土石坝的坝身防渗摘要: 土坝破坏来源于水和其它外力的侵袭以及土体强度的不足,其中渗流产生的坝体破坏占有较大比例,且造成的后果极为严重。

对土石坝采取防渗措施有利于土石坝的正常工作，延长使用寿命。

关键词:土坝渗流破坏控制措施渗流问题的重要性防渗加固渗透破坏土石坝是指由土、石料等当地材料填筑而成的坝，又名当地材料坝。

土石坝是一种历史悠久而又广泛应用的一种坝型。

新中国成立以来兴建的8万多座坝中，土石坝占各种坝型总数的95%以上。

土石坝的广泛应用和发展源于它的优点：①就地取材，可以节省大量水泥、钢材和木材；②适应地基变形能力较强，对地基要求低；③施工技术较简单，工序少，便于组织机械化快速施工；④结构简单，工作可靠，便于管理、维修、加高和扩建。

土石坝坝体由于散粒结构的颗粒间存在着较大孔隙，坝体挡水后，在上下游水位差的作用下，库水将经过坝体和坝基向下游渗透。

渗流对土石坝有很不利的影响，侵润线一下的饱和区的土体受到水的浮力的作用，减小了坝体的有效重量。

而且饱和状态土料的抗剪强度比干燥状态有所降低，对坝坡稳定不利。

当渗透坡降或渗流流速超过一定界限时，还会引起坝体或坝基土的渗透变形破坏。

在土石坝中，防渗体是主要的防渗结构。

防渗体包括土质防渗体和沥青混凝土防渗体。

土质防渗体是应用最广泛的防渗结构，可用作防渗体的土料范围很广。

均质坝的整个坝体都是防渗体。

分区坝堤防渗体的主要型式为心墙和斜墙。

渗流分析表明，土石坝防渗体中的水头损失并不是按直线分布的。

沥青混凝土具有较好的塑性和柔性，防渗和适应变形的能力较好，产生裂缝时，有一定的自行愈合功能，而且施工受气候的影响也小，因此适用于土石坝的防渗体材料。

在筑坝地区缺少适宜的防渗土料或采用土料施工有困难时，可考虑选用沥青混凝土心墙或斜墙。

土石坝的渗流变形主要有：管涌、流土；接触冲刷、接触流土。

形成的破坏有以下几种：①图a是砂层地基的承压水顶穿表层弱透水粉质壤土或淤泥的薄弱环节,发生局部集中渗流形成流土泉涌现象,并继而向地基的上游发展成连通的管道。

此时如果大管涌道失去拱的作用,堤坝即裂缝下沉而破坏,严重者还会在临水侧坝脚附近引起水流旋涡。

对于土坝上游黏土铺盖的裂缝失效以及河堤临水侧的河水淘刷等不利因素,均能加速破坏。

②图b是背水坡脚大面积发生小泉涌的砂土沸现象,使坡脚软化或受浮力后失去支承力而引起大滑坡,如图1所示的大圆弧所示。

发生砂沸软化的来水可能是砂基的承压水,也可能是沿弱透水覆盖层上面较透水薄层粉土渗过来的表层水。

③图c是由于堤坝本身或地基的渗流,外部出口处的管涌开始逐渐将细粒带走,直至坡面破坏。

如图所示,浸润线出渗点处的土粒首先被冲蚀沿坡面向下移动堆积于坡脚,逐渐在坡面形成局部凹陷和小沟;或者沿坝底接触面、坝体内的较透水薄层以及沿输水管外壁接触面形成集中渗流通道造成冲蚀破坏。

④图d是由于库水位骤降时孔隙水压力而发生滑坡,多在下降水位的附近坍滑。

如果临水侧受河水淘刷,就更容易造成滑坡。

导致土坝工程事故主要有渗透变形、滑坡以及裂缝，其中渗透变形是主要。

因此，土石坝的坝身防渗尤为重要。

土石坝的防渗措施主要有一下几种：1、劈裂灌浆防渗技术该技术是目前应用较为广泛、防渗效果较好的一种技术，其技术机理是在土坝中采用劈裂灌浆，使用一定的压力，使坝体沿坝轴线小主应力面劈开，灌注泥浆，并使浆坝互压，最后形成10cm~50cm厚的连续泥墙，同时泥浆使坝体湿化，产生沉陷，增加坝体的密实度，这项技术不仅起到防渗作用，也加固了坝体。

