土石坝失事风险成因及其针对性改造

宋怀杰

(青冈县水务局，黑龙江 青冈 151600)

土石坝失事风险成因及其针对性改造

宋怀杰

(青冈县水务局，黑龙江 青冈 151600)

土石坝是中小型水库的重要建筑形式，虽然其成本低但是却存在比较大的失事风险，一旦出现险情势必会给周边群众及各类生产生活设施造成严重的损坏，如何预防土石坝失事风险，保证中小型水库的安全，是水库管理当中面临的一个重要问题。根据现有的研究资料，分析了土石坝风险形成的原因，提出了改造建议。

土石坝；失事风险；成因；渗漏；改造技术

现在，中小型水库在建设当中主要采用的是土石坝结构，这种结构成本低、建设快，但是也存在着失事风险高的问题，一旦出现风险势必会对人民群众的生命财产安全，以及社会的稳定性造成很大的威胁和影响。减少土石坝失事风险，预防各类险情是各级水利部门面临的一个重要问题。

1 土石坝失事风险的成因分析

1.1 坝体渗漏

土石坝在施工建设的过程中，勘察设计存在一定的问题，选择坝体防渗土料的抗渗能力达不到土石坝的建设要求，一些坝体在施工过程中因为合格土料储备不够，为了满足施工时间的要求，将合格的土料放在下面，将不合格的土料填筑在上面，导致坝体上不出现渗漏。同时，现在的土石坝多建在上个世纪，当时施工组织水平不高，在施工建设上采取的是分段包干的方式，各仓面施工上升速度并不一致，填筑的图层厚度存在较大的差异，不同的施工段之间相邻结合部出现了少压、侧压的松土带，在长期使用过程中出现了渗漏。同时，早期的施工机械水平低，多采用人工夯实方式，每层土的密实度都不一样，如果下部夯实度不厚，可能会习惯成集中水平渗漏带。除此之外，输水涵洞设计不当、没有设施排水及反滤设施、白蚁危害、地震等都可能导致坝体渗漏[1]。

1.2 坝基渗漏

坝基渗漏也是土石坝失事风险的重要原因，坝基是整个土石坝的基础，如果坝基出现问题，势必会对整个土石坝的安全性造成影响。但是，坝基导致的渗漏在新建的水库当中并不多见，多出现在20世纪50—60年代建设的水库当中，因为当时施工条件有限，在坝基施工当中都是采用人工清基的方式，由于施工地区多为山地和河床部位，施工难度非常大，尤其是在河床上施工，河流长期冲积形成的冲基层清基不彻底，坝体与坝基的结合度不紧密，在水压、腐蚀等长期作用下，坝体和坝基结合部位很容易出现渗漏。此外，受到当时施工技术、方案等因素的影响，在坝基施工当中防渗措施不到位，一些土石坝在坝基施工当中根本没有设置截水槽，有的虽然设置了截水槽，但是截水槽的深度到不到保护坝基的要求，导致坝基出现了渗漏。此外，在施工建设之前，地址勘察阶段当中，没有进行认真的勘察，坝基施工的地方存在砂砾石透水层或岩溶发育层，或者虽然发现了但是没有采取帷幕灌浆等预防措施，防渗工作不到位导致出现渗漏。

1.3 绕坝渗漏

在施工当中如果坝体与岸坡接触带清基不彻底，或者在施工当中碾压不到位，坝体与岸坡紧密度不够，往往会出现绕坝渗漏，导致失事风险。此外，如果坝肩沿岩层面、节理或裂隙、断层破碎带等岩层不良发育的情况，也会出现绕坝渗漏的现象，严重的会导致坝体渗透变形[2]。此外，如果岸肩处的油水层低于水库的正常蓄水位，并在低临谷出露，会产生低邻谷渗漏等。

