防止土石坝渗透变形的技术措施

□ 王文忠 赵丽春

土体由于渗透的作用可能产生渗透变形。破坏性的渗透变形可导致水工建筑物失事。在渗流作用下，土体处于被浮动的状态。当渗透力大于土的浮容重时，土粒就会被渗流挟带走，这种现象称为土体的渗透变形。如在靠近下游坝坡脚渗流出口处出现这种现象时，由于土粒不断被渗流带走，将导致坝下游坡面产生局部滑动；如在坝基中出现这种现象时，将会在地基中形成连通的孔道，导致上部建筑物发生显著沉降甚至倒塌。渗透变形通常有管涌、流土、接触冲刷和接触流土四种情况。

土体发生渗透变形的原因主要有两个：一是土的类别及其组成特征，其中包括土的性质及颗粒级配；二是渗流特征，包括渗透力与临界水力坡降。因此，防止土体渗透变形的工程措施主要是：增大土体密度；降低水力坡降；减小闸坝下游的出逸水力坡降，以减小渗透力；增强渗流出逸处土体抵抗渗透变形的能力。常用的工程措施如下：

一、设置防渗设备

防渗设备可以拦截渗透水流，消耗渗透水头，从而降低坝体和坝基的渗透坡降。主要是采取水平或垂直防渗措施。

二、设置减压设备和盖重

当坝基透水层的上面有相对不透水层，且未设切断透水层的垂直防渗设备时，水库蓄水后，坝后必将在上层相对不透水层的底面产生由渗流引起的承压水头。当上面地基土没有足够的抗渗能力与压重时，坝后将发生渗透变形。为消除承压水的危害，在坝后采取排水减压或设反滤盖重是经济有效的措施。排水减压的方法，可根据上面相对不透水层的厚薄采用排水沟或减压井切入下面透水层中，以减小上层的承压水头。对可能发生管涌的部位需设置反滤层，拦截可能被渗流带走的细颗粒；对下游可能产生流土的部位，可以设置盖重以增加土体抵抗渗透变形的能力。

三、设置反滤层

为了防止渗透变形的发生，设置反滤层以提高土体抵抗渗透破坏的能力是一项有效的措施，它可以起到滤土、排水的作用。通常，在土质防渗体（包括心墙、斜墙、铺盖、截水槽等）与坝壳或坝基透水层之间以及下游渗流逸出处等需设置反滤层；当坝壳或坝基为砂性土且与防渗体之间的层间关系满足反滤要求时，可不设置专门的反滤层；对防渗体上游处反滤层的要求可以适当降低。

反滤层应满足下列要求：透水性大于被保护土体，能顺畅地排除渗透水；使被保护土不发生渗透变形；不致被细粒土淤堵失效；在防渗体出现裂缝的情况下，土颗粒不会被带出反滤层，能使裂缝自行愈合。

反滤层由2～3层不同粒径的砂石料组成，石料采用耐久的、抗风化的材料，层的设置大体与渗流方向正交，且顺渗流方向粒径应由小到大。应尽量使用天然的砂砾石、砾石及卵石，在无料源的情况下，也可使用碎石。无论哪种材料，都应坚硬、耐冻而且致密。

一般土反滤料的不均匀系数η≤5～8，且粒径小于0.1mm的细颗粒含量（质量分数）不超过5%。对于紧邻被保护土的第一层反滤料，应满足D15/d85≤4～5和D15/d15≥5，其中D15为第一层反滤料的粒径，小于该粒径的土占总土重的15%；d15、d85为被保护土的粒径，小于该粒径的土分别占总土重的15%、85%。当选择第二、三层反滤料时，可按同样方法确定。选择第二层反滤料时，将第一层反滤料作为被保护土；选择第三层反滤料时，将第二层反滤料作为被保护土。土反滤层的层厚应根据材料的级配、性质、用途及施工方法等情况综合考虑确定。通常水平反滤层的最小层厚可采用30cm标准，垂直或倾斜反滤层的最小层厚可采用50cm标准。当采用推土机平料时，反滤层的最小水平宽度应不小于3m。

在分区坝中，若防渗体与坝壳之间的反滤层厚度不能满足过渡层的需要时，尚应加厚反滤层或另设过渡层。