堤坝工程中的渗透原因分析及治理措施

堤坝工程中的渗透原因分析及治理措施

发表时间：2015-12-18T09:22:49.557Z 来源：《基层建设》2015年15期供稿作者：潘剑锋[导读] 佛山市高明区荷城街道水利所堤坝渗流分析与防渗技术处理是堤坝除险加固的重要。潘剑锋

佛山市高明区荷城街道水利所 528500

摘要：本文概述了堤坝渗流的危害、渗流原因分析以及具体的防渗加固措施，并对不同的防渗处理方法的利弊作简要分析探讨，最后以实际案例为实例，具体分析大坝渗流产生原因和采取防渗措施以及工程处理后的实际效果，总结土石坝防渗处理方法，旨在为今后类水库堤坝除险加固参考。

关键词：堤坝；渗流危害；防渗加固措施

0引言

堤坝渗流分析与防渗技术处理是堤坝除险加固的重要。渗透破坏在堤坝工程中非常普遍，要做好渗透破坏的除险加固工作，就要摸清险情，对症下药。首先要了解渗透破坏的类型并进行成因分析，然后根据渗流控制原则和具体的工程地质条件，选择经济合理的除险措施，最后按所选的防渗技术进行精心施工，达到根除渗透破坏的目的。

1堤坝渗流的危害

堤坝以及水库有部分建造在软土地基上，尤其是土石坝的筑坝土与坝基土渗透系数较大，必须进行渗流分析和采取正确的防渗措施，否则会造成坝身、坝基渗漏过大，危及工程的安全。渗流产生的危害主要有：

①堤坝渗流过大，损失水库蓄水量。一般来说，水库坝身、坝基透水性比较强。如果防渗不当，堤坝挡水后，由于上、下游水位差的作用，渗水将从上游经坝体和坝基的颗粒孔隙向下游渗透，应有的蓄水量减少，工程效益降低，甚至导致水库无法蓄水的现象，并引发水库周围土地沼泽化，污染环境。

②浸润线过高，影响坝体稳定。严重的坝身和坝基渗漏，常会导致坝身浸润线抬高，使下游坝坡出现散浸现象，降低坝体的抗剪强度，甚至造成坝体滑坡。

③渗透比降超临界，产生渗透破坏。在坝身或坝基发生渗流时，若渗流的渗透坡降大于临界坡降，将诱使土体发生管涌、流土、接触冲刷、接触流失等渗透变形，甚至产生集中渗漏，导致垮坝失事。

2、堤坝工程中的渗透原因分析

堤坝渗透破坏主要表现为集中渗漏、管涌、流土、接触冲刷、接触流土。堤防渗透破坏险情主要分为堤身渗透破坏和堤基渗透破坏。

2.1堤身渗透破坏的原因分析

堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。

①堤坡冲刷

堤坡冲刷系由背水堤坡渗水所致。一种是堤坡的出溢比降大于允许比降而产生的渗透破坏，另一种是渗水集中后造成对坡面的水流冲刷。

②堤身漏洞

堤防背水坡及堤脚附近出现贯穿堤身的流水孔洞称为漏水洞。由于漏水洞中的集中水流对土体的冲刷力很强，因此对堤防的危害性极大。

③堤身接触冲刷

当堤身发生集中渗流且冲刷力大于土体的渗透强度时，在集中渗流处就会产生接触冲刷破坏。由于接触冲刷的发展速度往往较快，因此对堤防的威胁很大，必须对其进行除险加固。

2.2堤基渗透的原因分析

堤基的渗透破坏常表现为渗水、土层隆起、膨胀、断裂等，通常统称为管涌。随着汛期水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。首先在堤基的薄弱环节出现，如表土层较薄的位置。堤基管涌，尤其是近堤脚的管涌，发展速度快，容易形成管涌洞，一旦抢险不及时或措施不得当，就有溃堤灾难发生的危险。

3、堤坝工程防渗加固方案选择的分析

在堤坝的渗漏处理中，对上游要依据“铺、截、堵”的原则进行处理，而对下游则要遵循“导、减、排”的处理原则。多处实践证明，依照这种防渗处理原则进行实施的防渗施工都取得了良好的防渗效果。

