浅谈堆石坝防渗处理的主要措施

浅谈堆石坝防渗处理的主要措施
摘要：堆石坝由于可充分利用当地天然材料，适应不同的地质条件，施工方法简便，在国内外得到广泛应用。

其是通过设置相应的防渗设施来保证坝体的稳定性，可见，防渗处理技术对堆石坝的发展高度起到决定性作用。

本文对目前的防渗处理技术进行了简单的梳理分析，以期给相关人员做借鉴和参考。

关键词：堆石坝防渗心墙斜墙
堆石坝是用块石、砂砾石等作为主体材料，经抛填或碾压而成的土石坝，筑坝材料的中硬岩及以上石料的占比超过土石料总量的50%。

坝体由作为支承的堆石和防渗体及它们之间的过渡层（或反滤层）组成。

堆石坝设置防渗设施的目的是减少通过坝体和坝基的渗漏量，降低浸润线以增加下游坝坡的稳定性，同时降低渗透坡降以防止渗透变形。

可见，防渗处理的好坏对堆石坝的安全性有着至关重要的影响。

通常，堆石坝坝体的防渗设置可以分为心墙和斜墙两种方式。

本文将从上述两个方面对堆石坝的防渗处理进行分析。

1.
心墙防渗
心墙是位于坝体中央直立或稍偏上游倾斜的防渗体。

1.1土心墙
早期堆石坝主要采用土心墙进行防渗处理。

土心墙对地基适应性好，材料来源广泛，但天然防渗土料一般无法满足200m级以上超高心墙堆石坝强度和变形的要求，在超高心墙堆石坝建设时通常采用掺砾对天然防渗土料进行改性，以提高心墙料的强度和变形特性。

土心墙堆石坝最高可达到300m级。

土心墙堆石坝坝体断面较大，枢纽布置调整余地较小，坝体工程量较大，填筑工期较长，土料施工受降雨、冬季影响较大，且筑坝地区有时会缺乏合适的防渗土料。

1.2混凝土类心墙
考虑到筑坝地区材料缺乏的问题，人们开始采用人工防渗材料，如混凝土、
钢筋混凝土、沥青混凝土等。

这其中混凝土心墙的施工形式可以是改进的，除常
规的“一”字形，也可为拱形。

钢筋混凝土材质的防渗在堆石坝中应用虽较为广泛，但其防渗形式以面板居多，用作心墙防渗体的则相对较少。

沥青混凝土不但
具有较高的防渗性能，而且还具有较好的柔性和塑性，在心墙防渗中较常见。

但
高沥青心墙坝坝体会因水推力过大产生较大水平位移，从而导致心墙因变形过大
产生水力劈裂的现象，沥青混凝土防渗堆石坝最大坝高低于土心墙堆石坝。

中国
水电顾问集团贵阳勘测设计研究院曾提出，采用由常态混凝土与沥青混凝土防渗
复合构成的防渗体来突破沥青混凝土心墙堆石坝不能修筑到200m级坝高的局限。

另外，由于坝址处的地形地质条件和坝体的变形对心墙还是存在较大影响，且沥
青混凝土心墙是逐层叠加施工，尤其是浇注式沥青混凝土心墙，当骨料分离或振
捣不密实，极易发生漏水现象，为此，现有技术中有考虑采用防渗钢板这样的硬
性材料来替代沥青混凝土作为防渗心墙。

1.3土工膜心墙
土工膜防渗堆石坝的特点和适应性与沥青混凝土防渗体堆石坝有相似之处，
土工膜防渗堆石坝的坝高受膜强度、耐久性的影响较大，而膜技术的发展受制于
化工材料技术的发展，土工膜除了采用PE、PVC 等材质的纯膜外，还包括复合土
工膜。

