探讨土石坝坝体防渗加固技术

【摘要】我国在上个世纪五六十年代修建了大量的水库工程，这些水库在防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥了巨大的经济效益，对促进国民的经济发展、保证人民生命财产安全起到了至关重要的作用，但受当时的技术和经济的制约，大部分的水库建设标准较低，工程质量差，隐患多，加上长期以来水库管理不善，技术力量不足，导致水库存在各种安全问题。21世纪以来，针对全国存在的病险水库进行了大规模的除险加固，使水库功能进步得到改善和提高，继续为工农生产和国民经济的发展发挥其重要作用。本文就水库枢纽建筑物土石坝的坝体防渗加固技术进行探讨，分析土石坝坝体渗漏的行的原因及其危害，并针对坝体渗漏问题提出不同的加固措施。

【关键词】坝体防渗加固;劈裂灌浆;冲抓回填;高喷灌浆;混凝土防渗墙

1、引言

碾压式土石坝有着就地取材，对地质要求低，地基适用性强，结构简单，施工方便等诸多有点，因此我国上个世纪五六十年代建设了很多土石坝，但受资金及技术等条件的限制，大坝填筑标准较低，施工质量一般，大坝防渗及排水设施不完善，导致在运行过程中出现了一系列的问题，其中坝体渗漏是最常见的问题之一。坝体渗漏问题可能导致大坝沉降变形、大坝边坡失稳滑坡等问题，危害大坝安全。

2、土石坝坝体渗漏原因

我国目前已建的碾压式土石坝主要有均质坝、黏土心墙坝、黏土斜墙坝等，其防渗体大部分为土质防渗体。防渗土料是散粒体结构，碾压后仍存在大量孔隙，因此具有一定的透水性，水库蓄水后，上下游形成水头差，库水在水力作用下在坝体内部形成渗流，并在下游坝坡逸出。当坝体防渗土料质量较差，碾压施工质量不好时，则可能出现渗流量较大，较集中，渗水中掺带细土颗粒，甚至出现管涌、流土等渗透破坏现象。

3、土石坝坝体渗漏治理目标

土石坝坝体渗漏治理目标主要有两个方面：第一个方面为渗漏量的控制，虽然《碾压土石坝设计规范》没有明确对渗漏量控制的要求，不同功能的水库对渗漏量的控制一定的区别，防洪功能为主的水库对渗漏量控制的要求一般较低，供水、灌溉、发电功能为主的对渗漏量控制的要求就高一些，抽水蓄能电站对渗漏量控制的要求更高。第二个方面为渗透稳定，即坝体内部及逸出点的渗透比降均小于材料的允许渗透比降。而渗透比降往往和筑坝的材料、压实度等多种指标有关，因此增加坝体渗透稳定性也可以多个方面着手，多管齐下，才能达到更好的效果。

4、土石坝坝体防渗加固措施

土石坝坝体防渗加固措施主要以垂直防渗措施为主，即在大坝轴线偏上游位置采取灌浆、换填等措施新增或加固防渗体，延长坝顶渗径，降低浸润线，降低逸出点高程，减小渗透比降。

4.1坝体劈裂灌浆

通过一定的压力，沿坝轴线小主应力面有控制的劈开坝体，灌注黏土浆或水泥黏土浆，形成连续防渗墙，以达到防渗的目的。劈裂灌浆有就地取材，施工设备及工艺简单，施工工期短，投资小等多种优点，形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s，允许渗比坡降为5～7，但由于形成的防渗墙厚度较薄，一般为0.2～0.5m，因此主要应用于坝高较小的均质坝或者宽心墙坝的坝体防渗加固。该加固措施在上个世纪九十年代应用广泛，且通过技术和施工工艺的改进，该技术在坝高超过50m的窄心墙坝上也获得成果。

4.2冲抓套井回填

通过冲抓式打井机具，沿坝体轴线造孔，将壩体质量较差的土体抓出，采用防渗效果好的黏土料分层回填，并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，形成连续防渗墙，以达到防渗的目的。冲抓回填同样有就地取材，施工设备及工艺简单，施工工期短，投资较小等多种优点，形成的防渗墙渗透系数小于1×10-5cm/s，允许渗比坡降为6～8，形成的防渗墙厚度一般为0.8m，因此该加固措施主要应用于坝高较小的土坝，同时由于土石坝本身土体含水率高，在造孔的时候容易出现塌孔现象，因此本方案施工前需提前放空水库，待坝体孔隙水压力降低后才能进行施工。

4.3高压喷射灌浆

高压喷射灌浆是利用钻机造孔，把带有喷头的灌浆管上至土层的预定位置，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成冲射流冲击破坏土层，土粒从土体中剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体中形成凝结体。其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射灌浆分定喷、摆喷和旋喷三种，定喷适应于粉土、砂土，摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾土和卵（碎）石地层。高压喷射灌浆有如下优点：①可灌性好，只要高压射流能破坏的地层如细砂、砂砾石等均可处理;②连接可靠，高压喷射浆液板墙自身与周边建筑物的连接可靠;高压喷射灌浆防渗墙渗透系数小于1×10-6cm/s，允许渗透比降50～60，但其施工工艺要求高，施工质量不容易控制，造价较高。

4.4混凝土防渗墙技术

混凝土防渗墙是一种地下连续墙，具有较好的整体性和防渗性能，它是利用专门的造槽机械钻造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，防止槽壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑水下混凝土，将泥浆置换出来，筑成墙体。混凝土防渗墙广泛应用于大坝防渗加固，这种防渗加固技术具有如下优点：①适应性广，深可达100m左右，适应于各种地质条件，如砂土、砂壤、粉土以及直径小于10mm的卵砾石土层;②安全、可靠。防渗墙渗透系数可达到10-7cm/s以下，允许渗透比降值达60～100;但其施工设备大，所需的施工场地大，施工工艺复杂且要求较高，施工进度较慢，造价高。

结语：

从进入21世纪以来，全国的病险水库已基本进行了除险加固处理，其效果明显。而坝体渗漏问题需要得到有效解决，不仅仅是通过坝体防渗措施能够完全解决的，需要在“上堵”的同时“下排”，即增设坝体下游的排水、反滤等设施。总言之，土石坝坝体渗漏问题形成的原因是多方面，多层次的，需要根据工程实际进行综合分析，以确定最合适的防渗加固方案，确保大坝安全。

参考文献：

[1]牛运光.土坝安全与加固.中国水库水电出版社，1998年11月.

[2]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用[J].广东建材，2016，（007）：12-13.

[3]王相乐，唐桂华，张定华.浅谈土坝混凝土防渗墙设计在水利工程中的应用[J].河南科技， 2014， （004）：55.

作者简介：

胡志明（1986-），男，汉族，湖南汉寿，本科，工程师，从事水利工程设计。