堤坝渗流分析与防渗技术探究

堤坝渗流分析与防渗技术探究

王红星

江阴市江港堤闸管理处江苏江阴214400

摘要：堤坝是水利工程中重要的一环，而在我国堤坝是应用最广的一种坝型，广泛用作水库的拦河坝及江河湖海的防护堤。江河湖泊的防护堤几乎全部是堤坝。研究中，堤坝的经济效益主要涉及到堤坝渗漏情况，而堤坝的安全问题也主要是由渗透破坏引起的，所以堤坝的渗流问题是研究的重点。

本文首先从堤坝渗流基本概念入手，简要分析堤坝的渗流及其危害，并提出相关的防范加固措施。

关键词：堤坝；渗流分析；防渗加固措施

一渗流的基本概念

水在孔隙和裂隙中的流动称为渗流，渗透水所流经的空间称为渗流场。根据渗流的基本表征量，如水头、水力梯度、渗透流速的大小和方向是否随时间变化，可将渗流分为稳定渗流和非稳定渗流。当渗流的任一或全部基本表征量随时间而变化，则称此渗流为非稳定渗流。由于天然或人为因素的影响，地下水位总是在不断变化着，所以在多数情况下遇到的都是非稳定渗流。但当地下水位变化不大时，可以将非稳定渗流当作稳定渗流考虑。

堤坝的经济效益主要涉及到堤坝渗漏情况，而堤坝的安全问题也主要是由渗透破坏引起的，所以堤坝的渗流问题是研究的重点。据国内外的大坝失事原因调查统计，因渗流引起的破坏比例高达30%-40%，仅次于洪水漫顶。因此研究堤坝渗流问题显得十分重要。

二堤坝渗流类型与危害

1堤（坝）身渗漏

（1）散浸

渗流透过坝体从背水坡渗出，逸出点太高超过下游排水设备顶部，下游坡面土体出现阴湿现象为散浸。开始土壤潮湿变软，颜色逐渐变深，而后普遍渗水，在阳光照射下有反光现象，渗水均匀则会汇集成细小水流，流向坡脚，造成堤坝坡面冲刷，严重的会使表面流土，产生脱坡失稳现象。

（2）集中渗漏

渗水可以从坝体下游面，坝基的一个或几个孔穴集中流出，出现成股水流漏出的异常渗漏现象。集中渗流造成堤坝坡面冲刷，将土体内淘成洞穴，逐渐形成塌坑；随着土粒的不断流失，孔穴将向上游发展，渗径渐短，孔穴发展速度会越来越快，直至发展成为贯穿上下游的渗漏通道，并在渗流进口形成坍坑，开始出现坍塌，脱坡，极易造成垮坝。

2、坝基渗漏

坝基渗漏是通过坝基水层从坝脚或从坝脚以外覆盖层较薄弱的部位渗出。对于单层结构坝基，即坝基由透水性大致相同的砂土或砂砾石层构成，由于缺乏防渗设施，使渗流出逸比降超过地基土的允许水力坡降而破坏，常表现为坝脚地基表面为翻水带砂，带出的砂先沉在附近，而渗流量加大，带出的砂粒随渗水流带走而不沉积，很快发展成为集中渗流通道。

对于双层结构地基，即坝基上层为不透水层或弱透水层，下层为强透水层；若防渗设施差时，表现为下游坝基表层被渗流顶穿，开始出现泉水，渗出清水，水头增加到一定程度，表层土可出现松动，隆起现象，有时有些泉眼堵塞，变为涌砂，继续发展成为冒水翻砂，形成管涌洞，有溃堤的危险。

3、渗流危害

堤基渗漏、堤身隐患及河岩崩塌，通常被认为是长江中下游堤防的三大主险。堤基渗漏、堤身隐患是造成险情的祸首。堤身险情主要表现是散浸、脱坡、漏洞、跌窝。堤基险情主要表现是管涌，它是渗透险情中最危险的一种渗透破坏。一般表现为翻砂、泡泉、脓疱、土层隆起、大面积砂沸等等。从流体力学角度而言，管涌是流土、局部流土或接触冲刷。

不论堤身还是堤基险情，水是不可或缺的破坏主体，堤基、堤身的破坏均与水有相当密切的联系。以管涌为代表产生的渗透破坏都存在一定的水力条件、边界条件和地质条件。水必须具一定的水头，同时在堤内还具备一定的溢出条件，如坑、塘、渊、水井等等才具破坏性。

