土石坝渗流破坏类型分析及防治措施

土石坝渗流破坏类型分析及防治措施

摘要：根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。本文对土石坝渗流破坏机理进行分析及总结出防治方法措施

关键词：土石坝渗流破坏防治措施

土石坝是应用最广的挡水建筑物，用散粒材料填筑在不同的坝基上，挡水后上下游的水头差引起了水通过坝体、坝基及两岸坡向下游渗流。由于勘测设计不当、施工质量不良和管理运行不当以及渗流、地震等，使土石坝及其坝基发生缺陷病害，甚至垮坝失事。重要的病害有渗流破坏、滑坡、裂缝、地震震害和液化及其他病害。针对这些病害必须采取选用这种或那种坝体和坝基加固技术，以保证土石坝的安全及其水库的正常运用。根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。

一、土石坝渗流破坏类型

坝体渗漏

浸润线从坝坡逸出将导致坝坡湿润或沼泽化:这种现象一般发生在均质坝或混合土料坝型中，过高的浸润面增加了滑坡的可能性，同时由于渗流的长期作用和气温及降雨的影响，坝坡土体的抗剪强度减小，局部渗透破坏，导致滑塌的可能性加大。下游坝面出现集中渗漏;坝体在分层填筑时土层较厚，施工机械的功率不足，致使每层填土上部不密实，局部疏松，形成水平集中渗漏带，有的坝由于施工组织落后，特别是大规模的人工填筑施工，采用分段包干的填筑方法，土层厚薄不一，上升速度不一致，致使相临两段的接合部位出现了少压或漏压的松土带。坝体裂缝渗漏:坝体开裂是形成坝体隐蔽渗漏的原因之一，由于心墙或斜墙

后坝壳一般是强透水的土料，通过裂缝的集中渗漏将在坝壳中扩散，因而难以发现集中渗漏区，根据坝壳浸润面观测成果也难以判断渗漏的存在。

2、坝后地面渗漏

土石坝外坡坝后地面出现砂沸、砂环、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象，其成因与地层的构造及未能采取有效的渗流控制有关。对表层透水性较小的粉细砂、淤泥或壤土，其下为强透水的砂砾石或砂层地基，若坝后没有采取排水减压措施(减压井、减压沟)或有排水设施，但是由于这种地层的渗流出逸坡降较大，当出逸坡降大于表层土的临界坡降时，坝后地面即出现砂沸等破坏现象。

3、坝基渗漏及非正常渗漏

许多在特殊历史时期建造的土石坝不是根据坝工理论按照规范来进行的，许多土石坝开工建设前未作前期的水文地质工作或地质勘探过于粗糙，因而使得土石坝工程甚至大型土石坝工程竟然未作任何防渗处理。

4、接触部位渗漏

在坝体与坝基，坝体两次墙、齿墙与涵管(小型水库常见)，坝体与两岸山坡防渗设施与破碎基岩之间的各种接触部位，由于设计和施工等多方面的原因往往容易成为渗漏的捷径而发生接触冲刷甚至垮坝失事。

5.绕坝渗漏

大坝的两岸山体裂隙、节理发育或有断层和岩溶，或为透水的第四纪堆积层，则绕坝渗流除影响山体本身的安全外，对坝体和坝基亦有不利的影响。

二、土石坝防渗加固方法措施

防渗排渗加固方法的原理是在上游不使或少使来水渗入坝体或坝基，并使渗入坝体或坝基的水在下游通畅排出，但不带走坝体或坝基的土粒和不改变坝体或坝基的变形和强度。

防渗排渗方法常用于解决土石坝坝体和坝基的渗流问题，使下游不发生散浸、漏水、翻砂冒水、砂沸、管涌流土或沼泽化、塌坑、浑水等渗透变形现象，上游不发生漩涡、翻泡、塌坑等渗漏入口，从而加强土石坝及其坝基的抗渗能力。

按防渗、排渗、滤土排水的不同，防渗排渗加固方法可分为以下几种:

1、防渗加固方法

在上、中游设置切断透水坝基的垂直防渗设施有土质截水槽、混凝士防渗墙、桩柱式防渗墙、粘土防渗墙、防渗板墙、灌浆帷幕、泥浆槽防渗墙、自凝灰浆防渗墙混凝土防渗墙和灌浆帷幕的组合等等。其中混凝土防渗墙在土石坝坝基、混凝土闸坝基础、土围堰堰体与堰基以及病险土石坝的防渗加固方面应用最广。

2、排渗加固方法

防渗加固方法采取后，仍需采用贴坡排水、棱体排水、褥垫排水及其组合，坝体内竖向排水层和水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等排水设备排除上游渗水，降低浸润线及下游坝基上的水头。

以上各种措施的适用范围分别为:反滤贴坡排水层适用于均质坝，可防止坝面渗流破坏，不能降低浸润线，减小其孔隙水压力，既可控制坝体渗流又可控制坝基渗流:倾斜或垂直的内部竖向排水层加坝体水平排水层适用于成层性的较高

土石坝，降低施工期产生的孔隙水压力;排水沟、减压井或两者相结合适用于透水坝基表层有一层相对不透水层以及有一定的渗流量的情况，但不可超过允许水力坡降;反滤透水盖重可用于坝体相对不透水下的坝址下游部位，对坝基起滤土排水作用。

3、反滤层

反滤层破坏、失效或在必要的地方没有设置反滤层等也是引起土石坝渗流破坏的常见原因之一，比如接触流失、接触冲刷的破坏均可通过增加层间反滤或在必要的地方增设反滤来加固。

反滤层的主要作用是滤土排水和保护土体完整与安全，反滤材料可用砂砾石或土工织物。适用于细料和粗料之间过渡区以及渗水出水口地点，如下游棱体排水、靠坝体侧面和靠坝基的底面、上游坡底面、粘土心墙和粗料壳之间等。

值得注意的是，土石坝工程发生病害往往是多种因素共同作用的结果。发生病害后应进行安全监测，首先要注意巡视检查渗流破坏迹象等异常现象，其次用电测或同位素设备探测隐患，以及使用大坝原型观测设备进行监控。在安全监控的基础上，考虑选用土石坝加固方法，

以上所列土石坝加固方法的分类及其适用范围可供选用时参考。由于土石坝工程情形复杂，材料等具体条件的多变性，以及土石坝加固方法很多且都有适用范围、局限性和优点，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析，从工程病害情况、加固要求(包括加固后主程病害应达到的各项指标、加固范围、加固进度等)、工程费用以及材料、机具来源等方面进行综合考虑，采用一项加固方法，应克服盲目性。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济，施工比较。合理的土石坝加固方法应是技术上可靠，经济上合理又能满足施工要求。

通过比较分析，可采用某一种加固方法，也可采用两种或两种以上的方法组成的综合加固方法。

垂直截渗墙技术适用于透水坝基、填筑不良的坝体防渗;对于坝基为上层相对不透水，下层为强透水的双层地层结构而言，也可采取上游做粘土铺盖与下游排水减压并相结合的措施.而不宜采用劈裂灌浆技术;对于坝基为基岩裂隙发育的地基的处理，可考虑灌浆帷幕进行处理;对填筑不实、渗透系数偏大、浸润线较高的坝体，可优先考虑劈裂灌浆;对隐患多而分散的坝体，可考虑充填灌浆加固。确定土石坝加固方法时，应注意节约能源，注意环境保护，避免土石坝加固对地表水和地下水产生污染，避免振动噪音对周围环境产生不良的影响。

参考文献：

[1]刘杰.砂砾石地基上闸坝渗流控制原理与方法.水电站设计，113 (3),1997