堤坝防渗设计在水利工程中的应用

蒋光灿

摘 要：水利工程的建设有助于合理利用水资源，为农业经济发展提供水资源保障。堤坝是常见的水利工程形式，对提升水资源利用效率具有重要作用，而堤坝防渗是堤坝工程的关键。本文对水利工程中的堤坝防渗设计进行研究，结合堤坝工程案例，分析堤坝防渗技术的施工要点，期望为相关研究提供参考。

关键词：水利工程;堤坝工程;防渗设计

中图分类号：TV223.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）07-0048-03

Application of Dyke secpage Design in Hydraulic Engineering

JIANG Guangcan

（China Water Resources Pearl River Planning Survey and Design Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Water conservancy projects contribute to the rational use of water resources and provide water resources protection for the development of agricultural economy. Dyke are a common form of water conservancy projects， which plays an important role in improving the efficiency of water resources utilization， and seepage prevention is the key of dam engineering.  This paper studied the design of dyke seepage prevention in water conservancy projects， and analyzed the key points of the construction of dam seepage technology based on the case of dyke engineering， and hopes to provide reference for related research.

Keywords： water conservancy project;dyke;anti seepage design

水利工程是我国基础设施的重要组成部分，其在维护国家稳定、促进社会发展等方面发挥着重要的作用。建设于20世纪50年代至70年代的水库工程，大多数以土石坝为主，受技术、历史等多方面因素的制约，一些堤坝工程在经过长期使用之后，出现了渗漏等情况，严重影响水资源利用效率。堤坝防渗设计是水利工程建设和设计方面的重要内容，是确保水利工程正常运转的前提条件。由此，本文结合堤坝防渗工程，探讨影响堤坝渗漏的因素，提出完善防渗设计和防渗施工的要点。

1 某水利工程概况

1.1 工程概况

以某河流上的水库大坝为研究对象。该水库距离市区7.5 km，位于该河流的重要区域。该水库大坝的设计洪水标准为100年一遇，地震烈度为Ⅳ度，设计洪水位为903 m，堤坝设计高程为908 m，水库正常蓄水位为903 m，大坝结构为均质土坝。该水库大坝的主要功能是为周边居民生产生活、城镇工业等提供水资源，同时具有拦截泥沙、保障水质的作用。水库大坝的工程包括土方明挖、石方明挖、干砌块石、土方填筑、碎石墊层、砂垫层、混凝土浇筑等。

1.2 工程地质分析

水库大坝所在的河流区域，河谷呈U形发育。该区域内地貌主要为冲击地貌，普遍存在一、二、三、四级阶地貌。从区域构造来看，水库大坝的发育阶段为四级，地质构造相对简单且整体稳定，无大型区域性活动断裂，地质环境适合建造水利工程。

1.3 渗漏分析

从《碾压式土石坝设计规范》（DL∕T 5395—2007）可知，堤坝渗漏受到多种因素的影响，水的涨落、蓄水期和枯水期等均会对堤坝渗漏产生不同的影响。从水库大坝来看，年输沙量为81.62万m?，水库引水不会造成水位的快速起落。当堤坝处于蓄水阶段，水位较高时，均质土坝具有有效的防渗作用，但是在坝基、左岸肩、右岸肩等区域均存在不同程度的渗漏，其溢出比为0.285～0.310，超过了水库大坝允许的渗透比率。因此，需要对水库进行有效的防渗处理，从而避免发生渗漏。为了确保堤坝安全，具有良好的防渗能力，需要充分考虑潮流、风浪等环境因素的影响，选择合适的堤坝防渗方案。

2 堤坝防渗处理

水库大坝结构为均质土坝，从大坝运行情况来看，需要对坝基、左右坝肩以及库底进行防渗设计，以确保堤坝的防渗效果。

2.1 坝基防渗处理

地质勘查报告显示，河谷基底主要由白垩系砂岩及砾岩岩面构成。钻孔压水试验表明，岩体结构的弱风化厚度为20 m左右，透水率为2.5～7.36 Lu;强风化带垂直厚度为7～8 m，透水率为5～10 Lu。从样体结构来看，弱风化带具有良好的防渗能力，相对不透水。从水库大坝的运行来看，坝基的日均渗漏量为1 334 m?/d，主要以阶地砂卵石和坝基漫滩的渗漏为主，因此，需要对该部分进行防渗处理。结合坝基情况，选择帷幕灌浆的方式进行防渗处理。清除坝基表面渗漏严重的砂质壤土后，开挖截渗墙，并且以弱风化砂岩作为建基面，采用单排帷幕灌浆的方式进行处理，确保灌浆与坝基结合紧密。

2.2 左右坝肩防渗处理

从地质勘查资料以及水库大坝的运行情况可知，水库大坝的左右坝肩主要由砂砾石层构成。从左右坝肩的基岩边坡来看，弱风化带厚度为30～32 m，强风化带垂直厚度为8～10 m，左坝肩属于中等透水，右坝肩主要以砂砾为主，属于弱透水性底层。左右坝肩均存在较为明显的渗漏情况，需要加强防渗处理。

