淤地坝坝基渗水及泉水处理方法

高星艳

（临县水利局）

1 淤地坝坝址地质类型与坝基渗水形式

1.1 坝址地质类型分布状况

临县地处黄河中游晋陕峪谷东岸，地貌类型为晋西黄土丘陵沟壑区，沟壑纵横，坡陡沟深，地表被厚度不等的黄土所覆盖，水土流失极为严重，属多沙粗沙区，适宜打坝淤地。自1986年以来，全县已建成中型以上的淤地坝125座。这些坝的坝址地质类型，大体可分为三种：第一种，岸坡均为马兰黄土层，沟道底部为砂卵沉积层；第二种，岸坡下部为离石黄土层（红黏土层），上伏马兰黄土层，沟道底部为砂卵沉积层；第三种，岸坡下部为岩层，岩层上伏离石黄土层（红黏土层）,离石黄土层上伏马兰黄土层，沟道底部为岩层或砂卵沉积层。第一种坝址地质类型分布较少，第二种坝址地质类型稍多，第三种坝址地质类型分布较为普遍。

1.2 坝基渗水及表现形式

上述的三种坝址地质类型，前两种一般不存在坝基渗水问题，第三种约有30%的坝基岩层存在渗水溢出和泉水涌出。这些岩层渗水和泉水的出现，与地下水分布的多少有关，其表现的方式也不尽相同：如果地下水量分布较少时，大面积砂岩层缝隙中出现渗水，形成坝基渗水；如果地下水量分布较多时，坝基底部出现固定点水流涌出，形成小泉水。

1.3 坝基渗水危害与处理方法探索

在淤地坝建设过程中，坝基两岸的岩层渗水如果处理不当，岸坡与坝体结合处先是出现清水渗出，逐渐水质变浑形成管涌，最后演化形成小型沟壑，从而危及大坝安全。坝基底部的小泉水，如果处理不当，泉水慢慢向坝体下游渗透，逐渐湿润坝体，当坝体土质形成饱和状态后，常会造成下游坝坡出现流体滑坡，从而破坏大坝结构的稳定。解决坝基渗水问题较为棘手，也没有现成的方法可供借鉴。在多年的打坝实践中，我们逐步摸索、研究与不断总结，逐渐形成了一种较为有效的处理方法—集水输排法。这种方法根据渗水处理实际，又可分为两种：一是单井输排法，主要用于坝基形成的泉水处理；二是截潜流输排法，主要用于坝基大面积岩层渗水的处理。

2 坝基渗水地质条件分析

临县坝基岩层渗水和泉水的地质是典型的“三层构造”，岸坡从下到上由变质砂岩层、离石黄土层（红黏土层）和马兰黄土层组成，沟道底部为变质砂岩层或砂卵沉积层。

变质砂岩层岩性为吕梁山群朱家坊组片麻岩，以黑云母斜长片麻岩为主，岸坡一般出露在3-30 m高度处。此层地质为中型以上淤地坝坝肩与岸坡结合比较困难的地方，也是坝基产生渗漏的主要通道，为淤地坝发生破坏性较强的环节层。