2 土石坝失事风险的针对性改造措施

2.1 薄型混凝土防渗墙

混凝土防渗墙具有底层适应强、防渗效果好、耐久性好等优点，并且施工技术比较成熟，施工质量比较可靠，因此是现在土石坝改造的一项重要措施，得到了较为广泛的应用。但是这种防渗处理方法成本比较好，并且比较适合大坝防渗处理，对于中小型熟路的小土石坝可以采取其它成本比较低的防渗技术措施，有效的节约投资。这种方法在施工当中，要求坝基防渗帷幕轴线布置在坝体防渗轴线上游2m处，墙帷塔接长度为5m，这样能够让防渗墙与坝基帷幕当中可能存在渗流隐患，在施工当中可以通过预埋灌浆管、加宽帷幕墙厚度措施解决。在施工当中，需要先将水库放空，即便是在最低水位也不能进行施工。因为，这种施工方式是采取的冲击钻的施工方式，如果水库当中有水，水体给大坝会有很大的压力作用，加上冲击钻的冲击力，可能会让坝体出现裂缝，甚至会出现滑坡等现象，加重土石坝失事风险[3]。

2.2 振动沉膜防渗板墙

振动沉模防渗墙是一种可以在水库蓄水期内正常施工的一种失事风险预防技术，其厚度一般在0.08～0.25m，具体厚度要看施工的目的以及土石坝的具体情况而定。在施工的过程中，要注意振动的幅度及对坝体的影响，不要在坝体已经出现渗漏的地方振动过大，以免对坝体造成进一步损害，造墙的深度一般为16m，当然可以根据具体的施工需要适当的加深或者减少深度。由于这种防渗墙技术，工艺相对来说比较简单，施工速度快、工期短，适合在比较紧急的状态下使用，并且造价低，造价约为300元/m2，质量比较可靠，墙体的连续性很好，能够起到良好的防渗除险效果。尤其是是个黏性土、粉土、松散、中密等土石坝的防渗除险工作。云南省鹤庆县杨龙潭水库土石坝防渗除险工程当中，就采用的振动沉膜防渗板墙技术，板墙设计宽度0.20m，深度15.7m，主要防渗材料为塑性混凝土2005年水库建成蓄水以后，下游坝坡中原有的沼泽等病害消失，防渗墙高程范围内的原来的出现的几个管涌点也消失，可见能够起到良好的防渗除险的作用。

2.3 高压喷射灌浆

高压喷射灌浆是一种比较先进的土石坝除险加固技术，这种技术适用范围比较广，适合淤泥质土、黏土、粉土、砂土等松散透水低级或者填筑坝体，在施工当中主要使用高压喷射灌浆设备，将浆液喷到坝体上，起到防渗除险的作用，详见图1。

图1 高压喷射灌浆

在施工当中，要严格按照《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》中的规定进行，在施工过程中要保持设备处于良好的使用状态，实行连续喷浆作业的方式，保证施工的连续性。同时，要注意调节好压力，压力既不能过大，也不能过小。压力过大，可能会对坝体的安全性造成影响，压力过小则有可能灌浆压力不够，一些缝隙得不到有效的处理。高压喷射灌浆对于施工设备要求相对比较高，但是施工速度快，墙体厚度一般在0.1～0.4m，但是造价相对来说比较高，造价超过600元/m2，并且随着材料价格的上涨，成本也处在不断增加，并且孔深时喷射灌浆的质量就难以控制，比较适合坝基防渗除险的需要。

总之，土石坝失事风险的成因比较复杂，但是主要是土石坝渗漏导致的，在实践当中最好的除险加固措施就是建设防渗墙，利用防渗墙的防渗作用，保护坝体、坝基、坝体与岸肩等不受损害，避免出现失事风险，使各类水库及其它水利设施能够安全运行。

[1]梁军.土石坝病害成因分析及处理[J].科技信息，2013(17)：352-353.

[2]李国学，刘世鹏.辽宁省中型土石坝的病险与除险对策 [J].东北水利水电，2004，22(06)：50.

[3]邹振宇.广东省大中型水库土石坝工程渗漏问题及处理[J].广东水利水电，2006(05)：12-14.

1007-7596(2014)01-0103-02

2013-11-28

宋怀杰(1976-)，女，黑龙江青冈人，工程师，研究方向为农田水利。

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