小型水库土石坝的防渗技术探析

摘　要：文章介绍了水库土坝渗漏的类型与原因及一些常用的防渗技术措施，为小型水库除险加固工程提供参考。

关键词：小型水库；土石坝；防渗
　　据土石坝失事资料分析，由于防洪标准低，出现超标准洪水垮坝的占51.5%。由于设计不合理、施工质量差垮坝的占38.5%，其表现为坝体裂缝，出现渗透破坏，坝体滑坡，坝基渗透、管涌等、超标准洪水垮坝率比较高，追究其原因是大规模兴建水库的初期，一些中小型水库缺少水文资料，设计洪水标准不准确，溢洪道泄洪标准低。若水库发生垮坝事故，则必然会造成严重的人员伤亡及经济损失。本文结合多年工作经验谈谈小型水库土石坝的常用的防渗技术措施。
　　1小型水库土坝渗漏的类型与原因分析
　　土坝渗漏的类型主要有：坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏。就其原因分析：
　　1.1坝体渗漏主要原因
　　一是筑坝土料差，如含有杂质，透水性大等，施工时碾压不密实；二是坝身单簿导致渗径过短；三是坝下排水体堵塞失效或根本未设排水体；四是坝下原封堵漏洞漏水；五是白蚁在坝体内筑巢产生危害。
　　1.2坝基渗漏主要原因
　　清基不彻底或根本未清基，水库建成后，不久便漏水。设计中未考虑截水槽，或者截水槽尺寸不符合要求，截水槽在运用中被击穿。
　　1.3绕坝渗漏主要原因
　　坝端两岸地质条件差，两岸岩体破碎，节理发育、透水性大。建筑时，岸坡未设截水槽，或截水槽深度不够，碾压不密实，施工中岸坡开挖不符合要求，与岸坡结合不好。多数放水设施设于坝体内部，为无压涵管，沿管壁截流止水未做好。
　　2常用的防渗技术措施
　　2.1混凝土防渗墙
　　混凝上防渗墙早在20世纪50年代初意大利和法国即开始使用，随后各国相继引进和推广，我国也开始对混凝土防渗墙的研究和试用。50年多来，国内外都有飞速发展，在应用范围和墙体材料种类方面有了新的进展。该技术发展较早，且技术成熟，在我国病险水库的加固中都获得了广泛而成功的应用。防渗墙防渗主要采用防渗性能良好的普通混凝土、黏土混凝土、塑性混凝土等材料，具有连续、可靠、防渗效果好等特点，应用于较浅的深厚覆盖层，可靠、经济，是垂直防渗的首选，尤其深度在50m以内墙体厚度一般为0.6m～1.0m。与其它防渗措施相比，混凝土防渗墙耐久性较好，防渗效率较高。
　　2.2套井充抓回填防渗墙技术
　　套井冲抓回填防渗墙的原理是：利用充抓式打井机(此种机械设备简单)，在坝渗漏的范围内原防渗体中钻孔，然后用粘土分层回填(层厚25～30厘米)，由钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，形成一道连续垂直的截水墙，截断坝身或坝基的渗流，消灭水头，达到防渗之目的。它具有防渗效果好，对原坝体有增实作用，施工简单，工效高，投资少，能直观隐患等优点。因此认为：套井充抓回抓防渗处理土坝坝体及坝基渗漏效果显著，应予以肯定，尤其适合于处理坝高均在15米以下的均质土坝及心墙坝的坝体渗漏，而对于坝高15米以上的土坝渗漏，因施工难度大，处理效果难以保证，应谨慎使用。
　　在确定处理方案时，要做到细致的分析研究与论证工作，要多方面调查了解工程的存在隐患，当地粘土场储存量情况，要充分考虑施工中可能出现的问题，有必要可先打1—3个试验井，以检查原坝体各方面的情况，以利工程的施工，如发现坝体非常不密实，塌壁现象异常严重时，则要慎重对待，考虑改用其它处理措施。
　　冲抓施工前，库水位应尽早降低，一旦方案确定并审批立项，在灌溉期过后，立即排放库水，腾空库容，以利坝内水分的充分析出，防止或减少施工中可能出现的塌壁现象，减少施工难度，以保证回填质量，达到预期处理的目的。
　　对由于白蚁而造成的土坝渗漏的可采取冲抓回填毒土防渗墙的，在原坝体中形成一道连续的毒土防渗墙，起到阻断横穿坝体的白蚁通道及防渗之双重目的。
　　2.3帷幕灌浆
