土石坝加固的防渗处理技术研究

赵永刚 方长权

（1.中水淮河规划设计研究有限公司 安徽蚌埠 233001；2.宿迁市水利工程建设监理咨询有限公司 江苏宿迁 223800）

1 概述

我国水资源丰富，水库众多，水库大坝型式也多种多样，但以土石坝居多。已建水库土石坝大多存在不同程度病险问题，尤其是 20 世纪50～60年代兴建的中小型水库，多属“三边”工程，普遍存在防洪标准偏低，设计达不到规范要求，工程施工质量差，工程老化失修等问题。不仅造成水库不能正常运行，效益不能充分发挥，而且还严重威胁到下游人民群众生命财产的安全。病险水库最主要的病症是大坝渗透稳定问题，因此大坝防渗处理是病险水库除险加固处理的关键。2008年以来，淮河流域对近百座大、中型水库的土石坝进行了除险加固，其中90%以上针对大坝渗透稳定问题采取了防渗处理措施。

2 渗透病害成因及防渗处理要点

病险水库土石坝渗透稳定问题包括坝体渗透和地基（含坝肩）渗透。坝体渗透病因形成有原坝体填筑不密实、防渗材料抗渗性差、清基不彻底、蚁窝等。坝基渗透问题一般为原设计深度不足，未采取有效的坝基防渗处理措施，或是原防渗设施功能不足。

病险水库土石坝防渗处理尤其是增设防渗墙时主要考虑以下几点：（1）坝基地质条件和水文地质条件。宜将新设防渗墙放在坚固而不透水的基岩或黏性土层中，尽量避开不利的地质构造。墙底应伸入相对不透水层，与坝的防渗体、坝基覆盖层和基岩内的防渗设施应紧密地连接成整体。（2）与原有防渗体及其他建筑物的连接。与土质防渗体连接时，应做成光滑的楔形，插入土质防渗体高度宜为1/10 坝高，接触面允许比降应按土料允许比降确定。设计时应认真做好与坝身混凝土构筑物的防渗连接，但布置时应尽量避开与坝身混凝土构筑物连接，以减少接头处理。（3）认真做好与两岸的连接设计。（4）工程量最小和造价最低，且易于实施。

3 常用防渗处理措施

目前针对病险水库土石坝防渗处理措施较多，主要有深层搅拌桩防渗墙、混凝土防渗墙、高压喷射灌浆、垂直铺塑、套井回填黏土防渗墙、充填灌浆、帷幕灌浆等。加固处理设计时应考虑不同的坝型、坝基、渗漏严重程度、当地材料、施工条件等因素，采取一种或多种处理方法相结合的防渗处理措施。

（1）深层搅拌桩防渗墙技术是近年来发展起来的防渗加固技术，运用特制的深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层的水泥浆液与原土充分拌和在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多，渗透系数较小，并具有整体性、水稳定性的桩柱体，将桩柱体互相搭接成一列，形成连续墙体起到防渗作用。该技术以其成墙防渗效果好、成本低、适用范围广、工效高等优点，在国内江河堤坝等截渗工程中得到广泛应用，具有较成熟的施工经验。适用范围为黏土、砂土、粉质黏土和含砾粒径小于5cm 的砂砾石层。最大成墙深不宜超过18m，渗透系数K＜1×10-6cm/s。

（2）混凝土防渗墙是利用专用的造孔机械设备营造槽孔，泥浆护壁，用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。其特点为：①适用性广。砂土、粉土及直径小于10mm 的卵砾石层都可以采用，深度可达100m左右；②截渗效果可靠，技术成熟，施工质量易于控制；③施工作业平台面较大，对槽孔稳定性要求较高，施工速度慢、工期长、工程造价高。

（3）高压喷射灌浆是目前水利工程中应用较为广泛的防渗措施之一，经多年研究和应用，具备了较为完善的灌浆技术。其施工工艺是利用钻机造孔，然后将喷头管送至预定位置，用高压喷嘴喷射高压射流冲击和破坏土体，同时与灌入的水泥浆掺搅混合，在土中形成凝结防渗墙体，以达到防渗目的。适用于粉土、含砂量较大的砂土层和含砾粒径小于5cm 的砂砾石层，也常用于防渗墙建筑物接头部位。最大成墙深40.0m，渗透系数k＜1×10-6cm/s。根据山东省高压喷射灌浆技术的实践，该项技术受土料岩性、施工工艺等条件的影响较大，孔与孔之间结合紧密与否不易检查，单孔斜度不易控制，处理效果有时不理想。库水位高时对灌浆不利，特别是灌浆合拢期，渗流量集中，容易带走水泥浆液，灌浆质量不易保证。因此，高压喷射灌浆宜在低水位下进行。

（4）垂直铺塑是利用水力冲割和刀具破碎土体的专用机械，在坝基、坝体中顺坝轴线方向形成一条连续的宽18～30 cm 的深槽，垂直铺入塑膜，最后回填松散干净的粉质壤土，利用塑膜极低的渗透性（渗透系数 K=1×10-11～1×10-15cm/s）形成防渗体系。多用于深度小于15m的黏土层和砂土层，对深度大于15m和砂砾石地层不适宜采用。

（5）套井回填黏土防渗墙是在大坝渗漏范围内，用冲抓锥或人工造孔把原坝身填土抓出，形成直井后，回填黏土，经夯实后形成一道连续的黏土心墙。夯实的同时对井壁周围的填土有一定的压实作用，使其密度增加，渗透系数减少，从而达到增加防渗能力的目的。套井回填时必须保持井内无水，以保证回填土质量。因此，黏土井柱施工受地下水位影响大，施工时要限制库水位。

（6）充填灌浆是利用浆液自重将浆液注入坝体隐患处，灌浆孔一般布置在隐患处或附近。黏土充填灌浆具有设备简单、投资省、工期短、易掌握、收效快的特点。对于处理中小型水库坝体渗漏、坝下涵管接触带的淘空回填，坝体的塌坑和裂缝，以及封填蚁穴都有较好的效果。黏土充填灌浆的主要技术要根据不同灌浆对象拟定参数，合理布孔，控制灌浆压力，调制土料，把握浆液浓度，注意终灌和复灌时机等。

（7）帷幕灌浆是采用小口径地质回转钻机成孔，高压水脉动冲洗，然后灌入水泥浆。20世纪以来，帷幕灌浆一直是水工建筑物岩石地基防渗处理的主要手段，设计标准按灌后基岩的透水率控制，帷幕深度应根据建筑物的重要性、水头大小、地质条件、渗透特性以及对帷幕所提出的防渗要求等综合进行确定。

4 结束语

病险水库土石坝防渗处理方案还应考虑水库特殊情况。如有些水库有城市供水任务，施工时要保证供水水位不能降低。此时，库内外水位差大，地下水流动性强，应注意深层搅拌桩防渗墙及套井回填黏土防渗墙的可行性；有些水库坝顶道路为交通要道，施工时不能中断交通，另设临时交通道路困难，而混凝土防渗墙施工要求平台大，有可能难以实施。因此，由于客观条件的限制，技术可行的防渗处理方案不一定能顺利实施。总之，病险水库土石坝防渗处理措施应综合考虑，做到技术方案可行，经济合理且易于实施，经多方案技术经济比较后择优确定。