土石壩滲漏問題分析及其防治措施探討

【摘要】土石壩的主要建筑材料為土，砂礫石和石渣卵石以及爆破石料，因其具有就地取材，運輸方便，有利于機械化施工，降低工程造價等優(yōu)點，因而在工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，社會的不斷發(fā)展，人口的不斷增，使得人們的居住環(huán)境更加密集，土石壩一旦出現(xiàn)滲漏會使水庫發(fā)生癱瘓，不但損失了社會效益，也會對人們的生命財產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅，所以，如何控制和預(yù)防滲漏是土石壩工程建設(shè)中最主要的工作之一。

【關(guān)鍵詞】土石壩；滲漏類型；預(yù)防；治理技術(shù)

在土壩的施工過程中，由于壩體自身的材料及施工工藝等原因，無論是壩身、壩基還是壩肩，在水庫蓄水后，這些部位都會承受不同程度的水壓力，都會有一定透水性，庫水必然會通過壩身土體、壩基、壩肩土體或巖石的孔隙，壩體與地基接觸面發(fā)生滲水，這是在所難免的，在一定程度上不會對壩體造成太大的危險，但如果滲透超過一定極限，就會對壩身安全形成危害，形成異常滲漏，當(dāng)滲漏達到一定程度就會對土壩造成嚴(yán)重的危害，比如產(chǎn)生造成滑坡、流土、管涌、壩坡失穩(wěn)，以及壩坡塌陷等，嚴(yán)重的導(dǎo)致大潰壩。

1、土石壩滲漏的類型和原因

1.1 壩體滲漏

壩體滲漏指的是水體從壩身滲流，這是因為堤壩由土料建設(shè)而成，具有一定的透水性。如果壓實不到位，面對高水位帶來的壓力，就會增加壩身內(nèi)部的水分，是誘發(fā)滑坡、坍塌的重要原因。分析其原因，包括以下幾點：第一，心墻、斜墻部位出現(xiàn)裂縫。這是因為材料受到水流沖擊后，因變形加大出現(xiàn)裂縫。如此一來，水流就會集中沖擊裂縫，當(dāng)防滲填筑材料完全沖走以后，就會失去防護作用，最終出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。第二，浸潤線溢出。土石壩在使用期間，會出現(xiàn)蓄水位高于浸潤線的情況，在滲流溢出的影響下，下游長期濕潤、沼澤化，增加了滑坡風(fēng)險。再加上滲流、降雨的影響，壩體的抗剪性能降低，影響土石壩的穩(wěn)定性。第三，土石壩在改建擴建時，新舊防滲體的銜接不到位，就可能引起漏水[1]。第四，土石壩分層填筑時，會使用較厚的土層，機械設(shè)備很難壓實，雖然上層土體密實，但下層土體疏松，就會形成滲漏帶。第五，施工期間使用的材料質(zhì)量差，或者堤壩設(shè)計不合理，建成后也會增加滲漏風(fēng)險。

1.2 壩基滲漏

壩基滲漏指的是水體在壩基、壩肩滲流，主要是地質(zhì)條件的勘察不到位，沒有進行特殊處理而留下了質(zhì)量隱患，最終造成滲漏現(xiàn)象。分析其原因，主要包括兩點：第一，壩基施工時，鋪料的碾壓不密實，或者鋪料含水量大，就會導(dǎo)致壩基不堅固。堤壩蓄水以后，壩基會承受較大的壓力然后產(chǎn)生裂縫。另外，反濾層施工不當(dāng)，蓄水后在高壓力下容易擊穿。第二，壩基和截水墻的銜接部位比較薄弱，一般會設(shè)置反濾層，水體長時間沖刷后，反濾層可能脫落，銜接處就會滲水，并造成沖刷破壞。

1.3 壩身裂縫

第一，橫向裂縫。橫向裂縫是沿鉛垂方向伸入壩體，縫隙深度不等，具有上寬下窄的特點，縫口寬度一般在幾毫米至幾厘米。第二，縱向裂縫。普通的縱向裂縫呈現(xiàn)直線形態(tài)，兩側(cè)填土的錯開距離在30cm以內(nèi)，縫口寬度約幾毫米。另外，因滑坡形成的縱向裂縫呈現(xiàn)為弧形，向壩體內(nèi)部延伸，且進展速度不斷加快[2]。第三，龜裂縫。龜裂縫比較特殊，主要出現(xiàn)在沒有設(shè)置保護層的壩頂和壩坡，或者上游防滲鋪蓋面，產(chǎn)生原因是壩體體積收縮、土料含水量大等。第四，內(nèi)部裂縫。土石壩的地基如果壓縮性強，發(fā)生不均勻沉降可能形成馬鞍狀，此時壩底出現(xiàn)應(yīng)力，會引起橫向或縱向的內(nèi)部裂縫。

