重力坝 拱坝 土石坝三种坝体的防渗处理

重力坝、拱坝、土石坝三种不同坝体的防渗处理
摘要：分析重力坝、土石坝、拱坝出现渗漏原因，采取相应措施
一、重力坝渗漏分析与防渗处理
一）、重力坝渗漏分析
1、重力坝是用浆砌石(grouted rubble)或者混凝土(concrete)材料建筑而成的挡水建筑物，其剖面一般做成上游面近于垂直的三角形断面，主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触面产生抗剪强度或者摩擦力，来抵抗水库的水平推力，以达到稳定的要求；同时，也依靠坝体的自重产生的压应力，来抵消由于水压力所引起的坝体上游侧的拉应力，以满足坝身强度的要求。

2、由于混凝土与岩体都是透水材料，加上施工方法、施工过程存在差异，故此渗流不可避免
二）、重力坝防渗处理
地基处理时重力坝防渗处理的关键，坝基的固结灌浆和帷幕灌浆是坝基防渗处理的主要措施。

1、重力坝坝基固结灌浆
1）、目的：△减少坝基的渗透性(permeability)，减少渗透量；
△提高基岩的整体性和弹性模量(modulus of elasticity)，减少基岩受力后的变形(deformation)；△提高岩体的抗压强度和抗剪强度；△在帷幕灌浆前的固结灌浆，可提高帷幕灌浆的灌浆压力。

2）、固结灌浆的设计：
①灌浆范围：依坝高和岩基裂隙分布情况而定。

—高坝或者裂隙发育，坝基全部灌浆，并适当加大范围。

—裂隙很不发育，只在坝踵或者坝趾处灌浆
—只在坝踵处固结灌浆，以加大帷幕灌浆的压力
—溶洞、溶槽部位，除回填外，应对顶部及周围进行固结灌浆。

②排孔形式：梅花形或者方格形，对较大的断层和裂隙应专门布孔。

③间距：根据地质条件，并参照灌浆试验确定，一般为3～6m
④孔深：一般为5～8m，局部区域及坝基应力较大的高坝基础，可适当加深，帷幕灌浆区附近，与帷幕灌浆配合，可适当加深，一般为8～15m。

⑤灌浆压力：以不掀动岩石为原则，取较大值。

施工时，应加强监测。

一般无盖重时～，有盖重时～
2、重力坝坝基帷幕灌浆
1）、目的：降低坝底渗透压力；防止坝基内产生机械或者化学管涌；减少坝基和坝肩渗透流量
2）、灌浆材料的选择：
①水泥灌浆
●裂隙宽度>，地下水流≮600m/昼夜，地下水对水泥无危害
性的侵蚀作用，采用水泥灌浆。

●对于裂隙较细，可采用超细度的高标号硅酸盐水泥；
●地下水流较大时，可用速凝剂；
●有侵蚀性的地下水，可采用特种水泥：矾土水泥。

②化学灌浆
不能采用水泥时，用化学灌浆的方法。

(3) 帷幕灌浆设计
①帷幕深度:根据基岩的透水性、坝体承受的水头和降低坝底渗透压力的要求来确定。

帷幕本身应满足相应单位吸水率（见表）的要求。

②帷幕深度
●若相对不透水层(water-bearing layer)离基岩面不深，则帷
幕应钻灌到不透水层，深入到该层3～5m内。

●若相对隔水层较深，帷幕深度按设计要求确定，一般可在～倍
坝高范围内选择。

③帷幕厚度:
根据能保护帷幕的渗透稳定要求，用容许渗透坡降Jc表示。

其计算公式为：
④实际施工的帷幕厚度应大于设计帷幕厚度。

（高坝设2～3排帷幕灌浆孔；中坝设1～2排帷幕灌浆孔；低坝只设1排帷幕灌浆孔）
注意：当帷幕有多排孔组成时，一般仅将其中的一排孔钻灌至设计深度，其余各排孔的孔深可取设计深度的1/2～1/3。