这种坝体可以就地取材，施工简便，投资省、工效高。

推广初期，技术规范要求为坝高50m以下的均质坝和宽心墙坝，并要求在低水位进行。

近年来，逐渐推广到坝高可超过50m，不仅低水位能进行，高水位也能进行；不仅可以劈裂坝体也可劈裂堤坝地基；不仅在宽心墙坝进行劈裂灌浆，也可在其它心墙坝进行。

同时，也逐步应用到湿陷性黄土宽顶坝、沙坝等。

大量研究试验结果显示，在堤坝地基附加应力场影响范围以内，沿坝轴线也有一个铅直的小主应力面，只要沿堤坝轴线布孔，进行压力灌浆，就可以实现定向劈裂，并且防渗效果很好。

2、高压旋喷灌浆技术20世纪80年代后，我国发展了高压旋喷灌浆技术，其原理是：将30—50MPa的高压水和0.7—0.8MPa的压缩空气输到喷嘴，喷嘴直径2—3mm ，造成流速为100—200m/s的射流，切割地层形成缝槽，同时由1.0MPa左右的压力把水泥浆由另一钢管输送到另一喷嘴，以填充缝槽并渗入缝壁砂砾石地层中，凝结后形成防渗板墙。

这种做法的优点是：成孔保证率高，孔斜率容易控制；固壁泥浆不盲目扩散，从而减少高压喷射的能量消耗，增加了浆液的渗透能力，提高了成墙效率；施工速度快；机具磨损少，钻具消耗低。

3、水泥帷幕灌浆水泥帷幕灌浆。

水泥帷幕灌浆是用水泥浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙,形成阻水幕,以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。

水泥帷幕灌浆通过对坝基钻孔、裂隙冲洗、压水和灌浆,可以了解基岩的透水性能,提高灌浆效果,进行有效的防渗处理;机械设备简便,施工技术成熟,容易取得理想的防渗效果。

4、化学灌浆。

化学灌浆是将浆液灌入裂缝内部并在硬化后具有一定的粘结强度,能较好地恢复混凝土结构的整体性,起到固结、防渗、改善应力传递以提高承载和抗变形能力的方法。

化学灌浆具有较好的可灌性,施工工艺要求严格,施工时要做好防护工作;浆液的胶凝时间可根据需要进行调整和控制。

主要适用于地层裂隙与孔隙较小或防渗和加固要求较高,颗粒状材料不能灌入,渗漏水流速较大,其它灌浆材料不能封堵的情况。

化学灌浆与水泥灌浆相比，其缺点包括：施工不便，需要较多的辅助材料及设备、需要较专业的施工人员、造价高、耐久性差、有一定毒性及对环境有一定影响等。

这些因素导致现在化学灌浆应用较少。

5工合成材料的应用土工膜是由高分子聚合物或沥青制成的一种相对不透水薄膜土工膜早期应用与渠道防渗，20世纪60年代后应用与土石坝，而且防渗效果良好。

应用土工膜做土石坝防渗体时，可以铺设在上游面，并在其上部和下部分别设置上垫层和下垫层，再在表面加防护层。

在土工膜使用过程中尽量使用复合型土工膜，膜厚不宜小于0.5mm ，做好底部、周边与不透水地基或岸坡的结合，一般采用锚固槽的连接方式；铺设时应保持松弛状态，以避免高压力造成的破坏。

位于福建省福清县的犁壁桥水库，坝高38.3m，背水坡多年存在大面积湿润现象。

后采用复合土工膜在土坝迎水坡作防渗层，铺设面积1845m2，工期30d，单位造价16元/m2，相当采用黏土斜墙方案投资的1/3。

其施工简便，设备少，而且这种防渗材料柔软性好，能适应坝体变形，耐腐蚀，有不怕鼠、獾、白蚁破坏等优点，处理后的水库经过3年汛期超过正常高水位，未发现湿润现象，防渗效果显著，达到了预期目的。