3.1堤身渗透的防渗加固方案选择

⑴渗水加固方案的选择

渗水往往会导致背水坡的脱坡、冲刷、流土甚至形成漏洞和陷坑，应根据其产生的原因和危害程度，采取相应的工程措施进行除险加固。对威胁背水坡抗滑稳定的严重有害渗水，可采用填筑压实法、机械吹填法或放淤固堤法加宽培厚堤身，也可以在临水坡外邦或增建防渗斜墙，或采用劈裂灌浆、锥探灌浆、垂直铺塑等做垂直防渗。

⑵漏洞和跌窝的加固方案选择

堤身漏洞和跌窝往往由生物洞穴产生，汛前较难发现，但这种险情在汛期往往发展很快，加之堤身断面有限，对堤身的危害很大，汛期抢险困难，酿成溃口者有之。为防患于未然，汛前应首先对漏洞和跌窝隐患进行巡视、探查。对洞穴应采取开挖回填的方法进行除险，如果开挖回填困难可以采取充填灌浆的办法进行处理。

⑶集中渗流的加固方案选择

对堤身与穿堤建筑物基础接触面的集中渗流，可采用高喷或静压注浆在临水侧做垂直防渗，也可以在接触面采用静压注浆的办法进行处理，必要时在背水侧做反滤保护。对堤身与穿堤建筑物侧墙间的集中渗流，可以采用接触面静压注浆的方法进行处理。对新老堤身结合的水平层面产生的集中渗流，可采用临水侧开挖回填封堵或接触面充填灌浆的方法进行处理。对堤防分段建设的结合部产生的集中渗流，可采用临水坡截渗或结合部挤密灌浆的方法进行处理，必要时在背水坡采取反滤保护措施。

3.2堤基渗透的防渗加固方案选择

修建于双层和多层地基、透水地基、岩石地基上的堤防，经渗流计算，堤基、背水坡或堤后地面渗流出逸比降不能满足规范要求，或者汛期曾经出现过严重渗漏、管涌或流土破坏险情时，应根据具体情况选择一种或多种措施来达到除险加固的目的。

⑴双层或多层地基的防渗加固方案

对背水侧地基覆盖层较薄且透水层较深的情况，可以采用压实填筑法或吹填法增加盖重，也可以采用在背水堤脚外适当位置设置减压沟或减压井的方法。同时也可以考虑盖重和排水减压沟井联合使用的形式，以达到根治地基渗透破坏的目的。对覆盖层较厚且下卧强透水层较深的地基，宜采用盖重措施进行处理，盖重宜采用比覆盖层渗透系数大的透水材料。对多层地基且存在浅层弱透水层的情况，宜采用压渗盖重或结合减压措施进行除险。

⑵岩石坝基防渗加固方案

对强风化造成岩基或堤身渗透破坏的情况，可以采用地基帷幕灌浆的方法进行处理，对临水侧有外滩的情况也可以使用铺盖防渗，必要时可在背水堤脚附近采取反滤保护措施。当岩溶或其它原因使岩基渗水量过大，以致危机堤防安全时，可采用模袋灌浆或充填灌浆堵塞漏水通道，必要且有条件时可加设防渗铺盖。

3.3堤坝防渗加固方案中的主要灌浆方法

⑴低压速凝式灌浆法

这种灌浆方法一般用于高危水位下抢险堵塞管涌，它可根据管涌所处位置的地质情况（即粘土层或砂砾层）分别采用30型钻机或50型钻机钻孔，然后先向孔内注入浸水后即膨胀的物质，再以小于49kPa的压力徐徐向孔内灌入加进速凝剂水玻璃的水泥浆。注入膨胀物质是为了加大管涌内阻力，减慢管涌内水流速度，防止水泥浆随水流出；加入速凝剂，水泥浆能很快凝固而堵塞管涌。

