关于大坝渗透的影响因素分析

黄智 陈雷

摘 要：随着社会的发展，经济的不断加强，水利工程越来越多。大坝的兴建越来越受到关注。石坝可以起到很好的截流作用，但是下闸蓄水后大坝的渗流量会随着水位的不断上升而增大。文章分析了可能引起大坝渗流的多种因素，利用监测手段对大坝渗流进行量测，采用传统知识手段分析大坝渗流对水电站可能造成的影响，进而对大坝的安全性作出可靠分析，提前采取防治措施，使大坝能够安全健康地为人民生活生产服务，减少自然灾害发生的同时，合理利用并保护水资源。

关键词：石坝；监测；渗流量；孔隙水压力计；渗透压力

中图分类号：TV223.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0042-02

Abstract： With the development of society and the strengthening of economy， water conservancy projects are more and more. More and more attention has been paid to the construction of the dam. Rock dams can play a good role in the closure of the flow， but the dam seepage flow will increase with the rising of water level after the sluice impoundment. This paper analyzes many factors that may cause seepage flow of dams， measures seepage flow of dams by means of monitoring， analyzes the possible influence of seepage flow on hydropower stations by traditional knowledge means， and then makes a reliable analysis on the safety of dams. Thus it takes preventive measures in advance so that the dam can safely and healthily serve the people's life and production， and reduce the occurrence of natural disasters， reasonable use and protection of water resources.

Keywords： rock dam； monitoring； seepage flow； pore water pressure gauge； osmotic pressure

引言

大壩从结构上来讲都是雄伟高大的，在水利工程中，起到一个很好的拦水闸的作用。大坝一般容量巨大，构造坚固，是很好的蓄水池，虽然在建设过程中很谨慎，但是如果不人为的加以保护，还是会抵不住自然力量的侵袭。在水电站蓄水过程中，大坝的渗透量随着水位的升高而增加，蓄水中夹杂大量的泥沙会对坝体产生很大的冲击压力，这就要求大坝建设过程中既要满足强度的要求，还要有足够大的容量，才能对汛期河水的涨幅有足够的调控能力，将水库内的水进行安全蓄存，保证人民的生命财产不受到侵害。本文就几种大坝渗透的影响因素进行分析，希望业内人士能够做到提前预防，起到警示的作用。

1 坝体遭受破坏引起的渗透

大坝在使用过程中，由于受着内外两方面的压力作用，坝体很容易遭受破坏。同时坝体时刻还会受到地面的压力作用，施加作用力的主体主要是泥沙和砂砾，经过大水的冲击，水流夹杂着泥沙和砂砾移动，发生水土流失，坝体遭到破坏，由于失去土壤保护，坝体周围土壤就会渗透加重，大坝因此会逐渐发生变形和位移，危险程度日益加剧。加之面板应力水平较低，各个位置的接触会使大坝进行移动，这种力量远远小于止水结构的抗变形能力。还有常年使用后发生风化、以及周围生物的侵袭，自然的侵袭等造成的坝体损坏，当雨季来临之时，洪水的泛滥，大量河水对坝体的强烈冲击，不断侵蚀等，都会使大坝造成严重危害，这无疑给整个生态环境和人民生活带来严重的安全隐患。我们必须采取措施对坝体破坏程度，渗透量进行监测，及时补救，修复。下面就是我们针对某一坝体所做的监测：首先我们沿防渗面板周围布设11支孔隙水压力计。经过测试有5支（编号1-5）有明显的渗透水头，在河床部位及其附近的3支（编号6、7、8）测得坝下最高水位为1291.1～1292.6，数据较为一致；两岸趾板转角处的2支（编号9、10）孔隙水压力计埋设高程分别是1300.000和1320.250，最高渗透压力分别为3.100m和3.667m（对应水位为1303.100m和1323.927m）。从9号渗透压力随水库水位升高而增大，之后又减小的情况可以判断，这应该与周边缝止水结构和上游铺盖料的自愈作用有关系。随着水库水位不断升高，9号渗透压力又增大，但没有超过压力值上限，且增大的趋势很显然小于水库水位的变化。而编号10的渗透压力变化情况与编号9基本无差别。根据此两处的观测结果，可以判断出此两处渗透量不是很大，且接缝止水结构的自愈能力正在发挥作用。

通过定期的监测，我们收集数据进行对比分析，经过细致计算后很容易掌握大坝的结构是否工作正常，大坝的细节构成是否起到了应有的作用，提前将大坝的不稳定状态掌握，扼杀在摇篮中，将潜在的危险排除掉。通过提前预防修补，解决渗漏问题，使大坝脱离危险之中，避免发生更大、更严重的危害，保护国家及人民的生命财产安全。

2 关注容易集中发生渗透的地形

在地质条件复杂的地方进行施工要特别注意。越是地形崎岖，地貌比较复杂的地区，修建一个容量大的大坝显得尤为必要，一定会发挥很好的蓄水作用。

由于构造发育比较奇特，这里不同于一般的建设大坝的地方。某工程处在一个非常大的断层结构，在此地形上建造大坝很容易引起地壳运动，甚至会引起地震，这就对我们的技术人员提出更高的要求，克服地形地貌等困难因素，找到解决的办法途径。技术人员通过观察发现：F32断层在本工程所在地十分常见，通过河床趾板，断层上的碎石很容易就影响到周围其他地区，甚至可能会造成人员的伤亡，而断层的透水率也相当高，是比较严重的透水地带。此项工程是一个极大的挑战，这个建筑不仅是一个起着蓄水作用的水利工程，更是一个保障人民生命财产安全的工程。