因为只需在上部水力坡降大的部位才需加厚帷幕。

④灌浆孔布置 :灌浆孔孔距和排距应根据地质条件，由试验确
定。

a、孔距一般为～，开始用4m孔距，逐渐加密。

b、灌毕后，中间加检查孔，如w值大于标准时，在检查孔进行灌浆，然后中间再加检查孔，直到w达到标准为止。

c、排距宜比孔距略小。

⑤灌浆压力：灌浆压力应通过试验确定，通常在帷幕表层段不
宜小于～倍坝前静水头，在孔底段不宜小于2～3倍坝前静水
头，但以不破坏岩体为原则
3）、岩基经过防渗处理后，在一定程度上还是透水的。

为了进一步降低坝底渗透压力，还需设置坝基排水。

重力坝的岩基排水有三种形式：排水孔幕、基面排水、浅孔排水
3、重力坝防渗实例
A、林州市红旗渠补源工程——马家岩水库，马家岩水库大坝坝型为混凝土砌石重力坝，为提高坝体的防渗效果、降低坝基扬压力，自坝基混凝土顶部高程起，坝体上游迎水面和下游原河床高程以下分设混凝土防渗面板。

其中下游防渗面板面板设计厚度为，上游防渗面板自高程至厚度从渐变至，高程以上厚度变为，迎水面坡度为1:；为防止砼面板裂缝，面板沿坝轴线方向设伸缩缝，分缝宽度9m，伸缩缝设两道止水。

B、小洋溪水库地处贵州省金沙县, 是黔北发电总厂供水水源工程。

水库坝体为C90 10碾压混凝土重力坝, 坝顶高程为93816 m, 最大坝高4416 m, 坝顶宽510 m, 最大底宽3510 m, 坝轴线长124105m。

小洋溪水库碾压混凝土大坝灌浆工程经过生产性试验, 将2 排钻孔调为1 排进行灌浆, 孔距为015 m。

灌浆结果表明, 在横向缝隙连通性不好的碾压混凝土内形成连续性好的幕体是必要的; 从灌入量也说明, 对渗漏通道(即顺水流方向)的封堵长度超过坝轴线方向范围, 对坝体的补强作用明显。

二、拱坝渗流分析与防渗处理
拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平面上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形。

一）、拱坝的防渗处理
1、固结灌浆：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。

减
小地基变形，增加岩体的抗滑稳定性。

拱坝坝基的固结灌浆孔一般按全坝段布置。

对于比较坚硬完整的基岩，也可以只在坝基的上游侧和下游侧设置数排固结灌浆孔。

孔距一般为3～6m，在岩石破碎地区还应适当加密，孔深一般为5～15m。

固结灌浆压力，在保证不掀动岩石的情况下，宜采用较大值，一般为~MPa，有混凝土盖重时，可取（~）MPa。

2、接触灌浆：对于坝体与陡于50°~60°的岸坡间和上游侧的坝基接触面以及基岩中所有槽、井、洞等回填混凝土的顶部，均需进行接触灌浆，以提高接触面的强度，减少渗漏。

接触灌浆应在坝体混凝土浇筑到一定高度、混凝土充分收缩、钻排水孔之前进行。

有条件时，可利用帷幕灌浆孔与部分固结灌浆孔进行接触灌浆。

3、防渗帷幕
●深度：拱坝的帷幕灌浆孔深度应伸入相对隔水层以下3～5m；
若相对隔水层埋藏较深，孔深可采用（~）倍水头。

●排数：帷幕灌浆孔一般用l排到3排。

孔距是逐步加密的，开
始约为6m，最终为~，排距宜略小于孔距。

●位置：帷幕位置一般布置在压应力区，并尽可能靠近上游坝面。

防渗帷幕还应深入两岸山坡内，两岸帷幕原则上应延伸至正常蓄水位与相对隔水层相交处，或与蓄水前的天然地下水位线相交处。

暂向岸坡延伸20~50m或更远，待蓄水后根据坝基的渗漏情况决定是否再行延伸。

●材料：水泥、化学材料灌浆。

●压力：灌浆压力在保证不破坏岩体的条件下取较大值，通常在
顶部段不宜小于倍、底部不宜小于（2～3）倍坝前静水头。

4）、坝基排水——降低渗压(弱透水性的微裂隙岩体排水孔则可显着地降低渗压)
●位置：排水孔幕设在防渗帷幕下游侧，一般只设1道主排
水孔，必要时增设1～2排辅助排水孔。

