简论水利工程中堤坝防渗技术

□董聪飞 □聂 勇 □黄建科（宁波四明湖建设有限公司）

0 引言

三峡大坝创造了可观的经济效益和社会效益，也引发了水利工程研究热潮。从堤坝防渗角度来说，并不是所有水利工程都能与三峡大坝媲美，许多水利工程都是很多年前建成的，存在年久失修和安全隐患问题，而渗漏则是其中最重要的安全隐患之一。做好水利工程的堤坝防渗是保证水利工程正常运作、安全生产的关键内容之一。

1 我国水利工程中的堤坝防渗现状概述

我国国土辽阔，水资源丰富，水库数量居世界第一，大中小各种水库有9万多座，水岸堤防长达27万km，这些水利工程在经济建设和防洪抗旱中起着重要作用。但是，随着时间的流逝，许多水利工程都出现了安全隐患，经常出现决堤事故，威胁着人民群众的生命安全和财产安全，因此，堤坝防渗成为人们关注的焦点。

从已发生的大坝事故来看，原因主要有：渗漏管破损、坝体裂缝、年久失修、大坝护坡坍塌。其中，渗漏管破损和坝体裂缝带来的安全事故分别占30%、25%左右，是最主要的原因。目前，我国的水利工程存在严重的堤坝渗漏问题，必须研究出新兴的堤坝防渗技术，保证水利工程正常运转，减少安全事故发生。

2 堤坝防渗施工技术分析

常用的堤坝防渗技术主要有灌浆防渗、混凝土防渗和水平防渗。

2.1 灌浆防渗

灌浆防渗施工技术最显著的特点就是造价低、施工快捷，既能解决坝体中存在的裂缝、洞穴等安全隐患，还能对坝体起到加固作用，是一种经济合理的施工技术。为减少对自然环境的污染，灌浆材料一般就地取材，这样还能有效减少工程成本。

2.1.1 布置灌浆孔

根据大坝的实际情况布设两排平行于坝轴线的灌浆孔，主排孔与前坝肩相隔2m，孔深约8m，主排孔与副排孔相距3m，孔深4m。这种灌浆孔结构能起到改善大坝内部应力状态的效果。

2.1.2 确定灌浆材料和灌浆质量

浆液要具有稳定性好、可灌性和析水固结快等特点，这样才能使最终形成的浆体抗渗性能强。在工程施工中，灌浆材料一般是就地取材的，而选择的材料一般是粉质壤土。在灌浆质量上，为了获得较强的防渗性能，要使主排孔形成一个竖直连续的浆体防渗帷幕，这一帷幕的厚度应在15 cm以上，而浆体的干容重1.61/cm3，渗透系数为1×10-6cm/s。灌浆步骤为：鼓泡压密——劈裂流动——被动土压力。

2.1.3 施工

施工的基本原则是先两边后中间，先将最外围的两排孔灌浆，完工后的3 d之后，浆体中的水分逐渐渗透，而坝体的应力状态得到相应的调整，这时再开始进行中间一排主孔的成孔和灌浆。在施工过程中，一般是采用间隔成孔和灌浆的方法，一次性成孔极容易造成坝体的穿孔现象。在单个孔的灌浆施工中，应先对孔的下部2~3m处进行纯压式灌浆，达到标准后再拔管对上部进行纯压式灌浆。

2.2 混凝土防渗

混凝土防渗技术是指建造防渗墙起到防渗效果，保证水利工程的安全生产。防渗墙又可以具体分成四种：水泥土搅拌桩防渗墙、自凝灰浆防渗墙、高压喷射防渗墙和垂直铺塑防渗墙。

2.2.1 水泥土搅拌桩防渗墙

用深层搅拌桩机将水泥浆与土体充分搅拌起来，经过水泥的水化、离子交换等反应之后，凝结成水泥土搅拌桩防渗墙。2002年，长江堤防的防渗就大量采用了这种防渗墙，总共建造出了约1万m2的防渗墙，占墙体总面积的69%。这种防渗墙的优点是造价低廉、施工简单、施工设备轻便，其墙体厚度一般在25~30 cm。

2.2.2 自凝灰浆防渗墙

在水泥、膨润土中掺加适量的缓凝剂制成自凝灰浆，灰浆凝固之前可作为造孔中的固壁泥浆，而凝固之后则能形成墙体起到防渗效果。该技术在我国还不成熟，应用较少，多见于美国和法国等国家的水利工程。