针对左右坝肩的防渗处理，可选择两种方案：第一，砾卵石层灌浆方案，左右坝肩均以砾卵石层结构为主，根据左右坝肩的现状，采用灌浆的方式，与主帷幕形成连续防渗墙体，能隔断上部的砾卵石层，从而提升防渗能力，该方案需要投资150万元;第二，截渗洞方案，该方案主要针对左右坝肩的砾卵石层，在砾卵石层的坝肩内部成洞，起到截断砾卵石层的作用，也能够作为基础灌浆洞，达到截渗的作用，该方案的工程投资成本为380万元。综合对比以上两种方案，第一种方案的投资成本较小，施工简单，可以与坝基的防渗处理同时进行，但是灌浆质量受多种因素的影响，防渗性能可靠性相对不足;第二种方案投资较大，但是防渗可靠性高，工期相对较长。在左右坝肩的防渗处理中，需要根据实际情况，合理选择防渗方案。

2.3 库底防渗处理

水库库底采用复合土工膜和黏土铺盖相结合的方式进行防渗处理。防渗结构主要包括土工膜防渗层、支持层和保护层。从渗漏的情况来看，坝体的渗漏量不大，而且满足渗透稳定性的要求。但是，库底属于薄弱部位，受水体冲刷明显，容易对其稳定性造成影响。库底的岩层相对完整和稳定，因此不需要进行特殊的防渗处理。由于坝基与库底的结合部位相对薄弱，需要采用涂料进行加固处理，与复合土工膜等形成完整的防渗体系。

3 堤坝防渗施工

采用帷幕灌浆的方式进行堤坝防渗处理，在准备灌浆设备和材料的基础上，严格根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》（SL 174—2014）和《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL 62—2014）进行灌浆钻孔施工，并且做好裂隙清理和压水试验，采用分段灌浆的方式进行拌浆灌浆，完成对大坝结合槽的防渗处理。整体施工区域相对集中，需要对每一段工序进行严格控制。工艺流程如图1所示。

3.1 灌浆设备与材料

所选用的灌浆泵为GK-200型灌浆泵。该型号灌浆泵排量为200 L/min，最大压力为7 MPa，符合工程需求。同时，还需要浆液搅拌机、压力表、灌浆自动记录仪等设备，对灌浆过程中的灌浆压力、注入效率和累计注入量进行记录。

选用普通硅酸盐水泥，所选择水泥的物理、化学性能均符合国家标准。为了确保灌浆物理性能，使用纯水泥浆液，根据不同的需求选择固结灌浆浆液和帷幕灌浆浆液。选用无污染水源作为灌浆浆液用水。

3.2 灌浆钻孔

灌浆钻孔主要工艺流程包括定位放线、钻机就位、钻进、裂隙冲洗、压水试验、拌浆灌浆、水泥浆封孔等。钻孔过程中，需要固定钻机钻孔，确保钻机安装牢固，避免发生不均匀沉降。所选择的钻孔孔径为75 mm，孔径误差<10 cm。根据帷幕灌浆的需求，需要采用两序施工，因此，要对灌浆钻孔施工进行严格控制，确保帷幕灌浆孔的误差<20 cm。

3.3 裂隙冲洗与压水试验

裂隙冲洗和压水试验同时进行，将灌浆压力的80%作为压水试验的压力，逐步增加压力，分析压水试验的情况。采用单点法，从上至下进行压水。在灌浆施工前，需要对裂隙进行冲洗，直至回水清净时止。

3.4 拌浆灌浆施工与水泥浆封孔

采用从上而下分段灌浆的方式进行固结灌浆，分别按照2-6 m、2-5-4 m进行分段灌浆，分别选择合适的灌浆压力。帷幕灌浆的段长为5 m，采用分段压力进行帷幕灌浆，待凝固24 h后开始下一段灌浆施工。

防渗工程采用循环式灌浆方式，逐步提升灌浆压力，直到增大到设计压力。灌浆期间，要时刻注意抬动表的压力读数，控制灌浆压力。灌浆期间，需要控制水灰比，根据灌浆注入量和灌浆压力选择合适的水灰比[5]。当灌浆出现最大压力时，继续灌注30 min后结束灌浆。待灌浆质量验收合格后，对灌浆孔进行封堵。

4 防渗效果

通过上述研究可知，透水率≤40 Lu，能够达到防渗需求。取出防渗灌浆的坝基岩芯进行测试，可明显看到灌浆痕迹，岩体的密实度和岩芯的整体性均有所变化，渗漏情况出现明显改变（见图2）。对坝基进行防渗帷幕灌浆，对库底进行复合土工膜后，对渗水进行观察，发现渗水基本消失。对堤坝进行长达1个月的蓄水试验。数据显示，渗水量减少60%，防渗效果显著。

5 结语

在水利工程建设和投入使用过程中，堤坝渗漏现象时长发生，不仅给堤坝造成了极大的危害，而且给城市的发展及百姓的安居乐业埋下了隐患。文章根据实例阐述了堤坝渗漏问题，并结合堤坝防渗工程，探讨影响堤坝渗漏的各种因素，提出完善防渗设计和防渗施工的要点。

参考文献：

[1]高艳丽.水利堤坝工程防渗加固施工技术[J].建筑工程技术与设计，2018（32）：24-25.

[2]韩汝权.水利工程施工中堤坝防渗加固技术的运用[J].四川水泥，2019（1）：265，295.

[3]钱宽，刘红升，陈美娟，等.水利工程施工中堤坝防渗加固技术的探讨[J].珠江水运，2018（23）：31-32.

[4]俊霞.水利工程中堤坝加固技术探究[J].居舍，2018（28）：36.

[5]舒清.水利堤壩工程防渗加固施工技术[J].技术与市场，2018（9）：114，116.