为了提高膜心墙的可靠性，有采用双层土工膜的；而为了提高对地基变形
的适应性，有将防渗膜布置为折线形的做法。

1.
斜墙防渗
斜墙是指位于坝体上游面的防渗结构。

斜墙施工方便，在防渗中使用比较广泛，斜墙的材料可以是塑性材料，如粘土、沥青混凝土、土工膜、橡胶等，也可
以是硬性材料，如混凝土、钢筋混凝土、钢板等。

本文旨在谈及以下两类主要的
斜墙。

2.1土工膜斜墙
通常以高分子聚合物土工膜作为防渗主体铺设在上游坝面。

对于中、低高度，位移变形相对较小，施工难度相对较低的坝体，防渗膜选择的要求相对宽松，主
要有 3 个品种，即低密度聚乙烯( LDPE) 膜、高密度聚乙烯( HDPE) 膜、聚氯
乙烯( PVC) 膜；对于坝高较高的坝体选择复合型 PVC 膜较为合适。

2.2 混凝土类斜墙
2.2.1 设置形式
该类斜墙主要由混凝土面板和趾板承担防渗任务，在防渗体系正常运行的情
况下，防渗性能良好。

混凝土面板为刚性结构，面板变形在气温和湿度等变化较
大的区域较为敏感，在施工期、运行期或地震时，易产生裂缝。

堆石坝采用钢筋
混凝土面板时会采用垂直于河流流向与河流流向略为斜交的坝轴线为直线型布置
坝体，迎水面往往为一个单一平面，实际工程中由于地质条件会不太理想，两岸
地质条件有明显差别，往往面板会布置成两个甚至多个平面，另外，也有由于特
殊地形导致坝轴线为折线，从而考虑将沿坝轴线的面板也修成折线形的情况。

2.2.2 混凝土面板的防裂处理
由于堆石坝发生沉降，面板会与垫层发生错动及脱空，面板会在水压力或温
度变化作用下产生变形开裂或者由于混凝土材料自身抵抗拉伸变形的能力较弱，
导致面板结构性水平拉裂。

针对此现象，主要是从面板自身的结构以及材料特性
两个角度来进行改进以加强对面板的保护。

1.
结构上的改进。

常规措施是在面板中配设钢筋或布置多层钢丝网来提高面板
的受力，对分缝进行适应性改进以适应坝体变形；另外，可以考虑在上游斜坡面
与混凝土面板之间施工保护隔离层，避免上游斜坡面与混凝土面板直接接触，减
小层间约束，降低开裂几率；还可以在面板形状上做适应改进，如设计为凸起的
弧面状从而改善面板向下挠曲变形的缺陷；采用强度高、塑性好的复合材料面板，如将玻纤格栅、沥青混凝土、树脂防渗膜等按一定顺序复合形成多层结构。

2.
材料特性上的改进。

主要包括: 选用水化热较低、收缩性较小的硅酸盐水泥，选择热膨胀系数小和吸水率较低的骨料，并限制骨料的含泥量; 严格控制混凝土
水灰比和采用较小的水灰比; 掺用引气剂，以改善混凝土和易性、提高混凝土耐
久性; 掺加粉煤灰和减水剂，减少水泥用量和减水，改善混凝土的热学性能; 复
掺膨胀剂和纤维，如引入钢纤维、聚丙烯纤维、超高韧性水泥基复合材料，采用
补偿收缩混凝土; 施工中选择适宜的时间进行混凝土浇筑工作; 面板混凝土在初
凝后至蓄水前进行终生养护。

结语
随着我国水利水电工程建设的高速发展，目前堆石坝防渗技术已取得显著进步，尤以土心墙堆石坝、混凝土防渗体堆石坝、土工膜防渗堆石坝的发展最为典型。

但由于防渗效果的好坏对堆石坝安全性影响重大，因而，施工时需要从施工
条件、防渗性能、坝体稳定性等多个角度做好比较后再选择合适的防渗设施，并
在施工过程及后期养护中做好科学地防范管理。

参考文献
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中国水利水电出版社. 2005
[2]杨泽艳等. 中国堆石坝的新发展. 水电与抽水蓄能. 第5卷第6期.
2019年12月
[3]束一鸣. 高面膜堆石坝关键设计概念与设计方法. 水利水电科技进展.
第39卷第1期. 2019年1月
[4]陈雷等. 混凝土面板堆石坝施工与质量控制要点. 人民黄河. 第42卷. 2020年12月
作者简介：姜海燕，女，专利审查员，助理研究员，主要从事水利领域专利
审查。

马腾蛟，男，专利审查员，助理研究员，主要从事水利领域专利审查。

（对本文贡献等同于第一作者）。