2.2.3 高压喷射防渗墙

利用高压射流冲击干扰坝基的覆盖层，然后灌入水泥浆，使得水泥浆与覆盖层紧密结合起来，形成一道防渗墙。

2.2.4 垂直铺塑

利用链斗式挖槽机挖掘出渣，形成排列规律的连续槽孔，然后再用水泥浆固壁，成槽后铺设一层防渗膜，并回填粘土，这样就形成了垂直铺塑防渗墙。施工过程中，挖槽深度一般≤15 cm，槽宽在15~30 cm为宜。

2.3 水平防渗

水平防渗原理是：在坝体的临水侧平铺一层不透水的粘土、混凝土或土工膜，或是在背水侧平铺一层压盖土。如图1所示为土工膜截渗示意图。这样可以延长坝基中渗透水流的流线长度，降低渗水的破坏能力，减小渗水的坡降，从而达到提高渗流出口抵抗力的目的。一般将临水侧和背水侧的水平防渗分别称为铺盖和盖重压渗。

图1 土工膜截渗示意图

铺盖一般是利用堤外河床上的粘土层或是人工铺填的粘土、混凝土、土工膜等透水性小的材料压实形成。盖重是背水侧的防渗措施，它能有效防止坝基的变形，当该坝基的透水层非常深厚时，可以采用盖重压渗措施，计算出压盖的宽度范围，当宽度较大时，可以将减压井与盖重压渗配合起来使用，缩短压盖宽度。除了计算出压盖宽度外，还应根据该地的历史险情、地形地质情况、堤防重要程度来确定压盖的宽度，一般来说，压盖宽度在50~200m范围内为宜。

有的时候，受背水侧地形和建筑物的影响，无法采用防渗墙、灌浆等方法，而压盖宽度又较大时，可以采用排水减压方案来解决堤基渗流问题，设置排水管，排出堤基中的压力水，释放地下水的压力。

3 水利工程中堤坝防渗技术的选用原则

堤坝渗水是当前众多水利工程亟待解决的问题，它威胁到老百姓的生命和财产安全，不利于经济建设；而且堤身的渗水还会带来背水坡的脱坡，使得背水坡出现水流冲刷现象，严重的还会造成巨大陷坑现象，不利于农业建设，也不利于生态平衡。所以说，必须根据水利工程的实际情况选用合适的堤坝防渗技术，以最低成本创造最好防渗效果，保证水利工程安全运转，保护老百姓的生命财产安全。一般来说，破坏程度较轻的水利工程宜采用防渗墙来解决，如果堤身出现集中渗流现象，可以采用高压喷浆来解决。如果新老堤结合的水平位置发生集中渗流现象，则可以在临水侧开挖，回填封堵，或者说直接对接触面灌浆充填。如果堤身出现分段集中渗流现象，可以采用临水坡方式截渗，然后再在背水坡进行反滤保护。

在堤基的防渗上，如果堤基的透水层较深厚且临水侧是较为稳定的滩地基时，可以采用铺盖防渗技术进行防渗处理。当堤基的覆盖层较薄，透水层埋藏较深且厚度较大时，可以在背水侧进行盖重压渗，还可以在背水侧的堤脚处选择合适的位置设置减压井，使之与盖重压渗配合起来使用，达到提高防渗性能的目的。当堤基的覆盖层较厚、透水层较厚且埋藏较深时，采用盖重压渗方法，施工时，盖重的渗透系数应大于覆盖层的渗透系数。除此之外，也可以在堤脚的合适位置设置减压井，达到减小扬压力和去除险情的目的，提高堤坝防渗性能。

不同的水利工程有不同的渗漏现象，适用不同的堤坝防渗施工技术。不同的防渗技术有不同的优缺点，只有综合考虑堤坝渗漏现状、地质地形条件、堤坝重要等级、防渗技术造价等因素，选择合适的堤坝防渗技术，将多种防渗技术合理搭配起来，选择最优方案，才能以最少成本创造最高经济效益和社会效益。

4 结语

随着水利工程的迅速发展，水利工程的堤坝渗漏问题受到了人们的普遍关注，水利及相关部门要积极研究堤坝防渗技术，设计最优堤坝防渗方案，保证水利工程的安全稳定运转，促进经济建设。而新建水利工程则要努力提高施工质量，提高工程防渗性能。只有解决好水利工程的堤坝渗漏问题，才能促进经济建设，才能保护人民群众的生命财产安全。

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