●间距：排水孔与防渗帷幕下游侧的距离应不小于帷幕孔中
心距的1~2倍，且不得小于2~4m。

主排水孔间距一般在
3m左右，辅助排水孔间距一般为3~6m，孔径不宜小于
15cm。

●深度：主排水孔深度在两岸坝肩部位可采用帷幕孔深的
（～）倍，河床部位孔深不大于帷幕孔深的倍，但不应小
于固结灌浆孔的深度。

●排水平洞：对高坝以及两岸地形较陡、地质条件较复杂
的中坝，宜在两岸设置多层排水平洞，加钻排水孔，组成
空间排水孔洞系统。

二）、拱坝防渗处理实例
A、小湾水电站枢纽工程坝体是混凝土双曲拱坝。

小湾拱坝混凝土总量达881．0×104m ，最大坝高294．5m，大坝位于高地震烈度区，大坝建成后总水推力高达1660×104t，为降低坝踵处的拉应力，防止小湾高拱坝运行期上游面坝体及坝踵局部开裂漏水，避免高压水进人坝
体裂缝或坝踵裂缝导致水力劈裂，需要在拱坝上游面坝踵附近及高应力区域设置辅助防渗体系。

本工程采用喷涂聚脲及粘贴GB柔性板防渗施工的情况，实践证明，在高拱坝上游坝面采用综合防渗方案及施工技术可行，大大提高了坝体安全性。

小湾水电站拱坝上游面第一阶段防渗采用喷涂聚脲+GB密封板防渗方案，其中GB密封板主要起到限制混凝土裂缝张开后的表面聚脲自由滑动。

避免聚脲厚度变薄，同时起到第二层防水作用。

该项目的实施获得阶段性验收及相关专家的认可，防渗效果良好。

B、×××砌石拱坝中钻孔固结灌浆技术在防渗加固应用中( 1) 本灌浆工程在298 个灌浆段内共灌入水泥干料386. 7t,平均每米耗灰278kg。

无可置疑, 这些水泥对填充砌石坝体内的裂隙( 或孔穴) , 提高砌石体的强度起积极的作用;
( 2) 所有资料表明, 本主坝砌石质量较差, 砌石间砂浆不饱满, 存在较多的贯通性裂隙, 因此灌浆前钻进及压水均无回水, 绝大多数试段透水率q> 338Lu, 属极强透水等级。

经过灌浆后, 砌石体透水率q 值在0. 1~ 10. 0Lu 之间, 降到微、弱透水等级, 检查孔钻取的岩芯呈长柱状, 灰浆充填密实, 可见本工程灌浆补强防渗效果显着, 基本上达到工程除险加固的目的。

三、土石坝的防渗处理
土石坝Embankment Dam使用当地材料（土料、石料）采用一定的施工方法（抛填、碾压、水力）填筑的挡水坝。

一）、渗透破坏主要形式：
a、管涌：指在渗流作用下，土中的细颗粒由骨架孔隙通道中被带
走而流失的现象。

无粘性土
b、流土：指在向上渗流作用下，表层局部土体被顶起或是粗细颗
粒群发生浮动而流失的现象。

前者多发生在表层为黏性土或其他细粒土组成的土层中，后者多发生在不均匀砂土层中。

c、接触流土：指在渗流系数相差悬殊的两种土层交界面上，由于
渗流垂直于层面流动，将渗流系数较小土层中的细颗粒带入渗流系数较大的土层中的现象。

d、接触冲刷：指渗流沿着渗流系数不同的两种土层接触面上或是
建筑物与地基接触面上流动时，将细颗粒沿接触面带走的现象。

前两种渗流变形主要出现在单一土层中，后两种渗流变形则多出现在多种土层中。

渗流变形可在小范围内发生，也可发展至大范围，导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流管道等，危及坝的安全。

