姜雪玲

北京市京密引水管理處 北京 101400

土壩指的是用土、碎石、土和土的混合物作為壩料，投入大壩材料，利用拋填、碾壓施工方法，建成一定形狀的擋水建筑物。大壩材料主要是土石材，可以在工地附近取料，從而降低材料運輸成本，土壩結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，工期短，成本相對較低，因此是我國目前使用最廣泛的大壩結(jié)構(gòu)。我國初期建造的水庫由松動的泥石材料填充，長期流水的沖擊經(jīng)常發(fā)生漏水。土壩的主要特點是壩基滲漏、壩體滲漏和壩周圍滲漏。本文重點分析了土壩基礎(chǔ)滲漏、壩體滲漏的原因及相應(yīng)的控制措施。

1 土壩的類別

土壩主要利用在施工地點處開采的建筑材料或當(dāng)?shù)氐耐亮?、石料等，通過拋填、碾壓的方法堆筑而成的壩。土壩按照筑壩材料區(qū)分，一是土壩，主要以土和沙礫為主；二是堆石壩，主要以石渣、鵝卵石、爆破石料等為主；第三是土石混合壩，筑壩材料為土石混合料。土壩的特點是對建造地點、地質(zhì)地理等要求較低，能夠適應(yīng)較多的地質(zhì)地理類型[1]。

2 土壩滲流的形式

填筑土壩的土料和壩基的沙礫呈現(xiàn)散粒體結(jié)構(gòu)，顆粒與顆粒之間存在一定的孔隙，因此會有一定的透水性，這便是土壩發(fā)生滲流情況的原因。如果這種滲流情況的出現(xiàn)是在設(shè)計或者管理人員的監(jiān)控之下，則為正常情況下的滲流。正常情況下的滲流主要有以下幾種表現(xiàn)狀態(tài)：大壩任何部位的壩體都會出現(xiàn)滲流狀況，滲流流量較小，水質(zhì)較好，清澈透明，基本不裹挾土壤顆粒，因此對于壩體和壩基不會造成滲透性的損壞。但是壩體滲流一旦出現(xiàn)較為渾濁的水質(zhì)，滲流流量較大且非常集中，水流透明度極低，裹挾大量泥沙，嚴(yán)重影響壩體和壩基情況，并使其產(chǎn)生管涌，流土、接觸性沖刷等嚴(yán)重破壞狀況，這種滲流便稱之為異常滲流。這種異常滲流的出現(xiàn)會造成土體滲透破壞狀況，嚴(yán)重影響本地蓄水興利政策的實施。

3 某土壩滲流問題分析

由于大多數(shù)土壩建筑都屬于散粒結(jié)構(gòu)，有很大的孔隙存在于土壩壩身的土粒之間。同時，土壩對于地基的地質(zhì)并沒有太高的要求，在較差的巖石地基或者是土基上都可以建筑。因此，在水庫蓄水時，迫于水造成的壓力，難以避免會出現(xiàn)一些滲漏的現(xiàn)象。除了土壩地基的斷層破碎帶以及熔巖地層室外，壩身或者是壩基土體也會出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，也就是所謂的繞壩滲漏、壩基滲漏以及壩身滲漏。當(dāng)這些滲漏部位的滲漏量超過可控定量時就會對大壩造成滲流的安全問題，甚至出現(xiàn)不可估量的后果。

這種壩基滲漏主要是因為鋪蓋裂縫所造成的或者是因為心墻下截水墻與基礎(chǔ)接觸遭到?jīng)_刷破壞而形成的。產(chǎn)生鋪蓋裂縫的根本原因就是基礎(chǔ)沉陷不均勻時鋪蓋被拉伸出現(xiàn)裂縫而產(chǎn)生的，或者還是因為施工過程中防滲材料中水分含量過大在干結(jié)時造成了嚴(yán)重的裂縫。心墻下截水墻與基礎(chǔ)接觸面遭到?jīng)_刷破壞的原因是兩者之間接觸面的反濾層失效，在遭受沖刷的過程中壩體產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。另外，地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖的完整性、連續(xù)性較差，也是產(chǎn)生壩基滲漏的重要因素。新疆塔里木河流域希尼爾水庫大壩的壩基防滲采取塑膜垂直鋪設(shè)，壩體防滲塑膜繞過止滑墩后水平鋪設(shè)約8m和壩基垂直塑膜焊接設(shè)計深度為壩體安全滲流深度，塑膜垂直鋪設(shè)采用大開挖方式施工，開挖較深時塌方、地下水過高等原因，施工難度大，因此造成了新疆塔里木河流域希尼爾水庫大壩壩基滲漏這個主要問題。

