土坝的渗流问题及其控制措施分析

韩伟

（新疆塔里木河流域希尼尔水库管理局，新疆 库尔勒841000）

1 引言

在我国，最常见的挡水建筑物就是土坝，土坝经常会产生渗流的问题。根据相关调查显示，造成我国土石坝严重质量问题的35%都是因为土坝渗流[1]。因此，在进行土坝设计以及建设的过程中，对土坝渗流问题进行深入的分析，根据土坝渗流产生的根本原因进行提前的控制措施布置，降低土坝渗流破坏造成的损失意义重大。

2 新疆塔里木河流域希尼尔水库大坝存在的主要问题

由于大多数土坝建筑都属于散粒结构，有很大的孔隙存在于土坝坝身的土粒之间。同时，土坝对于地基的地质并没有太高的要求，在较差的岩石地基或者是土基上都可以建筑。因此，在水库蓄水时，迫于水造成的压力，难以避免会出现一些渗漏的现象。除了土坝地基的断层破碎带以及熔岩地层室外，坝身或者是坝基土体也会出现渗漏现象，也就是所谓的绕坝渗漏、坝基渗漏以及坝身渗漏。当这些渗漏部位的渗漏量超过可控定量时就会对大坝造成渗流的安全问题，甚至出现不可估量的后果。

这种坝基渗漏主要是因为铺盖裂缝所造成的或者是因为心墙下截水墙与基础接触遭到冲刷破坏而形成的。产生铺盖裂缝的根本原因就是基础沉陷不均匀时铺盖被拉伸出现裂缝而产生的，或者还是因为施工过程中防渗涂料中水分含量过大在干结时造成了严重的裂缝。心墙下截水墙与基础接触面遭到冲刷破坏的原因是两者之间接触面的反滤层失效，在遭受冲刷的过程中坝体产生了严重的破坏。另外，地质条件复杂，基岩的完整性、连续性较差，也是产生坝基渗漏的重要因素。新疆塔里木河流域希尼尔水库大坝的坝基防渗采取塑膜垂直铺设，坝体防渗塑膜绕过止滑墩后水平铺设约8m 和坝基垂直塑膜焊接设计深度为坝体安全渗流深度，塑膜垂直铺设采用大开挖方式施工，开挖较深时塌方、地下水过高等原因，施工难度大，因此造成了新疆塔里木河流域希尼尔水库大坝坝基渗漏这个主要问题。

首先，大坝目前监测设施并不完善，甚至很多监测设施已经出现损坏的问题，并不具备良好的自动化检测能力。

其次，在大坝分水、防水以及引水等结构处出现明显的局部裂缝，同时金属结构出现严重的锈蚀以及漏水的现象。最后，大坝渗漏严重，下游坡局部坝段曾出现滑坡，坝脚附近多处曾出现管涌，正常蓄水位工况下坝后渗透压力大，下游坝坡出溢点高，下游坝坡及坝脚附近渗透稳定性不满足规范要求；坝顶防浪墙按临时结构设计和施工，墙底未与复合土工膜结合，不满足规范要求；上游混凝土面板护坡局部破损。

3 土坝渗流的控制措施

针对新疆塔里木河流域希尼尔水库各种地形条件，水库管理部门决定使用上堵下排的基本防渗原则。上堵方法主要分为水平防渗以及垂直防渗法联合使用的方式，下排主要有盖重压渗、减压井、导渗沟以及铺排水层等。

依照上堵下排的防渗处理基本原则，新疆塔里木河流域希尼尔水库土坝上游采取水平防渗与垂直防渗两种方式相结合的防渗处理方法，有效地阻止或者减少渗流在坝基通过；在下游设置排水沟或者是减压井都能够有效排出已经进入坝基的水流，使其不会引发渗透危害。具体的防渗措施如下：