二）、土石坝防渗处理
1．1、防渗体（指该部位土体比坝壳其他部位更不透水，它的作用是控制坝体内浸润线的位置，并保持渗流稳定。

）
●土质防渗体（心墙、斜墙）：应用最为广泛的防渗结构。

其塑性指数Plastic Index>8~10；渗透梯度不致产生渗透
破坏；下游坝体浸润线和渗透量低于允许值；满足结构和
施工要求
●沥青混凝土或钢筋混凝土防渗体：沥青混凝土Asphaltic
可作心墙Core或面板Deck；钢筋混凝土Reforced
Concrete一般仅用于堆石坝。

●沥青混凝土Asphaltic面板
●塑性Plasticity、柔性Flexibilty好；抗渗性能好，10
－7～10－10cm/s；注意与防渗墙、廊道、齿墙等的连接
●水下沥青混凝土一般不老化
●钢筋混凝土Reinforced Concrete面板
●主要用于堆石坝，重要坝型；工程量小；面板兼作护坡；
滑模施工面板快，施工干扰小；面板容易检修；面板的混
凝土耐久性与防渗性；防止裂缝底座的地基一般为新鲜岩
石
、排水与地下轮廓
⏹排水Drainage：注意反滤Filter
⏹棱体、贴坡、褥垫、网状、竖式排水
⏹地下轮廓：垂直防渗:截水槽Cutoff Trench、混凝土防渗墙
Cutoff Wall、帷幕Curtain；水平防渗:铺盖Blanket
2、土石坝的岩基处理II
⏹防渗Seepage Control处理
⏹粘土截水槽或混凝土截水墙：浅透水层
⏹①帷幕Curtain灌浆Grout：较深透水层
⏹②普通水泥灌浆:宽度>~
⏹③超细水泥灌浆
④化学灌浆
帷幕灌浆孔布置：梅花形；灌浆水泥浆水灰比：6:1,4:1到1:1,:1 灌浆压力：～倍水头
3、土石坝砂砾石地基处理：
常见的砂砾石基础，其河床段上部多为近代冲积的透水砾石层，具有明显的成层结构。

故做①垂直防渗设施，包括粘性土截水槽、混凝土防渗墙、帷幕灌浆等；②上游水平防渗铺盖
三）、土石坝防渗实例
A、密云白河防渗墙
B、加拿大马尼夸克防渗墙
C、土石坝防渗技术
①劈裂灌浆防渗技术：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lOem～50em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。

②高压定向喷射灌浆防渗技术：该技术是在以前引进日本高压旋喷灌浆法的基础上改进而成，用于险库坝基防渗，取得了较好的效果。

③土工合成材料技术：土工合成材料按水力特性可分为不透水的土工膜或土工复合膜和透水的土工织物，前者可以代替防渗体，起到截渗隔水作用；后者可代替反滤料，起到排水反滤作用。

④坝基岩溶防渗技术：向钻孔抛填级配料，堵塞漏水通道，减小渗透流速，形成反滤条件。

⑤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。

总结：目前，我国的许多大中型水库属于超期服役阶段，病情险情非常严重。

这些坝因各种原因形成渗透现象的较为普遍，有些渗透影响了坝身的整体性，危及大坝安全，应引起我们足够的重视。

无论是重力坝、拱坝还是土石坝，其渗透的原因都有很多，是错综复杂的，必须加强检查观测，及时认真分析研究，以便查明渗透产生的原因，有针对性的加以处理。

同时应相应地做好设计、施工和
管理运行方面的工作，使水库的使用寿命延长，更好地为人民造福，促进经济的发展。