首先，大壩目前監(jiān)測設(shè)施并不完善，甚至很多監(jiān)測設(shè)施已經(jīng)出現(xiàn)損壞的問題，并不具備良好的自動化檢測能力。其次，在大壩防水以及引水等結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)明顯的局部裂縫，同時金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕以及漏水的現(xiàn)象。最后，大壩滲漏嚴(yán)重，下游坡局部壩段曾出現(xiàn)滑坡，壩腳附近多處曾出現(xiàn)管涌，正常蓄水位工況下壩后滲透壓力大，下游壩坡出溢點高，下游壩坡及壩腳附近滲透穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求；壩頂防浪墻按臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工，墻底未與復(fù)合土工膜結(jié)合，不滿足規(guī)范要求；上游混凝土面板護(hù)坡局部破損[2]。

4 水利施工中土壩出現(xiàn)滲漏的原因

4.1 壩體出現(xiàn)滲漏在水利工程中，會發(fā)生壩體滲漏情況

（1）水利工程中使用的土壤含有一些雜質(zhì)，影響修理工程的透水性。（2）修理施工期間分層軋制處理不當(dāng)，發(fā)生滲漏情況。（3）水利工程排水系統(tǒng)不合理，水利工程排水性不強，水壩漏水，影響了水利工程的安全運行。

4.2 壩基出現(xiàn)滲漏在水利工程中，會發(fā)生壩基滲漏情況

出現(xiàn)壩基滲漏主要是由以下兩個原因造成的：（1）在修理工程期間，有關(guān)人員對基礎(chǔ)清理不徹底，部分腐蝕物質(zhì)影響修理工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，導(dǎo)致壩基滲漏。（2）修理工程設(shè)計時對水槽切割沒有合理分析，水槽不能很好地承受水的沖擊，壩基發(fā)生了漏水。

4.3 繞壩滲流對于繞壩滲流情況的發(fā)生

主要是因為在水利工程施工中，相關(guān)施工人員沒有對水文地質(zhì)條件進(jìn)行合理分析，沒有對風(fēng)化巖石和破碎巖石進(jìn)行仔細(xì)勘察，從而導(dǎo)致發(fā)生繞壩滲流問題，對水利工程質(zhì)量產(chǎn)生了影響。

4.4 接觸滲漏在水利工程中

發(fā)生接觸滲漏情況主要是因為水利工程基礎(chǔ)沒有清理好，沒有做結(jié)合槽。另外，水利工程土壩兩端與山體結(jié)合部分坡面過陡，沒有做防滲刺墻，從而導(dǎo)致發(fā)生接觸滲漏情況，從而對水利工程質(zhì)量造成一定程度影響。

5 具體滲流成因分析

5.1 設(shè)計上的缺陷

由于技術(shù)水平有限，片面的追求施工速度導(dǎo)致施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。另外在當(dāng)時水利工程建設(shè)中，存在邊設(shè)計、邊施工，在設(shè)計思想片面追求速度的情況。在工程施工中，大量采用經(jīng)濟(jì)管徑，沒有對泄洪需求進(jìn)行充分考慮，所運用的放水涵管尺寸比較小，從而導(dǎo)致水利工程出現(xiàn)大面積散浸情況，對于水利工程穩(wěn)定運行產(chǎn)生了一定影響。

5.2 材料上的缺陷

一些水利工程施工中，由于建設(shè)時材料比較缺乏，所以在水利工程在施工中，所使用的材料有不達(dá)標(biāo)的情況，比如采用含水量和腐蝕物比較多的水稻土進(jìn)行壩體的填筑工作，在后期使用中出現(xiàn)滲漏問題，對水利工程正常運行造成影響。

