水库土石坝防渗流及加固设计技术

陈伟 袁昳雯

（楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司，云南 楚雄 675000）

1 土石坝防渗加固设计分析

①土石坝坝体及坝基、两岸坝肩的渗流控制应使渗径、渗流坡降(包括平均坡降、逸出坡降)、渗水流速及渗水量控制至小于允许值；② 坝体防渗措施主要是“前堵、中截、后排”，坝基为“前延、中截、后压排”；③土石坝经长期运行，填筑料及其地基土层的工程力学性质已发生变化，其计算、分析参数应以近期勘察、试验成果为主，并考虑压密、渗透加固与破坏情况进行综合分析；④土石坝长年挡水，已形成较稳定的渗流场，宜按最不利稳定渗流场设计；⑤防渗加固措施，应充分利用已有的防渗、反滤及排水措施，形成连续、完整的防渗体；⑥防渗体不能与表面张开裂隙直接接触。坝身与坝基及不同土质接触长度应满足不产生接触冲刷要求；⑦地质条件和工程复杂的病险土石坝，采用单一的技术措施往往难以奏效或不经济，宜采用综合防渗加固措施；⑧应有利于尽早释放渗透压力，以增加下游坝坡及地基静力稳定性。一般宜采用截断渗流的着底式防渗体。当采用完全截断渗流措施不经济时，采用的措施应有利于渗流分散，渗流坡降均匀；⑨新采用的防渗体应在其两侧形成反滤层、过渡层，采用的防渗材料应有较小的防渗系数，较大的允许渗流坡降和较强抗溶滤能力；⑩采用的防渗措施应要求施工场地不大，最好能在一个枯水期，在一定水头情况下施工完成。

2 防渗加固措施

土石坝防渗加固措施一般分为垂直防渗与水平防渗两大类措施。垂直防渗是加固工程中十分常见的防渗处理措施。对于透水地基，垂直防渗与水平防渗措施相比，截流效果更显著。下面重点介绍几种常用的垂直防渗措施。

2.1 混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是利用专门的造槽机械设备营造槽孔，用导管在槽孔中浇筑混凝土，形成一道连续的防渗墙体。混凝土防渗墙墙体材料有普通混凝土、粘土混凝土和塑性混凝土等。成槽方法有多种，常用的有钻劈法、钻抓法及铣削法等。

混凝土防渗墙施工工艺属置换式防渗墙，即先造槽，再浇筑混凝土，墙体性能好，质量可靠；地层适用性广，无论是砂土、砂壤土、砂砾石层和砂卵石层均可以造槽成墙。但施工速度较慢，造价较高，废浆液排放量大，易造成环境污染。

2.2 薄壁混凝土防渗墙

2.2.1 射水法薄壁防渗墙

射水法是利用水泵及成型射流的冲击力破坏土层结构，水土混合回流溢出地面，同时利用卷扬机操纵特制的成型器具不断上下冲动，进一步破坏土层，切割修整孔壁，形成有规则的槽孔，随后浇筑混凝土或塑性混凝土，或灌注各种柔性砂浆、铺设防渗土工膜，形成一个完整的防渗墙。

适用于砂性土、淤泥质土、粘性土、粉土，并能穿过砂卵石层，成墙深度可达30m。成墙宽度22～45mm。由于该工法简单，设备搬运灵活，地层适应性广，施工成本在射水、液压抓斗和拉槽3种工法中最低，一次性投资较小，因而，在防渗墙施工中得到广泛应用。

2.2.2 薄型液压抓斗薄壁防渗墙

薄型液压抓斗防渗墙采用分序抓取法，抓取时采用泥浆固壁，浇筑采用泥浆下直升导管法。液压抓斗适用于软土、砂砾土和强风化岩地层，满斗率较高，效率高，其运行费用低，配有测斜纠偏装置，能够保证槽孔的垂直度符合规范要求，成墙质量有保证，但一次性投入较大，施工成本较高。

2.2.3 拉槽法防渗墙

拉槽法是采用拉槽机进行连续拉槽造孔，分段隔离浇筑成墙的一种施工方法。

拉槽法适用于淤泥质土、砂性土、松散的粘性土以及直径<10mm的砂卵石层中成墙，最大成墙深度达25m。拉槽法防渗材料水下浇筑可采用3～4管浇筑，一次浇筑槽段长度可达12m以上。成墙墙体连续性好，施工工效高。