2、土石壩裂縫的處理

土石壩裂縫對土石壩安全的影響是相當(dāng)嚴(yán)重的，發(fā)現(xiàn)裂縫后，要通過表面觀測、開挖探坑及探槽等方法和手段，查明裂縫的具體情況，產(chǎn)生部位、長度、深度、錯距、走向，還要根據(jù)裂縫的產(chǎn)生情況，分析裂縫的發(fā)展，采取合理的處理措施。

2.1 開挖回填。

開挖回填，就是把裂縫處開出槽坑，然后再把土石料回填到坑中，重新夯實，這種辦法施工簡單，效果比較好，一般處理比較徹底，但適用深度不宜過大，一般要在 5 米之內(nèi)，而且裂縫已經(jīng)停止發(fā)展。在開挖前，在裂縫口處，用石灰水進行灌注，石灰水會沉到裂縫深處，這樣便于掌握開挖的范圍，開挖槽深寬都要超過裂縫，一般在 50 厘米。梯形臺階：槽坑開挖時順著縫隙進行開槽，同時要保持開挖梯形的斷面，這種斷面能使回填土料與原壩很好的結(jié)合，如果裂縫較深，可以挖出臺階高 1.5 米的梯形槽坑，挖時要保持槽口整齊，不要堆放土料，回填料前要把臺階削除，同時進行灑水使槽壁潤濕，并且把槽壁刨毛，然后再回填同樣的土料，分層進行夯實，確保密實度。十字形結(jié)合槽：適用于貫穿堤壩的橫向裂縫。開挖時順裂縫方向每隔 5～6 米，設(shè)一道垂直于裂縫的結(jié)合槽，回填時要注意新老土層的結(jié)合。一般裂縫處理宜在枯水期或降低水位后進行，必要時應(yīng)在上游堤壩坡加筑臨時圍堰，確保安全。

2.2 充填灌漿。

根據(jù)裂縫產(chǎn)生的情況，如果較深，不適合開挖回填法，那么可以采取灌漿的方式進行處理，也可以采取上部用開挖回填法，在下面采用灌漿的形式，這樣能減少工程開槽量，灌漿時，頂部要保持 2 米以上的開挖回填層，用來阻漿液外噴，回填時可以預(yù)先埋設(shè)灌漿管，根據(jù)情況，可以分段灌漿的方法，充填灌漿時，要控制好漿液的濃度，一般是先稀后濃，灌漿時逐漸調(diào)大灌漿壓力。在灌漿壓力作用下，擠密裂縫周圍壩體填土，達到堵塞裂縫加固壩體的目的。

2.3 壓力灌漿。

堤頂部位可先灌漿后開挖，以利于打眼機壓漿機施工方便，堤坡部位可以先挖槽用人工錐探，壓漿機灌漿，錐探深度堤頂?shù)唐戮鶠椴恍∮?5 米，以保證裂縫處理質(zhì)量。灌漿對每孔無論吃漿大小都應(yīng)進行復(fù)灌。

2. 4 預(yù)防措施。

為防止裂縫的產(chǎn)生，在工程施工階段，一定要加強基礎(chǔ)處理，這樣才能避免不均勻沉降的產(chǎn)生，降低裂縫產(chǎn)生的概率。對于土石壩土料的配制，要保證土質(zhì)均勻，減少固結(jié)，要盡可能采取現(xiàn)代施工技術(shù)中的先進工藝，提高堤壩的壓實程度，保證壓實緊密，防止填料固結(jié)變形過多而產(chǎn)生裂縫。

第一，加強基礎(chǔ)處理。在施工前，針對基礎(chǔ)內(nèi)的積水進行清除，必要時換填土層；針對軟弱地基，使用石灰土回填加固。在填筑施工時，將基礎(chǔ)內(nèi)的草皮、樹根、雜土等全部清除干凈。施工時遇到井坑，應(yīng)該夯實后填平；識別施工質(zhì)量隱患，嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開挖處理，從根源上保證工程質(zhì)量。

第二，土料均勻調(diào)配。土石壩的建筑土料應(yīng)該拌制均勻，能加快固結(jié)速度，是重要的控制指標(biāo)。在施工過程中，應(yīng)該檢查土料的類型和性能，優(yōu)先選用壤土，禁止使用凍土、腐殖土、細(xì)砂、淤泥塊等，并且清理土中的雜物[3]。如果土料中粒徑大于5cm的土塊含量超過5%，就要進行破碎處理方可用于施工中。

第三，采用加固措施。填料固結(jié)變形，是堤壩出現(xiàn)裂縫和滲漏的重要原因，對此，施工中應(yīng)該保證土料壓實緊密。隨著施工機械化水平的提高，機械碾壓取代了壓實，施工期間應(yīng)該嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，將鋪土厚度、土粒含水量等指標(biāo)控制好，保證攤鋪平整度；同時進行最大干密度測試，切實提高土體的壓實度。