⑵高压填充式灌浆法

高压填充式灌浆主要用于堤基基础灌浆，亦用于堤身蚁穴、溶洞的填充。用于基础灌浆时，须用50m工程钻机在需灌的堤段从堤顶钻孔，孔距1.5～2.0m，孔深以钻入基础穿过砂层进入砾石层2m左右为宜。灌浆时压力一般为127.40～166.60kPa，套管下到填土层保证堤身干燥，基础部分砂砾层灌入水泥浆，然后逐步提升到土层，以黄泥浆封孔。这种灌浆法主要用于治理因基础不良而引起的管涌。用于填充蚁穴、溶洞时，灌浆用30型钻机先在蚁穴或溶洞周围布孔灌入泥浆，形成包围圈，然后进行填充，则填满为止。

⑶劈裂式帷幕灌浆法

这种方法主要用于加固堤身，防止堤身渗漏。其方法是根据堤坝曲直不同情况，用浅孔轻便钻机或更简单的钻具，分别采用梅花形布孔和直线布孔方式，沿堤坝轴线从堤顶离堤外肩1.5m处钻孔，一般孔距3m，孔深根据堤身情况分别以钻透堤身填土或穿过堤身钻入基础1～2m为宜。灌浆时由下而上，少灌多复；泥浆由稀到稠，循序渐进；压力由大到小，灵活掌握。这样，可以较好地处理灌浆中出现的冒浆、串浆、滑坡、局部隆起等各种问题，使灌入的泥浆沿堤的轴向形成一道帷幕，达到改善堤身质量、提高坚固度和防止渗漏的目的。 4某水库堤坝渗流与防渗技术分析

4.1水库概况

该水库于1976年开工建设，是一座以灌溉、防洪、发电、供水等综合利用的重要中型水库。水库建成后发现主坝左岸严重漏水，随之进行处理，除堵塞的白蚁洞已停止漏水外，其他漏水现象未彻底根治。

4.2问题产生原因

主坝存在三处漏水，影响坝体安全。第一处，位于左岸坝端；第二处，位于右岸坝段0+110～0+145，长约35m，沿断层带和破碎的岩脉渗漏是其漏水的主要途径；第三处，位于主河床段，桩号为0+060～0+118，坝基节理密集带和破碎的岩脉以及坝内涵管的伸缩缝为主要漏水途径。

4.3问题解决措施

针对主坝渗漏原因复杂性，对坝体及坝基防渗提出二个方案进行比较选择。第一方案：灌浆方案；第二方案：土工膜防渗结合坝基帷幕灌浆处理。从直接费投资上作比较，第一方案比第二方案节约186万元；从工期和合理性上比较，第一方案可以在水库不放空情况下施工，且施工期短，第二方案必须放空水库，水库将无法供水灌溉，施工时也无法导流。通过方案比较，最后选择第一方案灌浆处理为主坝除险加固方案。

根据该水库大坝漏水原因分析及物探结论，考虑以前灌浆浆液有可能产生干缩等原因，从桩号0+030～0+108、0+115～0+185在坝顶布设二排灌浆孔，其余坝段在坝顶布设一排灌浆孔。双排孔排距2.5m，孔距3.0m，一排孔孔距3.0m，第一排孔距防浪墙内边缘1.2m，第二排孔距第一排孔2.5m。全坝段共布设188孔，孔底深入相对隔水层5～8m，每孔深度为8.5～37.5m，灌浆钻孔共4652m，其中钻进基础为1445m，2010年工程竣工决算790万元。

4.4工程经济效益

该水库除险加固工程完成后可提高大坝安全系数，使水库提高到正常蓄水位运行，每年可多蓄水量200多万m3，为水库增加直接经济效益约30万元。并能更有效地保护大坝下游近1万多人民生命财产安全，具有显著的社会效益。

5、结论

“千里之堤毁于蚁穴”，水利堤坝工程中的渗透存在较大的安全隐患，威胁人们的生命安全。因此认真分析堤坝工程中的渗透原因，并选择正确的防渗加固方案是十分必要的。

参考文献：

[1]关锦荣.土坝下游浸润线逸出点上移的危害及除险加固对策.福州：水利科技，2009，（4）.

[2]肖长来.渗流理论基础.吉林大学环境与资源学院，2006-3.

[3]邱集照.小型水库土石坝防渗处理方案选择.福州：水利科技，2010，（3）.