坝基底部的砂卵石层，多为历史行洪沉淀下的堆积物，厚度一般在1-3 m，如若处理不当，也会造成渗水。

离石黄土层（红黏土层）为新生界第三系上新统保德组，具深红至褐红色，夹有砂砾岩层，厚度一般在10 m以下，容易处理，一般不会形成坝基渗水。

马兰黄土层为新生界第四系下、中更新统，多为棕黄色亚砂土和亚黏土，厚度一般60-120 m，容易处理，一般不会形成坝基渗水。

3 集水输排法技术要点

3.1 集水输排法概念

集水输法就是将坝基内的渗水，先采用工程方式收集起来，然后采用一定的输水方式将其排在坝体外。单井输排法和截潜流输排法，是集水输排法的两种型式。

单井输排法是指在坝基内有泉水的地方，修筑一个井将水收集起来，然后用管道将其排到坝体之外。井原本是一种用来从地下取水的设施，在这里指的是用井的形式修建的集水池。

截潜流输排法是指在坝基内选择适当的位置，修筑一个截潜流工程，将坝基内大面积的岩层渗水收集在截潜流集水井中，然后用管道将其排到坝体之外。截潜流原本是指利用工程设施，截取河床下层或古河道中的地下水流，进行开发利用，在这里主要用于收集坝基渗水将其排出。截潜流工程是在沟底砂卵石层，垂直沟道修建截水墙，同时在截水墙上游修筑集水廊道，将坝基渗水引人集水井，方便排出。

3.2 集水输排法工程布置

3.2.1 单井输排法

布置在渗水以单个或多个泉眼出水的坝基内，井位设在出水的泉眼处，有几个布置几个。排水管道可采用塑料管，根据水量大小选配塑料管的规格。如果需要布置几个井，排水管道可以采用一个井配设一条输水管道，也可以采用串联起来配用一条输水管道。为了避免施工中对管道的扰动和压损，排水管道采用挖沟壕埋入。

3.2.2 截潜流输排法

布置在有大面积岩层渗水或沟道底部砂卵石层内有渗水的坝基内，由于没有固定的渗水点，采用单井输排法无法处理，故采用截潜流方法。具体布设位置一般选择在坝体下游部位或坝脚处，截水墙沿坝轴线方向布置，将坝基沟底全部拦截，将渗水全部收集在集水井内，然后用塑料管将集水井内的渗水输排到坝体之外。

3.3 集水输排法工程设计

3.3.1 单井输排法

工程建筑物由集水池、井筒、井盖和输水管道组成。

（1）技术要素设计。现根据工程组成分述如下：

①集水池。大小根据泉水的流量和排水管道的排放量来确定，一般深1-1.5 m，内径0.5-1 m即可满足要求。位置选择在坝基泉眼处，建筑材料可选用M7.5浆砌石或C20混凝土。

②井筒。尺寸一般与集水池的尺寸相同，修筑在集水池上部，高度1 m左右。建筑材料可选用M7.5浆砌石或C20混凝土。

③井盖。用来封闭井筒，建筑材料选用C20钢筋混凝土，钢筋按构造筋配制。井盖厚度一般0.15-0.20 m。

④输水管道。一般采用塑料管，规格按出水量的大小确定，一般1吋左右规格的管即可满足要求。输水管道进口部位设在集水池中部，坝基内的输水管道挖沟埋填，埋填深度一般在0.5 m以下，以防止施工过程中机械碾压破损。管道铺设到下游坝脚外，出露在下游河道中。

（2）施工注意事项。现根据工程组成分述如下：

集水池基础需挖至岩层上或坚硬的原状土上，以保证基础的稳定；采用M7.5浆砌石砌筑时砂浆需饱满扎实，养护凝固后再进行回填；采用C20混凝土浇筑时需振动结实，养护凝固后再进行回填。

井筒施工时，要注意材料配比符合设计要求。井盖采用预制，养护凝固好后再搬运安装。

输水管道需选用韧性大、不易受压破损的材料，根据淤地坝建设施工实践，建议选用塑料管；管道铺设好后，先观察输水情况，出水正常后再进行井盖安装。

大坝回填时，为防止机械碰撞，集水井周围采用人工回填夯实，并对井周围采用防渗处理。

3.3.2 截潜流输排法

工程建筑物由截水墙、集水廊道、透水墙、反滤层、廊道盖板、集水井和输水管道组成。

（1）技术要素设计。现根据工程组成分述如下：

①截水墙。位置一般选在坝基沟底、坝体下游部位或坝脚处的砂卵石层内或岩层上，具体位置可根据岩层渗水的分布情况而变动。截水墙垂直沟道主流布设，长度与坝基沟道宽度相同，两边与坝基岸坡相接。高度一般0.8-1.2 m，建筑材料可选用M7.5浆砌石或C20混凝土。