　　对于局部渗漏或防渗标准要求不高时，主要采用帷幕灌浆的防渗方法。帷幕灌浆防渗技术施工设备简单，工艺成熟，地层适应性广，但连续性相对较差，形成防渗体的防渗性能也相对较差。因此，采用合适的灌浆工艺和材料，是帷幕灌浆技术的关键。
　　根据浆液的作用机理，灌浆可分为四类:充填灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆、渗透灌浆。
　　混凝土坝岩基帷幕灌浆都在两岸坝肩平洞和坝体内廊道中进行。土石坝岩基帷幕灌浆，有的先在岩基顶面进行，然后填筑坝体；有的在坝体内或坝基内的廊道中进行，其优点是与坝体填筑互不干扰，竣工后可监测帷幕运行情况，并可对帷幕补灌。帷幕灌浆的钻孔灌浆按设计排定的顺序，逐渐加密。两排孔或多排孔帷幕，大都先钻灌下游排，再钻灌上游排，最后钻灌中间排。同一排孔多按3个次序钻灌。灌浆方法均采用全孔分段灌浆法。　　灌浆压力是指装在孔口处压力表指示的压力值。岩石帷幕灌浆压力，表层不宜小于1～1.5倍水头，底部宜为2～3倍水头。砂砾石层帷幕灌浆压力尽可能大些，以不引起地面抬动或虽有抬动但不超过允许值为限。一般情况，灌浆孔下部比上部的压力大，后序孔比前序孔压力大,中排孔比边排孔压力大,以保证幕体灌注密实。灌浆开始后，一般采用一次升压法，即将压力尽快升到设计压力值。当地基透水性较大，灌入浆量很多时，为限制浆液扩散范围，可采用由低到高的分级升压法。
　　2.4水平铺盖防渗措施
　　水平铺盖防渗，必须勘察了解大坝工程水文地质状况，这是做好防渗加固的首要条件。通过勘察了解坝基砂砾石平面和空间的分布情况、层次性质和分布规律以及地下水动态特性和渗透途径等，以便针对不同的具体情况，可能发生的问题、性质和程度，确定加固铺盖的具体尺寸、范围，铺盖层下是否需要增设反滤层，是否有软弱基础需要处理一般采用铺盖长度为5～8倍水头，对水头较大、砂砾石层较深时，采用8～10倍水头均质坝底为不透水轮廓，铺盖长度可适当减短。水平铺盖主要是针对坝基防渗，防渗效果相对较差。
　　2.5高压喷射灌浆防渗措施
　　20世纪70年代末，我国由日木引进高压旋喷灌浆法，80年代初由山东省水科所研究试验将旋喷改为定向喷射灌浆，用于险库坝基防渗，取得了较好的效果，并迅速得到推广。
　　(1)高压旋喷形成防渗墙具有工期短、投资省，施工场地要求低，质量易控制的优势。先期造孔采用工程钻机，搬运方便，简便宜行，喷头在孔内运行，操作控制 较为方便，一般场地宽度达7m即可满足施工要求。特别是对水库除险加固工程的坝基处理优势明显，可在坝体内或坝基内的任何部位实施防渗。
　　(2)具有对坝基和坝体起到同时防渗加固的双重功效。在造孔的过程中，采用泥浆护壁，孔周围若有空隙，泥浆可对空隙进行回灌。在完成基础防渗的同时，对坝体心墙软弱部位具有充填、加密作用，将会提高心墙防渗体的整体强度和防渗性能。
　　(3)高喷可适用于多种地层，特别是对漂卵石地层，可通过调整浆液压力和高喷管提升、旋转速度来控制防渗墙的成墙厚度，达到设计要求。
　　2.6排渗减压措施
　　大坝下游坝脚设置排渗减压设施可以达到三个目的:①避免坝趾下游沼泽化;②避免坝趾下游发生管涌或流土;③降低坝体浸润线，增加坝体稳定。
　　采用水平铺盖防渗时，下游坝脚往往配合排渗减压措施。排渗减压设施主要是做好大坝背水坡反滤坝，清除反滤坝后的淤堵，结合开挖穿入透水层一定深度的排渗沟或设置减压井，以利渗水排出。一旦反滤坝后、排渗沟或减压井发生淤堵情况，应及时清除，使渗水能够及时地排出。
　　3结束语
　　病险水库的存在，严重威胁着广大人民群众的生命财产安全，制约着水库效益的充分发挥。所以搞好病险水库除险加固，解决渗漏问题，确保水库安全，充分发挥兴利和防洪效益。
参考文献：
[1]《碾压式土石坝施工规范》DT/T5129-2001中国水电出版社2001
[2]《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001中国水利水电出版社2002