5.3 運行管理上的缺陷

在水利工程運行中，由于運行管理有問題，導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏問題。在水利工程建設(shè)成以后，沒有對水利工程安裝相關(guān)的觀測設(shè)備，導(dǎo)致大壩運行觀測資料不能很好的獲取。在水利工程運行中，沒有完善的規(guī)章制度，沒有相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，導(dǎo)致了啟閉設(shè)施嚴(yán)重失修，導(dǎo)致在汛期不能正常打開，從而導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏問題。

6 對該土壩滲流的控制措施

依照上堵下排的防滲處理基本原則，新疆塔里木河流域希尼爾水庫土壩上游采取水平防滲與垂直防滲兩種方式相結(jié)合的防滲處理方法，有效地阻止或者減少滲流在壩基通過；在下游設(shè)置排水溝或者是減壓井都能夠有效排出已經(jīng)進(jìn)入壩基的水流，使其不會引發(fā)滲透危害。具體的防滲措施如下：

通過現(xiàn)場實驗對比，防滲墻將采用較為先進(jìn)并非常適合本水庫地質(zhì)條件的銑削攪拌水泥土防滲墻。這種措施通過銑削攪拌鉆機在掘進(jìn)、注漿、供氣、銑、削和攪拌過程中，兩個銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)銑削地層，銑削下沉?xí)r通過方形導(dǎo)桿施加向下的推進(jìn)力掘進(jìn)切削，在此過程中，通過供氣、注漿系統(tǒng)同時向槽內(nèi)分別注入高壓氣體、清水，直至要求的設(shè)計深度。此后，兩個銑輪作相反方向相向旋轉(zhuǎn)，通過方形導(dǎo)桿向上慢慢提起銑輪，并通過供氣、注漿管路系統(tǒng)再向槽內(nèi)分別注入氣體和固化液，并與槽內(nèi)的泥、砂相混合，從而形成由砂土、固化劑、水等形成的混合物防滲墻體。這種方式的優(yōu)點是在進(jìn)行防滲處理時不必放空水庫，施工周期短、速度快、節(jié)省材料并且有很好的防滲效果。通過使用造孔設(shè)備，在土壩下游壩基坡，沿縱向方向進(jìn)行造孔，每個孔之間都有一定的距離。這些鉆孔必須要穿過透水層，進(jìn)入強透水層中，并且要達(dá)到一定的深度才能夠起到減壓的作用，進(jìn)而防止?jié)B漏。

根據(jù)對水庫的實地地質(zhì)勘探，該水庫壩基地層巖性上部巖性為第四系沖洪積中粗砂，層厚多在1.0-4.0m，最大可達(dá)6.0m；其下為新近系砂巖、泥巖，基巖強風(fēng)化層厚5-8.0m，巖石透水率一般大于10呂榮值。強風(fēng)化層以下透水率多小于5.0Lu，因此，壩基防滲采用垂直防滲處理形式。但是考慮到壩基強風(fēng)化層的巖性為砂巖以及泥巖，所以壩基垂直防滲采用帷幕灌漿防滲的形式進(jìn)行防滲作業(yè)。按照相關(guān)的施工規(guī)范，本次設(shè)計的帷幕灌漿控制在5Lu。

對于本次防滲措施，施工前設(shè)計了兩種施工方式。方案一是將壩基的防滲軸線布置于上游壩坡坡腳的阻滑墻的部位，也就是將前坡腳的回填料進(jìn)行清除，在進(jìn)行過防滲處理時進(jìn)行回填，對壩基采用槽孔栓防滲墻以及帷幕灌漿相結(jié)合的方式進(jìn)行防滲控制。方案二是將防滲軸向不再在上游壩坡坡腳延伸位置的基巖面以下，也就是將前坡腳基巖面以上的覆蓋層全部清除，清除到基巖面1m以下為止，當(dāng)基礎(chǔ)防滲處理之后進(jìn)行回填，壩基防滲處理采用帷幕灌漿處理的方式。