②集水廊道。位置在截水墙上游侧，宽度一般0.6-1.0 m，廊道坡度以1/50-1/200为宜，两边高中间低。底板建筑材料可选用M7.5浆砌石或C20混凝土，采用M7.5浆砌石时廊道厚度0.4 m，采用C20混凝土时廊道厚度0.15 m。

③透水墙。位置在集水廊道上游侧，布设与截水墙相同且平行于截水墙，建筑材料选用干砌石。

④反滤层。位置在透水墙上游侧，紧靠透水墙上游侧铺一层土工布，土工布外面铺一层0.2 m厚的细砂，细砂外面铺一层0.25 m厚的粗砂，粗砂层外面铺设一层0.3 m的卵石。

⑤廊道盖板。位置搭接在截水墙和透水墙之上，建筑材料选用C20钢筋混凝土，钢筋按构造筋配制。厚度一般0.2-0.3 m。

⑥集水井。位置在廊道的中部，即坝基沟道中部，深度应低于廊道1-2 m，以便沉砂和集水。集水井内径根据集水量和管道输排水量计算确定，一般内径1-1.5 m。建筑材料可选用M7.5浆砌石或C20混凝土。

⑦输水管道。一般采用塑料管，规格按出水量的大小确定，一般1-2吋左右的管径即可满足要求。输水管道进口部位设在集水井中部，坝基内的输水管道挖沟埋填，埋填深度在0.5 m以下，以防止施工过程中机械碾压破损。管道铺设到下游坝脚以外，出露在下游河道中。

（2）施工注意事项。现根据工程组成分述如下：

截水墙基础开挖、砌筑及养护，同单井输排法。

集水廊道基础不一定要放在岩层或坚硬的原状土上，但一定要处理好，以防止沉陷。

透水墙基础需挖至岩层上或坚硬的原状土上，采用干砌石砌筑时，必须放稳扣实形成一个稳定的整体，以增强抗力。

反滤层铺筑时，要注意每层滤料的级配。

廊道盖板采用预制时，养护凝固好后再搬运安装。采用现浇时，必须等养护凝固后再拆模及在上面填土。

集水井基础需挖至岩层上或坚硬的原状土上，周围采取防渗处理，为避免回填时机械碰撞，宜采用人工夯实回填。

输水管道施工的注意事项，同单井输排法。

在大坝回填时，为防止机械碰撞，截潜流工程周围宜采用人工回填夯实。

4 坝基防止渗水效果观测及分析

经过长期的观测，凡是采用了集水输排法的淤地坝，坝脚、下游坝体与岸坡结合处干燥，均没有发现渗水溢出。而没有采用集水输排法建成的坝2-3 a后，有的坝脚、下游坝体与岸坡结合处出现了渗水溢出；有的坝脚处填土形成了流态，坝坡发生滑流；有的坝下游坝体与岸坡结合处，形成了小的流水冲沟。

没有采用集水输排法的坝主要采用的是压水止溢法。用这种方法修筑的淤地坝，经过较长时期的浸润，渗水在坝体内慢慢地攻破了压力，形成了溢水通道，给大坝造成了安全隐患。经比较，集水输排法事先把坝体渗水全部收集起来并输送排出，渗水对坝体形不成浸润、管涌，因此坝体保持干燥，不存在这方面的安全隐患。

5 结论

采用集水输排法处理坝基渗水，是我们在淤地坝建设实践当中，不断试验、探索而研究成功的一种新的方法。长期的观测结果说明，这种技术对处理坝基渗水，切实可行，经济有效。但在配套工程设计和施工方法上，还存在着不十分系统完善的地方，有待在今后的具体实践过程中加以改进、提高和完善，以便取得经济合理的参数指标，在同类地质条件淤地坝建设中得到广泛推广运用。