1.6倒挂井防渗墙加固技术采用单井开挖，先挖主井，后挖副井，相互搭接，可构成整体混凝土防渗墙。

它的优点是单井施工、土拱作用、土压力小、施工安全度高，同时单井工程量小，相应设备易解决。

缺点是由于防渗墙接缝多，副井开挖时要凿除主井接触部分混凝土，施工困难，影响进度，也不易保证质量。

现在，在原来倒挂井防渗墙加固技术的基础上加以改进创新，采用组井开挖，分序施工，相当于冲击钻槽孔式开挖，先挖单号井组，后挖双号井组，形成整体混凝土防渗墙。

这种方法比单井施工减少了接缝，保证了施工质量。

同时，利用土拱作用，施工安全，质量有保证。

1.7射水造孔技术在砂质、软土地基上建造地下混凝土防渗墙，利用高速射流建造槽孔，速度快，设备简单，造价低。

具体方法是：利用水泵及成型器中射流的冲击力破坏土层结构，水土混合回流泥沙溢出地面，同时利用卷扬机操纵成型器不断上下冲动，进一步破坏土层，切割修整孔壁，造成有规格的槽孔，且用一定浓度的泥浆固壁。

随后采用常规的水下混凝土浇筑，可建成混凝土或钢筋混凝土槽墙，利用成型器侧向特殊装置可将槽墙连接成地下连续的防渗墙。

1.8冲抓套井回填防渗墙技术该项技术利用冲抓式打井机具，在土坝或堤防渗漏范围的防渗体中造孔，用黏性土料分层回填夯实，可形成一个连续的防渗墙，截断渗流通道。

至今已有几百座水库和堤坊采用此法处理渗漏。

这项技术的关键是正确解决坝身积水“堵”与“排”的关系，完成坝体套井黏土回填，并利用冲抓钻在坝基中成功地建造防渗墙，实践证明，它具有机械设备简单、施工方便、工程量小、造价低、防渗效果好等优点。

深层搅拌连续墙深层搅拌连续墙是通过深层搅拌机将水泥浆喷入坝体并搅拌均匀,经过一系列水化离子交换与硬化等反应,形成多桩搭接且有一定强度和抗渗能力的防渗墙。

深层搅拌桩机有单头和多头之分,多头小直径桩机工效较高,一次成墙长度较长,而且一次成墙的桩之间不会出现底部分叉现象,提高了墙体的连续性和完整性。

深层搅拌法水泥土防渗墙主要适用于在砂类土、淤泥质土以及承载力,150kPa的粘性土和粉土,成墙深度<20m。

成墙质量可靠,如墙厚、墙段连接、墙体均匀性及各项性能指标均能满足设计要求，工效高、工期短，利用原土注入水泥可就地搅拌,施工造价较低,对环境污染轻。

土石坝的防渗措施除了以上之外，其渗流控制的基本原则是防、排结合，排水和反滤是其重要的组成部分。

排水的作用是控制和引导渗流，降低侵润线，加速孔隙水压力消散，以增强坝的稳定，并保护下游坝坡。

反滤层则是保护渗流出口，防止坝体和坝基发生管涌、流土等渗流变形的最直接、最有效的措施。

排水和反滤层对土石坝的安全运行是十分重要的。

坝体排水主要有一下几种形式：棱体排水，又称为滤水坝趾。

棱体排水可以降低坝体侵润线，防止坝坡冻胀和渗透变形，可支撑坝体，增加下游坝坡的稳定性，是一种可靠的排水形式。

贴坡排水，又称为表面排水。

贴坡排水结构简单，用石料较少，且便于观察和检修，可防止渗流逸出处的渗透破坏保护下游免受尾水冲刷，但未深入坝体，不能降低侵润线。

内排水等。

反滤层的作用是滤土排水，防止土工建筑在渗流逸出处遭受管涌、流土等渗流变形的破坏以及不同土层界面处的接触冲刷。

据调查统计美国206座破坏的土石坝中,由于渗漏管涌破坏者占39%,由于漫顶破坏者占27%,由于滑动及沉陷裂缝者占18%,由于反滤料流失、块石护坡下没有滤层、坝端处理不好、波浪和地震等原因破坏者占17%,由此可见渗流破坏作用的严重性。

我国在20世纪90年代初的统计资料,全国存在渗漏问题比较严重的大型水库有132座,遍及各省,其中土石坝渗漏的就有106座,约占80%。

因次土石坝的防渗尤为重要。

对于土石坝的病害我们要通过相关的手段进行防治以及治理，增长土石坝的使用寿命。

同时，在土石坝的设计过程中，要对地质、水文等条件充分考虑，提前做出土石坝的防渗措施，在施工过程中，利用相关技术措施，提前对土石坝进行防渗处理。