我们的监测人员根据监测方案，在F32断层位置布置3支渗压计，靠近趾板帷幕灌浆中心线下游一侧，编号分别为P-1-01、P-1-02、P-1-03，其中P-1-01的渗透压力与水库水位变化同步，且低于水库水位，和附近测点的水位都能保持一致，而编号为P-1-02和P-1-03的两支渗压计显示的渗透压力虽与水库水位同步变化，但涨幅却稍稍低于库水位变化。而研究人员分析后得出结论：P-1-02、P-1-03这两支孔隙水压力计测得渗透压力较高原因是因为其布设的位置在距离趾板下游排帷幕灌浆孔不到两米的同一个钻孔之内，钻孔处于F32断层影响范围内，岩体破碎，灌浆时吃浆量大，浆液扩散范围比较广，上游围堰外力水头作用，浆液向下游扩散范围必定大于上游。另外 P-1-02和P-1-03两支渗压计与下游趾板末端布置于断层处理盖板表面的P-1-01渗压计相距仅1.0m，且盖板与趾板间接缝未设止水，但P-1-01孔隙水压力计与坝基其他部位的孔隙水压力计一样，渗透压力均较低，因此可以断定P-1-02和P-1-03两支孔隙水压力计处于帷幕有效宽度范围内，所以才显示出较高的渗透压力水平。

3 大坝其他水流供给造成影响

建造前，勘察设计人员必须对拟修建大坝的地区进行细致的调查和研究，以严谨的态度去工作，不能有任何差错，否则调查结果将会对大坝造成不可估量的影响。根据某工程建造地区分析如下：

工程处于亚欧大陆板块，属大陆性温带气候类型，昼夜温差比较大，一年四季气候差异比较明显，夏季气温温和多雨，气候湿润；冬季寒冷干燥，降雪较多，地面经常会积累厚厚的积雪，当春天天气变暖，融化的雪水慢慢渗透到地下，会积累很大的水量。来自大坝两肩部位的分洪，下游的坝坡，以及降水量对量水堰测量的影响等，除了这些还有一些其他的自然原因也会对坝体造成影响。例如植被的人为破坏，土地资源的破坏，水土流失，地表植被越来越少，对水分吸收的也越来越少，使大量水分直接渗透到地下，这些渗流的水分经过地层形成蓄水，一起构成了大坝的渗水量。假如这些没有被破坏，不受任何因素影响，就会很准确的测量到水位，而大壩在降水前后就不会出现很大的水位变化，大坝也不会因此出现不正常状态，也不会因为其他因素影响而遭受破坏。

根据目前情况分析，本工程所处位置河水水位较低，地下水位偏高，这就形成了地下水位高于河水水位的形式，地下水作为两岸河水的供给源，持续不断供给河水，保持水位稳定。但由于尾水挡墙在中间的阻隔，量水堰上游的地下水补给也是通过量水堰排出，因此量水堰测的的数据就包含此部分补给水量，在测试过程中掌握了精确数据，测量数据准确度提高将有利于大坝健康正常使用，使使用年限更长久，并且在使用期内保持一个健康安全的状态。

4 设计缺陷造成的渗漏

从五六十年代到现在，很多水利工程大肆修建，我国各省市都陆续修建了很多群众性水利工程，其丰功伟绩也是有目共睹，但由于当时对建筑行业的认识有限，缺乏长远考虑，很多工程为了多快好省，都是边设计，边施工，或者是缺乏详细的图纸，按照经验进行施工，难免会考虑不周，致使很多工程坝身过于单薄，坝面坡度太陡，部分水库防渗断面偏小等，有些水库甚至未设置反滤措施等，从而导致大面积渗漏和散浸等问题出现。

5 防止渗流变形和危害的工程措施

（1）渗流控制的原则。控制渗流要依据控制的目的和标准，根据工程要求和地质条件合理确定，首先要充分掌握地质勘探资料，然后参照类似工程的施工经验，拟定施工方案，确定施工工艺，排水措施要简单可靠，便于施工和日常维护，并且以自流排水为主，还要考虑岩体渗透的稳定性和帷幕、排水等的长期有效性。（2）防治渗流变形措施。防治渗流变形的措施主要从两个原则入手：改变渗流的动力条件，使水力坡度减少到允许的程度，如延长渗流路径、排水减压等；改变岩土性质，增加其抗渗能力，如灌浆帷幕、充填混凝土等。为了减小扬压力强度，可采用水平防渗、垂直防渗以及排水等措施。垂直防渗有水泥灌浆帷幕、混凝土防渗墙、高压喷射帷幕、混凝土截水墙等；排水措施有水平排水、垂直排水、防渗层后坝身排水管等。

6 结束语

大坝渗流问题是个常见问题，尤其是运行年代比较长的大坝问题比较突出，应该常抓不懈，大坝渗流问题解决好坏是决定堤防安全与否的关键所在，必须由各方共同努力，因此，在设计与施工中都必需严格抓住防渗措施的制定与落实，设计工作人员必须不断结合实践，完善与修改工程设计中的不足，提高水利工程防渗设计水平和质量，为保障水利水电工程建设的安全性和耐久性奠定坚实基础。施工人员也要严格按照设计进行施工，及时发现问题与设计进行沟通解决。通过防治后，健康的大坝内，水质清澈见底，没有泥沙、沉淀、悬浮物质，且渗透水比较集中，有极少的水往地面下渗透，所有的水都会在甬道里流动，水流稳定，可控，这样就保证了大坝基础、坝肩、坝体的整体安全，不会因为渗透的原因将大坝侵蚀至毁。

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