3、土石壩滲漏的治理技術(shù)措施

3.1 劈裂灌漿技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用原理，是利用一定壓力劈開壩體軸線的主應(yīng)力面，然后灌注漿液促使?jié){液和壩體相互擠壓，最終形成連續(xù)泥墻，提高壩體的密實度[4]。實踐應(yīng)用證實，該技術(shù)所用材料方便取材，不僅施工技術(shù)簡單，而且經(jīng)濟成本低廉。在適用范圍上，以高度50m以內(nèi)、低水位的寬心墻壩、均質(zhì)壩為主；隨著技術(shù)的發(fā)展，高度50m以上、高水位的堤壩中也能夠使用。

3.2 振沖加固技術(shù)

在我國的土石壩中，心墻沙殼壩數(shù)量較多，施工期間的沙殼大多碾壓不實，壩基可能存在細(xì)沙且未處理，一旦受到外界振動的影響，很容易發(fā)生滑坡現(xiàn)象。為了應(yīng)對地震液化造成的壩體滲漏，在上游和下游壩腳處，應(yīng)該加強排水蓋重，還要采用振沖加固技術(shù)，將深度控制在15-30m之間。

3.3 巖溶防滲技術(shù)

巖溶地質(zhì)區(qū)域的堤壩滲漏現(xiàn)象更為嚴(yán)重，水泥灌漿技術(shù)的應(yīng)用難以滿足加固需求。對此，可以采用巖溶防滲技術(shù)，首先向鉆孔內(nèi)拋灑級配石料，用來堵塞漏水通道，降低滲流速度。級配石料的粒徑，最小為2mm、最大為40mm，必要時增大至100mm。當(dāng)鉆孔內(nèi)的水流速度降低至200L/min，即可開展水泥漿灌漿作業(yè)，形成帷幕起到防滲效果[5]。

3.4 防滲墻加固技術(shù)

首先單井開挖，然后井與井之間相互搭接，形成一個整體的混凝土防滲墻。該技術(shù)的優(yōu)勢是施工安全簡單，單井作業(yè)的工程量小，可以提高機械設(shè)備的效率。缺點則是混凝土施工難度大，進度和質(zhì)量難以保證。改良后的防滲墻加固技術(shù)，采用組井開挖形式，減少了井與井之間的接縫，因此施工質(zhì)量提高。

3.5 射水造孔技術(shù)

堤壩位于砂質(zhì)地基、軟土地基上，可以采用射水造孔技術(shù)，利用射流產(chǎn)生的沖擊力破壞土體結(jié)構(gòu)，促使水土泥沙溢出地面[6]；其次利用卷揚機操作成型器沖動，進一步破壞土層；然后形成合適的槽孔，使用泥漿加固孔壁，并水下澆筑混凝土，形成混凝土槽墻；最后在槽墻和槽墻之間使用連接裝置，促使其成為地下連續(xù)防滲墻。

4、土壩的防護工作

對土壩的防護工作，一般應(yīng)注意以下幾點：

4.1盡量避免在壩頂上放置、 運轉(zhuǎn)或行駛重量較大或振動較大的機械或車輛。在壩身或下游附近，不得任意挖坑、取土或進行其它影響土壩安全的工作。

4.2土壩兩端的坡地或地下排水，應(yīng)妥善處理，防止流向土壩、壩頂、壩坡或壩腳。 一般可在山坡或地面設(shè)置水溝等，將水引至離土壩較遠(yuǎn)處。土壩壩面的排水設(shè)施，應(yīng)保持良好。 必要時，應(yīng)加以改善，以保證壩面無積水，壩坡無雨淋溝，壩腳無沖坑。

4.3、泄水建筑物行洪時， 如發(fā)現(xiàn)上游或下游的回流沖刷或拍擊護坡而導(dǎo)致局部損壞時， 應(yīng)及時修復(fù)或補強。對壩頂或壩坡， 如因歷年沉陷而產(chǎn)生起伏不平時，應(yīng)重新修復(fù)，以保持壩面平整。土壩下游導(dǎo)滲設(shè)備， 應(yīng)避免下游渾水倒灌和沖刷，可考慮修筑擋水墻，或?qū)V水體上部受回水影響部分用水泥砂漿勾縫填補，下部保持原狀，若壩體滲水，可考慮水體下部直接流

參考文獻：

[1] 王捷.土石壩滲漏裂縫產(chǎn)生的原因及處理體會探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，（6）：67-69.

[2] 易孝軍.淺談土石壩工程滲漏中存在常見問題與處理方法[J].新材料新裝飾，2014，（2）：382-382.

[3] 曾曲星，熊本興.陸水水庫土壩白蟻防治措施與效果分析[J].人民長江，2013，44（18）：27-29.