穿堤建筑物側(cè)墻間的集中滲流，可以采用接觸面靜壓注漿的方法進(jìn)行處理。對(duì)新老堤身結(jié)合的水平層面產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水側(cè)開(kāi)挖回填封堵或接觸面充填灌漿的方法進(jìn)行處理。對(duì)堤防分段建設(shè)的結(jié)合部產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水坡截滲或結(jié)合部擠密灌漿的方法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水坡采取反濾保護(hù)措施。

3.2堤基滲透的防滲加固方案選擇

修建于雙層和多層地基、透水地基、巖石地基上的堤防，經(jīng)滲流計(jì)算，堤基、背水坡或堤后地面滲流出逸比降不能滿足規(guī)范要求，或者汛期曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重滲漏、管涌或流土破壞險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇一種或多種措施來(lái)達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。

⑴雙層或多層地基的防滲加固方案

對(duì)背水側(cè)地基覆蓋層較薄且透水層較深的情況，可以采用壓實(shí)填筑法或吹填法增加蓋重，也可以采用在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓溝或減壓井的方法。同時(shí)也可以考慮蓋重和排水減壓溝井聯(lián)合使用的形式，以達(dá)到根治地基滲透破壞的目的。對(duì)覆蓋層較厚且下臥強(qiáng)透水層較深的地基，宜采用蓋重措施進(jìn)行處理，蓋重宜采用比覆蓋層滲透系數(shù)大的透水材料。對(duì)多層地基且存在淺層弱透水層的情況，宜采用壓滲蓋重或結(jié)合減壓措施進(jìn)行除險(xiǎn)。

⑵巖石壩基防滲加固方案

對(duì)強(qiáng)風(fēng)化造成巖基或堤身滲透破壞的情況，可以采用地基帷幕灌漿的方法進(jìn)行處理，對(duì)臨水側(cè)有外灘的情況也可以使用鋪蓋防滲，必要時(shí)可在背水堤腳附近采取反濾保護(hù)措施。當(dāng)巖溶或其它原因使巖基滲水量過(guò)大，以致危機(jī)堤防安全時(shí)，可采用模袋灌漿或充填灌漿堵塞漏水通道，必要且有條件時(shí)可加設(shè)防滲鋪蓋。

3.3堤壩防滲加固方案中的主要灌漿方法

⑴低壓速凝式灌漿法

這種灌漿方法一般用于高危水位下?lián)岆U(xiǎn)堵塞管涌，它可根據(jù)管涌所處位置的地質(zhì)情況（即粘土層或砂礫層）分別采用30型鉆機(jī)或50型鉆機(jī)鉆孔，然后先向孔內(nèi)注入浸水后即膨脹的物質(zhì)，再以小于49kPa的壓力徐徐向孔內(nèi)灌入加進(jìn)速凝劑水玻璃的水泥漿。注入膨脹物質(zhì)是為了加大管涌?jī)?nèi)阻力，減慢管涌?jī)?nèi)水流速度，防止水泥漿隨水流出；加入速凝劑，水泥漿能很快凝固而堵塞管涌。

⑵高壓填充式灌漿法

高壓填充式灌漿主要用于堤基基礎(chǔ)灌漿，亦用于堤身蟻穴、溶洞的填充。用于基礎(chǔ)灌漿時(shí)，須用50m工程鉆機(jī)在需灌的堤段從堤頂鉆孔，孔距1.5～2.0m，孔深以鉆入基礎(chǔ)穿過(guò)砂層進(jìn)入礫石層2m左右為宜。灌漿時(shí)壓力一般為127.40～166.60kPa，套管下到填土層保證堤身干燥，基礎(chǔ)部分砂礫層灌入水泥漿，然后逐步提升到土層，以黃泥漿封孔。這種灌漿法主要用于治理因基礎(chǔ)不良而引起的管涌。用于填充蟻穴、溶洞時(shí)，灌漿用30型鉆機(jī)先在蟻穴或溶洞周圍布孔灌入泥漿，形成包圍圈，然后進(jìn)行填充，則填滿為止。

⑶劈裂式帷幕灌漿法

這種方法主要用于加固堤身，防止堤身滲漏。其方法是根據(jù)堤壩曲直不同情況，用淺孔輕便鉆機(jī)或更簡(jiǎn)單的鉆具，分別采用梅花形布孔和直線布孔方式，沿堤壩軸線從堤頂離堤外肩1.5m處鉆孔，一般孔距3m，孔深根據(jù)堤身情況分別以鉆透堤身填土或穿過(guò)堤身鉆入基礎(chǔ)1～2m為宜。灌漿時(shí)由下而上，少灌多復(fù)；泥漿由稀到稠，循序漸進(jìn)；壓力由大到小，靈活掌握。這樣，可以較好地處理灌漿中出現(xiàn)的冒漿、串漿、滑坡、局部隆起等各種問(wèn)題，使灌入的泥漿沿堤的軸向形成一道帷幕，達(dá)到改善堤身質(zhì)量、提高堅(jiān)固度和防止?jié)B漏的目的。