三堤坝防渗措施

1堤坝防渗措施概述

土石坝发生病害是多种因素共同作用的结果。根据对应的加固机理，有下列几种主要加固措施。

（1）前堵型防渗。“前堵”即在临水侧采用防渗铺盖、前戗、防渗斜墙和铺设土工膜等。但因堤坝临水侧往往受到库水位的影响，这些措施的使用会受到一定的限制。

（2）后排型防渗。“后排”主要是指在堤坝背水侧采用压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。

（3）中间截型防渗。“中间型”指在堤身中进行粘土灌浆、劈裂灌浆、混凝土截渗墙和高压喷射灌浆等。

2、堤坝防渗加固方案的选择

由于堤坝工程的特点，而每一种加固方法又都有其适用范围、局限性和优缺点，因此，采用何种防渗加固措施应根据堤基地质条件、地形条件以及渗透破坏危害程度，通过对工程病害情况、加固要求、工程费用以及材料等方面进行综合考虑，并进行经济技术比较后，选取单一或几种措施综合治理。

（1）堤身防渗加固措施的选择。对堤身渗水可能产生的堤坡冲刷、流土等破坏，可采用贴坡反滤、透水后戗的方法进行除险。当和堤基防渗措施统筹实施时，可考虑采用垂直防渗墙。对于新老堤身结合的水平层面产生集中渗流，可采用临水侧开挖回填封堵或接触面填充灌浆的方法进行处理。对于堤身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，可采用接触面静压注浆的方法进行处理。对于堤防分段建设的接合部产生的集中渗流，可采用临水坡截渗或在接合部用挤密灌浆的方法来处理，必要时在背水坡采取反滤保护措施。

（2）堤基防渗加固措施的选择。当堤基、背水坡或堤后地面渗流出逸比降不能满足规范要求时，或者汛期曾经出现过严重渗漏、管涌或流土破坏险情时，可视具体情况选择一种措施或几种措施的组合进行处理。

3、垂直防渗技术

垂直防渗墙技术目前还没有确切定义，它是通过置换、填充、挤密、冻结及化学作用等手段在土（岩）层中形成一个垂直的防渗帷幕墙体，从而达到截水、阻水的目的。墙厚是依据堤内外水头作用的计算而确定的。目前国内外垂直防渗墙的成造工法多种多样，大体分如下几类：

3.1置换法

置换法就是利用机械将原地基土层挖，然后填充防渗的材料，在土体中形成一道起阻渗作用的墙体，从而达到防渗的目的。置换法主要是指地下连续墙。目前用于堤防的多为薄壁地下连续墙。

3.2板桩墙工法

用木桩、钢板桩、板桩灌注墙。木桩是采用适宜的木料借助机械打入土层中而形成连续板桩。此法适用于砂层、粉砂质粘土层、粘土质或含较小砾石的砂砾石层。

3.3土固结工法

主要是利用固结剂直接与堤坝土砂混合形成三介质复合墙体，从而达到防渗的效果。该方法是随新兴的固化剂的出现而兴起的，属于化学的方法，不仅能提高土体固结强度，而且具有较好的稳定性和耐久性。

3.4土工膜防渗墙

土工合成材料目前已广泛用于水利、建筑、交通等施工领域。也逐渐用于防渗工程中。它主要是在已经成槽的地层中，用土工膜送入器将土工膜以单帷幕式或双帷幕的形式送入槽内，之后在槽内填充与地层同性质的土（或以土还土、以砂还砂），或填充其他柔性的材料起到阻水作用。在堤坝施工中土工膜是一种柔性防渗墙，也用于水平防渗铺盖。总的来说，其工艺简单，工效高，成本低适于广泛推广。

四、结论

综上所分析得出以下结论：堤坝渗流的破坏具有隐蔽性，特别是土质堤坝，由于坝体和坝基的透渗水性，渗流问题更为严重。本文对堤坝的渗流进行了简单的分析，并提出相关的防范措施。

堤坝，尤其是土质堤坝在运用中的安全状态对保障工农业建设和人民生命财产的安全至关重要。对于水利工程而言，建设是基础，管理是关键，工程管理的好坏，直接影响工程安全和效益的发挥。因此，加强水利工程管理工作，做好堤坝渗流安监测，确保已建工程安全并处在最佳工作状态，发挥、挖掘工程的最大潜力，更应放在工作的首位。