站在工程地質(zhì)條件的角度對這兩種防滲方案進(jìn)行比較，兩種方案壩基處理工程地質(zhì)條件相同，砼防滲墻及灌漿砼蓋板均要求澆筑至基巖面以下1.0m處是這兩種方案的共同需求，同時還要保持在5Lu及沿線垂直鋪塑以及帷幕灌漿。站在工程投資角度進(jìn)行比較，使用方案一進(jìn)行防滲處理需要進(jìn)行施工導(dǎo)流渠、帷幕灌漿、槽孔砼防滲墻、擋水圍堰等，整個工程中的靜態(tài)投資達(dá)到173272.60萬元，使用方案二進(jìn)行防滲處理需要進(jìn)行帷幕灌漿、擋水圍堰以及施工疏導(dǎo)渠，單單從施工內(nèi)容方面就明顯簡化，工程總投資需要花費15489.04萬元，從這方面比較來說選擇方案二進(jìn)行防滲處理更優(yōu)。最后，站在施工條件的角度進(jìn)行比較，根據(jù)槽孔砼施工工藝及技術(shù)要求，施工臺面必須保持干燥的狀態(tài)，方案一以及方案二都需要對前坡腳的回填覆蓋層進(jìn)行清除，需要人工結(jié)合機械進(jìn)行開挖，由于該水庫的地下水位很高，施工期間建基面受地下水以及庫水反滲的影響較大。而使用方案二壩基防滲措施僅僅使用帷幕灌漿防滲處理法，不受地下水影響。

7 土壩加固前后的穩(wěn)定分析

為了提高該土壩的防洪能力，處理壩體滲流情況，避免對周邊村落或周邊人民群眾的生產(chǎn)生活造成威脅，應(yīng)當(dāng)重視大壩的滲漏問題，對大壩原本的壩頂、壩坡、排水棱體等內(nèi)容進(jìn)行加固，對壩身部位也應(yīng)當(dāng)堵漏與修正，截滲大壩已經(jīng)出現(xiàn)的滲流通道，將壩坡中出現(xiàn)滲流情況的部位進(jìn)行修整，才能更好的提高大壩的建筑質(zhì)量，保證其正常運行[3]。

根據(jù)筆者收集的資料，在某土壩加固之后，大壩位移與加固之前的位移相比有所增大但變化處于合理數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)；應(yīng)力變化情況不大，但加固之后的壩體應(yīng)力水平明顯高于加固之前，最大壓應(yīng)力甚至比加固之前增大一個量級（如表1所示）。這是由于心墻的自重以及兩側(cè)壩體的自重向下對于墻體造成了一定的摩擦力。

表1 土石壩加固前后位移、應(yīng)力對比表

由此可知，在加固土壩的過程中，防滲墻能夠有效增強壩體的防滲效果，能降低浸潤線高程，但是加大了壩體的應(yīng)力，使得防滲墻受到應(yīng)力的作用出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的狀態(tài)，尤其是防滲墻的底部，受到應(yīng)力的作用與影響更為明顯。由混凝土材質(zhì)組成的心墻受到的影響較低，應(yīng)力的變化依舊在混凝土的抗壓強度區(qū)間之內(nèi)。

8 結(jié)語

在土壩建設(shè)完成之后，壩身以及壩基都存在一定的滲漏現(xiàn)象，若滲漏量超過可控范圍就會產(chǎn)生流土、管涌等滲流破壞，大壩以及下游人民的生命財產(chǎn)安全將直接受到影響。因此，要及時地查明超可控范圍滲漏現(xiàn)象的原因并對其進(jìn)行及時地加固。此外，造成土壩滲流的因素多種多樣，要區(qū)別地對這些影響因素。在諸多的治理方法中，垂直防滲流法的效果會明顯好于平面防滲流法，但是有很高的需求條件，一般情況下都是采用堵排結(jié)合的方式進(jìn)行防滲流治理，面對出現(xiàn)的滲 流現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)采取治理方法中的一種或者多種組合的方式進(jìn)行治理，采用不同的方式進(jìn)行滲流治理。