4某水庫(kù)堤壩滲流與防滲技術(shù)分析

4.1水庫(kù)概況

該水庫(kù)于1976年開(kāi)工建設(shè)，是一座以灌溉、防洪、發(fā)電、供水等綜合利用的重要中型水庫(kù)。水庫(kù)建成后發(fā)現(xiàn)主壩左岸嚴(yán)重漏水，隨之進(jìn)行處理，除堵塞的白蟻洞已停止漏水外，其他漏水現(xiàn)象未徹底根治。

4.2問(wèn)題產(chǎn)生原因

主壩存在三處漏水，影響壩體安全。第一處，位于左岸壩端；第二處，位于右岸壩段0+110～0+145，長(zhǎng)約35m，沿?cái)鄬訋Ш推扑榈膸r脈滲漏是其漏水的主要途徑；第三處，位于主河床段，樁號(hào)為0+060～0+118，壩基節(jié)理密集帶和破碎的巖脈以及壩內(nèi)涵管的伸縮縫為主要漏水途徑。

4.3問(wèn)題解決措施

針對(duì)主壩滲漏原因復(fù)雜性，對(duì)壩體及壩基防滲提出二個(gè)方案進(jìn)行比較選擇。第一方案：灌漿方案；第二方案：土工膜防滲結(jié)合壩基帷幕灌漿處理。從直接費(fèi)投資上作比較，第一方案比第二方案節(jié)約186萬(wàn)元；從工期和合理性上比較，第一方案可以在水庫(kù)不放空情況下施工，且施工期短，第二方案必須放空水庫(kù)，水庫(kù)將無(wú)法供水灌溉，施工時(shí)也無(wú)法導(dǎo)流。通過(guò)方案比較，最后選擇第一方案灌漿處理為主壩除險(xiǎn)加固方案。

根據(jù)該水庫(kù)大壩漏水原因分析及物探結(jié)論，考慮以前灌漿漿液有可能產(chǎn)生干縮等原因，從樁號(hào)0+030～0+108、0+115～0+185在壩頂布設(shè)二排灌漿孔，其余壩段在壩頂布設(shè)一排灌漿孔。雙排孔排距2.5m，孔距3.0m，一排孔孔距3.0m，第一排孔距防浪墻內(nèi)邊緣1.2m，第二排孔距第一排孔2.5m。全壩段共布設(shè)188孔，孔底深入相對(duì)隔水層5～8m，每孔深度為8.5～37.5m，灌漿鉆孔共4652m，其中鉆進(jìn)基礎(chǔ)為1445m，2010年工程竣工決算790萬(wàn)元。

4.4工程經(jīng)濟(jì)效益

該水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完成后可提高大壩安全系數(shù)，使水庫(kù)提高到正常蓄水位運(yùn)行，每年可多蓄水量200多萬(wàn)m3，為水庫(kù)增加直接經(jīng)濟(jì)效益約30萬(wàn)元。并能更有效地保護(hù)大壩下游近1萬(wàn)多人民生命財(cái)產(chǎn)安全，具有顯著的社會(huì)效益。

5、結(jié)論

“千里之堤毀于蟻穴”，水利堤壩工程中的滲透存在較大的安全隱患，威脅人們的生命安全。因此認(rèn)真分析堤壩工程中的滲透原因，并選擇正確的防滲加固方案是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)錦榮.土壩下游浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)上移的危害及除險(xiǎn)加固對(duì)策.福州：水利科技，2009，（4）.

[2]肖長(zhǎng)來(lái).滲流理論基礎(chǔ).吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，2006-3.

[3]邱集照.小型水庫(kù)土石壩防滲處理方案選擇.福州：水利科技，2010，（3）.

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（2）貼坡式擋土墻應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題

貼坡式擋土墻結(jié)構(gòu)尺寸的選取，取決于開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性，即與工程地質(zhì)條件關(guān)系很大，實(shí)際工程中可根據(jù)《灌區(qū)建筑物的水力計(jì)算與結(jié)構(gòu)計(jì)算》所提相關(guān)要求，擬定貼坡式擋土墻結(jié)構(gòu)尺寸；另外如果擋土墻屬于非常重要的，模擬略墻體傾倒后的情況，進(jìn)一步分析其受力特點(diǎn)，復(fù)核其踵部壓力，如有必要，可對(duì)踵部基礎(chǔ)做處理使其滿足要求。

三、貼坡?lián)跬翂Φ膽?yīng)用范圍

當(dāng)擋土墻基礎(chǔ)開(kāi)挖面受周圍已有建筑影響，或因特殊情況占地后恢復(fù)投資較大的影響下，開(kāi)挖面很難擴(kuò)開(kāi)，施工范圍狹窄的情況下，宜采用貼坡?lián)跬翂Γ蓽p小對(duì)原狀土的破壞，保護(hù)現(xiàn)狀周邊建筑；另外，貼坡式擋土墻可節(jié)省土方開(kāi)挖，減少工程量，在工期和投資方面都具有優(yōu)勢(shì)，在投資受限的條件下可優(yōu)先采用貼坡式擋土墻。

參考文獻(xiàn)：

[1]水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范（SL379-2007）中華人民共和國(guó)水利部；