2.3 深层搅拌连续墙

深层搅拌连续墙是通过深层搅拌机将水泥浆喷入坝体并搅拌均匀，经过一系列水化离子交换与硬化等反应，形成多桩搭接且有一定强度和抗渗能力的防渗墙。深层搅拌桩机有单头和多头之分，多头小直径桩机工效较高，一次成墙长度较长，而且一次成墙的桩之间不会出现底部分叉现象，提高了墙体的连续性和完整性。

深层搅拌法水泥土防渗墙主要适用于在砂类土、淤泥质土以及承载力≤150kPa的粘性土和粉土，成墙深度<20m。成墙质量可靠，如墙厚、墙段连接、墙体均匀性及各项性能指标均能满足设计要求；工效高、工期短；利用原土注入水泥可就地搅拌，施工造价较低，对环境污染轻。

2.4 高压喷射灌浆防渗墙

高压喷射灌浆就是利用钻机造孔，然后把带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置，用高压设备把压力为20～30MPa左右的高压射流从喷嘴中喷射出来，用该射流冲击和破坏地层土体，并与灌入浆液掺混，在土体中形成固结体。喷浆方法有为定喷、摆喷和旋喷。

高压喷射灌浆防渗适用于软弱土层砂类土以及砂卵石地层。施工质量可靠，浆液的浓度、凝结体的强度及渗透性等可根据地层特点，加以控制和调整；可灌性好，其可灌性和影响范围超过了一般的注浆效果；施工简便，施工时只需钻小孔(如孔径110mm)，即可获得较大的凝结体和较厚的板墙。

2.5 垂直铺塑防渗

垂直铺塑防渗是利用开槽铺塑机，在坝体或坝基内开出一定深度的连续沟槽，并同步在沟槽内铺设塑膜和填以设计要求的回填料。经过填料的析水固结后，形成以塑膜为主要幕体材料的复合防渗帷幕。具有无接缝、整体连续性好、防渗效果显著、适应变形能力强等优点。

2.6 冲抓套井防渗

冲抓套井回填粘土防渗墙是利用冲抓式打井机具，主要在土坝或堤防渗漏范围造井，用粘性土料分层回填夯实，形成一连续的套接粘土防渗墙，截断渗流通道，同时在夯锤夯击回填粘土时，对井壁的土层产生挤压，使其周围土体密实，以提高坝体质量，从而起到防渗和加固的目的。主要机械设备为冲抓机，配有抓瓣式钻头和马蹄式夯锤。

冲抓套井防渗施工机械设备简单，对施工场地无特殊要求；防渗效果好，套孔回填的粘土经过夯实后，干密度增大，渗透系数减小；可就地取材，充分利用当地的粘性土料，工程成本低；当工期紧时，增加机械设备，多开工作面，可以大大缩短工期；对于坝体局部漏水和坝坡湿润处理迅速，可以收到立竿见影的效果。

2.7 振动沉模防渗

振动沉模防渗墙技术是利用强力振动原理将空腹模板沉人土中，向空腹内注满浆液，边振动边拔模，浆液留于槽孔中形成单块板墙，将单板连接起来，即形成连续的防渗墙帷幕。

主要适用于松散的软基地层，从粘性土到层厚较薄的砂卵石层；处理深度≤20m。墙体质量好，搭接可靠，防渗性能良好；施工效率较高，工效为400～800m2/d；所需的材料属一般性材料，造价较低。

2.8 各类灌浆施工方法

水泥帷幕灌浆。水泥帷幕灌浆是用水泥浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。

水泥帷幕灌浆通过对坝基钻孔、裂隙冲洗、压水和灌浆，可以了解基岩的透水性能，提高灌浆效果，进行有效的防渗处理；机械设备简便，施工技术成熟，容易取得理想的防渗效果。

劈裂式灌浆。劈裂式灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗粘土墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体应力重新分布，提高坝体变形稳定性。

劈裂式灌浆具有造价低、省工、效果显著和就地取材等优点。

化学灌浆。化学灌浆是将化学浆液灌入裂缝内部并在硬化后具有一定的粘结强度，能较好地恢复混凝土结构的整体性，起到固结、防渗、改善应力传递以提高承载和抗变形能力的方法。

3 结语

土石坝的防渗加固措施的选择受多种因素的制约，特别是施工条件和工期的限制，所以，选择土石坝加固措施时，应根据工程病害的具体情况对各种加固措施进行技术、经济比较，以最少的投资、最短的工期、较小的环境污染，创造最佳的工程效益。

[1]吴钊,赵小利,王谠.土石坝渗流初步探讨.水利天地.2009-02-15