浅谈土石坝防渗体及排水设施设计及应用

杨 川 张 鸥

（杨凌职业技术学院 陕西杨凌 712100）

引言

土石坝是土坝与堆石坝的总称，是利用当地土石料碾压、夯实等施工方法堆筑而成的挡水建筑物，由于填筑大坝的材料以土石材料为主，土坝的坝体总是透水的[1]。当坝体挡水时，上下游存在一定的水位差，水流将通过坝体向下游渗透，使坝体内部土料处于湿润状态，降低了坝体内土料的抗剪强度，对坝体稳定极为不利。因此，在坝体设计时，应充分考虑防渗、排水设施，以消除不利影响[2]。

1 土坝防渗体

除了均质坝直接利用坝体进行防渗，其余坝型均需要设置专门的防渗体，按照防渗体的组成材料，我国常见的防渗体包括土质防渗体和非土质防渗体。

1.1 土质防渗体

常见的土质防渗体包括黏土心墙和黏土斜墙。黏土心墙一般位于坝体中央或稍偏向上游，心墙顶部高程较设计洪水位高出0.3～0.6m且不得低于校核洪水位。黏土斜墙一般在靠近坝坡上游设置，斜墙顶部高程高出设计洪水位0.6～0.8m且不得低于校核洪水位。土质防渗体的断面尺寸以及厚度通常利用渗流平均允许比降作为设计的控制条件。按照设计要求，土质防渗体的顶部最小厚度不小于3m，心（斜）墙顶部、上游墙面均应设保护层，其厚度不得小于1.0m。土质防渗体与坝壳的上、下游接触面若不满足反滤要求均须设置反滤层。

1.2 非土质防渗体

在土石坝工程非土质防渗体中，较为常见的主要有沥青混凝土和钢筋混凝土面板。沥青混凝土不但具有较高的防渗性能，而且还具有较好的柔性和塑性好，其放身体厚度通常取40～125cm。对于中低坝，顶部一般不小于30cm，底部取坝高的1/40～1/60。近年来许多工程都倾向于采用简单的单层沥青混凝土斜墙。钢筋混凝土防渗在堆石坝中应用较为广泛，少量土坝也采用，防渗形式与面板居多，也有用作心墙防渗体。

2 排水设施

土石坝虽然设置了防渗设施，但在上下游水位差的作用下，仍有一定的水量渗入坝体内。因此坝体应设置排水设施以增强坝体的稳定。

2.1 坝面排水

坝体下游护坡除干砌石或堆石外均要设置坝面排水，坝面排水包括坝顶、坝坡、坝坡与岸坡的连接处设置排水沟。坝面排水系统的布置、排水沟的尺寸和底坡由计算确定。排水系统应纵横贯通，若有马道时，纵向排水沟宜设置在马道的内侧，横向排水沟每隔50～100m设置一条。排水沟可采用混凝土浇筑或浆砌石砌筑，断面一般采用矩形形式，其深度不小于0.2m，宽度不小于0.3m。

2.2 坝体排水

坝体内部大量的渗水量对于坝坡的稳定性极为不利，通过设置坝体排水设施，可将多余的渗流量排出，可达到降低坝体浸润线和孔隙水压力得目的，保证坝体的稳定性[3]。常见的坝体排水设施主要有以下几种型式。

2.2.1 贴坡排水

贴坡排水是土石坝工程中最为简单的一种排水型式，一般设置在坝体下游坡的表面，由一、二层堆石或砌石加反滤层铺设而成，不深入坝体内部，排水体顶部应高出浸润线逸出点以上一定距离。这种排水型式具有结构简单、节省材料、检修方便以及保护坝体下游坝坡不被冲刷等优点，缺点是不能降低坝体浸润线，且防冻性较差。主要适用于下游无水的中小型均质土坝或满足坝体浸润线较低的中等高度土坝。

2.2.2 棱体排水

棱体排水是土石坝工程中普遍使用且效果最好的一种排水型式，一般在坝体下游的坝脚处利用块石堆成棱体，棱体排水也叫做滤水坝趾。棱体顶部高程必须超出下游最高水位0.5～1m，顶宽不小于1m，一般棱体内坡为 1：1.0～1：1.5，外坡为 1：1.5～1：2.0。棱体排水不但能够降低坝体浸润线、保持坝体下游坝坡坡脚不被掏刷，且还具有支持坝体，增加坝坡稳定性的作用，但这种型式的缺点是石料用量较大，费用较高，与坝体施工相互干扰且检修困难。一般适用于地区石料资源丰富且坝体较高的土石坝工程。

2.2.3 褥垫式排水

褥垫式排水是伸入坝体的一种平铺式排水，将块石平铺在坝体下游部分的地基上，其伸入坝体长度不超过坝底宽度的1/3～1/4，厚度约为0.4～0.5m，向下游布置0.005～0.01的纵坡。这种排水型式能够显著的降低坝体浸润线，有利于坝基排水。这种排水型式的缺点是对坝基产生的不均匀沉陷适应性较差，排水层易断裂，检修困难，若坝体下游水位超出排水设施时，降低坝体浸润线的效果将显著下降。这种排水型式适用于下游水位很低并且需要大幅度降低浸润线的情况。

2.2.4 综合式排水

实际工程中往往将两种不同的排水型式组合在一起使用称为综合式排水，如褥垫排水与棱体排水相结合，贴坡排水与棱体排水相结合，贴坡、褥垫与棱体排水相结合等型式，可充分发挥出各种排水型式的优点。

3 结语

在土石坝的各类型破坏型式中，由渗流产生的破坏占绝大部分，并且造成的后果也极为严重。土坝在设计时采用“上防下排”的思路，通过选择合理的防渗体及排水设施，有利于土石坝正常运用工作，进而延长土石坝的使用寿命。