[2]灌區(qū)建筑物的水力計(jì)算與結(jié)構(gòu)計(jì)算熊啟鈞中國(guó)水利水電出版社；

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（4）、加強(qiáng)宣傳、教育。認(rèn)真學(xué)習(xí)貫穿落實(shí)國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的政策法規(guī)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)知識(shí)的培訓(xùn)，采取多種行之有效的形式，大力進(jìn)行宣傳教育，充分認(rèn)識(shí)水利工程建設(shè)對(duì)環(huán)境與生態(tài)可能產(chǎn)生的影響，牢固樹(shù)立環(huán)保理念，提高生態(tài)與環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，養(yǎng)成自覺(jué)維護(hù)生態(tài)環(huán)境的良好習(xí)慣，在工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行及管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中都要注意保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，采取行政、科技、經(jīng)濟(jì)、法律等措施，建立施工環(huán)境保護(hù)管理體系，明確業(yè)主、監(jiān)理和施工單位的職責(zé)任務(wù)，制訂工程施工期環(huán)境保護(hù)計(jì)劃，落實(shí)環(huán)境影響評(píng)價(jià)和環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)中確定的減免措施，不隨意捕獵砍伐水生動(dòng)物和野生植物，注意保護(hù)動(dòng)植物資源，盡量減輕施工對(duì)原有生態(tài)環(huán)境的破壞，使水利工程建設(shè)與資源環(huán)境的良性循環(huán)和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)，在造福人類的同時(shí)，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境。

結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)未來(lái)水利事業(yè)新的廣闊的發(fā)展前景，我們要不斷創(chuàng)新理念，探索新思路，努力使得水利工程發(fā)展與人類社會(huì)和諧發(fā)展相適應(yīng)，使水利工程的生態(tài)環(huán)境得到根本性的改觀。以科學(xué)的發(fā)展觀和現(xiàn)代管理手段，構(gòu)建“和諧社會(huì)”，實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]黃曉輝，基于生態(tài)和諧理念的水利工程建設(shè)管理研究[C]，2009，2

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4.當(dāng)鉆機(jī)下鉆過(guò)程中有些地方碰到鉆不下去時(shí)，我們采取硬打一段為10～30cm后，鉆頭退回10～20cm再前進(jìn)，就是這樣一點(diǎn)點(diǎn)啃下去，有的地方啃過(guò)這段后又順利了。有時(shí)實(shí)在啃不下去，我們和監(jiān)理人員去查一查現(xiàn)場(chǎng)：當(dāng)場(chǎng)演示，鉆到整臺(tái)鉆機(jī)有上抬現(xiàn)象則不能打下去了。看用幾檔操作，看電流如到極限了則改為一檔或二檔，如電流仍很大，也不能打下去了，就查看鉆頭入土深度，如果達(dá)到一定要求深度就算了，可以噴灰，復(fù)攪。但要做好記錄，以便以后結(jié)算。如果進(jìn)尺很少，則要求樁機(jī)移位重打，也要做好記錄。

5.對(duì)某些樁機(jī)有懷疑的，則采取施工前加荷卸荷的方法重新抽查鑒定。經(jīng)常檢查水泥是否有受潮、結(jié)塊等問(wèn)題。

6.在噴粉成樁過(guò)程中，要嚴(yán)加控制幾個(gè)指標(biāo)：樁長(zhǎng)。噴灰的均勻性。噴粉提升速度。復(fù)攪深度、時(shí)間、速度。將這些作為質(zhì)量控制點(diǎn)，實(shí)行旁站監(jiān)控。

四、施工完成后的質(zhì)量控制

1.質(zhì)量試驗(yàn)：通過(guò)下列五個(gè)方法的觀察和試驗(yàn)來(lái)判定它的質(zhì)量。輕便觸探；28天后取三段樁身無(wú)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；小應(yīng)變動(dòng)測(cè)；鉆取巖芯進(jìn)行觀察和試驗(yàn)；靜載試驗(yàn)，而靜載試驗(yàn)雖是較可靠的方法之一，但其耗資費(fèi)用較大，一般對(duì)重要工程或有特殊要求的工程才試驗(yàn)。大洲電排站工程水泥粉噴樁工程進(jìn)行了28天后取三段樁身無(wú)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和輕便觸探試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

2.質(zhì)量檢驗(yàn)：粉噴樁施工質(zhì)量允許偏差應(yīng)符合下表的規(guī)定。經(jīng)檢驗(yàn)水泥粉噴樁質(zhì)量符合要求。

五、結(jié)語(yǔ)

水泥粉噴樁具有施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、成本低廉、工期短、無(wú)污染、加固效果好等特點(diǎn)，適用于加固軟土地基、加固軟土邊坡及防滲工程，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?？偠灾愫盟こ讨兴喾蹏姌痘A(chǔ)施工的質(zhì)量控制，必須進(jìn)行全方位控制、全過(guò)程控制、全員參與控制的三全控制，同時(shí)又要突出重點(diǎn)，對(duì)重要質(zhì)量控制點(diǎn)，實(shí)行嚴(yán)格的旁站監(jiān)控，還要對(duì)常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行預(yù)先控制。