通过现场实验对比，防渗墙将采用较为先进并非常适合本水库地质条件的铣削搅拌水泥土防渗墙。这种措施通过铣削搅拌钻机在掘进、注浆、供气、铣、削和搅拌过程中，两个铣轮相对相向旋转铣削地层，铣削下沉时通过方形导杆施加向下的推进力掘进切削，在此过程中，通过供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压气体、清水，直至要求的设计深度。此后，两个铣轮作相反方向相向旋转，通过方形导杆向上慢慢提起铣轮，并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入气体和固化液，并与槽内的泥、砂相混合，从而形成由砂土、固化剂、水等形成的混合物防渗墙体。这种方式的优点是在进行防渗处理时不必放空水库，施工周期短、速度快、节省材料并且有很好的防渗效果。通过使用造孔设备，在土坝下游坝基被，沿纵向方向进行造孔，每个孔之间都有一定的距离。这些钻孔必须要穿过透水层，进入强透水层中，并且要达到一定的深度才能够起到减压的作用，进而防止渗漏。

根据对新疆塔里木河流域希尼尔水库的实地地质勘探，希尼尔水库坝基地层岩性上部岩性为第四系冲洪积中粗砂，层厚多在1.0～4.0m，最大可达6.0m；其下为新近系砂岩、泥岩，基岩强风化层厚5～8.0m，岩石透水率一般大于10Lu，强风化层以下透水率多小于5.0Lu，因此，坝基防渗采用垂直防渗处理形式。但是考虑到坝基强风化层的岩性为砂岩以及泥岩，所以坝基垂直防渗采用帷幕灌浆防渗的形式进行防渗作业。按照相关的施工规范，本次设计的帷幕灌浆控制在5Lu。

对于本次防渗措施，施工前设计了两种施工方式。方案一是将坝基的防渗轴线布置于上游坝坡坡脚的阻滑墙的部位，也就是将前坡脚的回填料践行清除，在进行过防渗处理时进行回填，对坝基采用槽孔栓防渗墙以及帷幕灌浆相结合的方式进行防渗控制。方案二是将防渗轴向不再在上游坝坡坡脚延伸位置的基岩面以下，也就是将前坡脚基岩面以上的覆盖层全部清除，清除到基岩面1m 以下为止，当基础防渗处理之后进行回填，坝基防渗处理采用帷幕灌浆处理的方式。

站在工程地质条件的角度对这两种防渗方案进行比较，两种方案坝基处理工程地质条件相同，砼防渗墙及灌浆砼盖板均要求浇筑至基岩面以下1.0m 处是这两种方案的共同需求，同时还要保持在5Lu 及沿线垂直铺塑以及帷幕灌浆。站在工程投资角度进行比较，使用方案一进行防渗处理需要进行施工导流渠、帷幕灌浆、槽孔砼防渗墙、挡水围堰等，整个工程的中静态投资达到173272.60 万元，使用方案二进行防渗处理需要进行帷幕灌浆、挡水围堰以及施工疏导渠，单单从施工内容方面就明显简化，工程总投资需要花费15489.04 万元，从这方面比较来说选择方案二进行防渗处理更优。最后，站在施工条件的角度进行比较，根据槽孔砼施工工艺及技术要求，施工台面必须保持干燥的状态，方案一以及方案二都需要对前坡脚的回填覆盖层进行揭除，需要人工结合机械进行开挖，由于该水库的地下水位很高，施工期间建基面受地下水以及库水反渗的影响较大。而使用方案二坝基防渗措施仅仅使用帷幕灌浆防渗处理法，不受地下水影响。

综合以上经济以及技术的角度对两种方案进行比较，这两种方案均有很好的坝基防渗处理效果，但是方案二的施工效果相对更好，成本投入也相对较低，与方案一相比投资成本少了1883.56 万元。综上述各种因素，应当选择方案二对该水库进行防渗处理。

4 结语

在土坝建设完成之后，坝身以及坝基都存在一定的渗漏现象，若渗漏量超过可控范围就会产生流土、管涌等渗流破坏，大坝以及下游人民的生命财产安全将直接受到影响。因此，要及时地查明超可控范围渗漏现象的原因并对其进行及时地加固。此外，造成土坝渗流的因素多种多样，要区别地对待这些影响因素。在诸多的治理方法中，垂直防渗流法的效果会明显好于平面防渗流法，但是有很高的需求条件，一般情况下都是采用堵排结合的方式进行防渗流治理，面对出现的渗流现象应当采取治理方法中的一种或者多种组合的方式进行治理，采用不同的方式进行渗流治理。