土壩的滲流問題及其控制措施分析

韓偉

（新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆 庫爾勒841000）

1 引言

在我國，最常見的擋水建筑物就是土壩，土壩經(jīng)常會產(chǎn)生滲流的問題。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，造成我國土石壩嚴(yán)重質(zhì)量問題的35%都是因為土壩滲流[1]。因此，在進行土壩設(shè)計以及建設(shè)的過程中，對土壩滲流問題進行深入的分析，根據(jù)土壩滲流產(chǎn)生的根本原因進行提前的控制措施布置，降低土壩滲流破壞造成的損失意義重大。

2 新疆塔里木河流域希尼爾水庫大壩存在的主要問題

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涂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，在大壩分水、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；上游混凝土面板護坡局部破損。

3 土壩滲流的控制措施

針對新疆塔里木河流域希尼爾水庫各種地形條件，水庫管理部門決定使用上堵下排的基本防滲原則。上堵方法主要分為水平防滲以及垂直防滲法聯(lián)合使用的方式，下排主要有蓋重壓滲、減壓井、導(dǎo)滲溝以及鋪排水層等。

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、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)桿施加向下的推進力掘進切削，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，在土壩下游壩基被，沿縱向方向進行造孔，每個孔之間都有一定的距離。這些鉆孔必須要穿過透水層，進入強透水層中，并且要達到一定的深度才能夠起到減壓的作用，進而防止?jié)B漏。

根據(jù)對新疆塔里木河流域希尼爾水庫的實地地質(zhì)勘探，希尼爾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10Lu，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踐行清除，在進行過防滲處理時進行回填，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行比較，使用方案一進行防滲處理需要進行施工導(dǎo)流渠、帷幕灌漿、槽孔砼防滲墻、擋水圍堰等，整個工程的中靜態(tài)投資達到173272.60 萬元，使用方案二進行防滲處理需要進行帷幕灌漿、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行防滲處理更優(yōu)。最后，站在施工條件的角度進行比較，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行揭除，需要人工結(jié)合機械進行開挖，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。

綜合以上經(jīng)濟以及技術(shù)的角度對兩種方案進行比較，這兩種方案均有很好的壩基防滲處理效果，但是方案二的施工效果相對更好，成本投入也相對較低，與方案一相比投資成本少了1883.56 萬元。綜上述各種因素，應(yīng)當(dāng)選擇方案二對該水庫進行防滲處理。

4 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)別地對待這些影響因素。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行治理，采用不同的方式進行滲流治理。