水库大坝渗流问题及防渗措施

水库大坝渗流问题及防渗措施

刘霞

中国水利水电第九工程局有限公司，贵州省贵阳市，550081

摘要：随着我国社会经济的蓬勃发展，国内的水利工程项目也随之逐渐扩大规模。渗流一直以来是影响水库大坝安全的重要问题，主要影响因素包括地质条件差、坝基岩体不连续或是坝体填筑材料。目前主要的处理措施包括在基础下设置灌浆帷幕、在黏土芯接触面设置反滤层、坝体下游设置排水沟、坝址处设置防渗墙等。由于基础材料力学性能不同、水力压裂、不均匀沉降等问题，坝体易形成裂缝并进一步加剧渗流问题，形成渗流通道，故预防水库大坝渗流的关键点就在于排水。

关键词：水库大坝；渗流问题；防渗措施

引言

水库大坝运行期间可能会出现渗流问题，从而威胁其安全。需要认真研究和切实解决的危险问题，例如渗流问题、高速流引起的冲刷和侵蚀、沉积物和碎屑堵塞出口设施，甚至堵塞出口结构（如溢洪道）的闸门。本文通过总结水库大坝渗流问题及防渗措施，预防水库大坝出现问题。

1水库大坝渗流问题

1.1土石坝渗流问题

所有的土石坝都有一定的渗漏，由于水库中的水通过坝体及其基础寻找阻力最小的路径，可能会对水库大坝安全造成一些危害。如果处理和控制不当，渗流可能导致水库大坝溃决。如果允许大量渗流继续不受阻碍，则渗透力可能会侵蚀细土颗粒，并将其冲出，导致水库大坝在内部侵蚀过程中管涌破裂，或产生隆起问题。因此，渗流可能被视为土石坝最常见的事故，许多土石坝的失效记录在水库大坝失效登记册中。应在设计阶段对此类危险进行防护，如果在水库大坝寿命期内出现，则必须仔细调查该情况，并应尽早采取必要的补救措施，以防止其发展为破坏条件。通过坝体的渗流可能出现在下游面、坝趾上方或下游桥台的任何位置。在这种情况下，应降低潜水面，以将其出口点限制在坝体内。建造大型水坝的需要导致了分区填水坝的发展，其中可以使用不同类型的土壤材料并以防止渗漏的方式放置。首先，中间的不透水岩芯可以是粘土，也可以是混凝土或沥青混凝土，将作为主要的防渗措施。在岩芯的上游和下游侧，还应设计过滤区，以防止地震、沉降或水力压裂造成的岩芯裂缝中的任何残余渗流或泄漏。因此，可以说，设计理念已经转变为控制渗流，降低潜水表面的饱和度，并通过加入排水设施来最小化渗流量，从而允许更陡的斜坡，1去11建造更高的水坝。

1.2混凝土坝渗流问题

渗流问题在混凝土坝的安全考虑中具有特殊重要性。它们通常会受到各种影响，这些影响与它们的安全运行有关，例如：基础变形、材料强度、可靠性和老化。然而，渗流除了自身的负面作用外，渗流对混凝土坝安全的不利影响主要来自坝基上的扬压力，而坝基渗流很容易产生扬压力。扬压力会降低水库大坝的抗滑力，从而影响水库大坝的稳定。此外，混凝土坝和砌石坝可能会受到渗透水通过坝体的一种或多种方式的影响。它可能通过水库大坝本身的裂缝渗透，从而导致其材料浸出，并形成薄弱面。通过地基的渗流除了影响水库大坝的滑动稳定性外，还可能导致其材料的内部侵蚀。渗流可能造成的三种负面影响来源：①水库大坝渗透压力表现为坝基的扬压力和坝体内部的渗透压力。两者都是由渗流引起的，对水库大坝的稳定性、变形和应力都有一定的影响。②水库大坝渗漏导致水将细颗粒带出坝体，形成渗流通道，危及水库大坝的稳定。③上游蓄水不仅会渗入坝体和坝基，还会在水库大坝两端的岸坡周围向下渗透。

2水库大坝的防渗措施

2.1加固方案的确定

土石坝坝体垂直防渗加固一般常采用防渗墙、高压喷射灌浆等方案。根据大坝存在的渗流安全问题，结合其结构特点，对新建混凝土防渗墙和高压喷射灌浆两种重建坝体防渗系统方案从施工技术、可靠性与耐久性、施工质量、工程量及投资等方面进行了比选。两种方案在技术上均可行，但混凝土防渗墙施工工艺更成熟，防渗可靠性更高，耐久性强，防渗处理更彻底，且投资较低，故作为推荐方案。

根据大坝坝体分区的实际情况，新建防渗墙轴线布置有两种方案，方案一为布置在黏土心墙下游侧的坝轴线附近，方案二为布置在黏土心墙轴线附近。对于方案一，防渗墙两侧的坝体厚度均较大，利于施工期的坝体稳定，但槽孔处的地层主要为页岩代料，透水率大，槽孔建造时易发生漏浆、塌孔，成槽难度大，且一旦漏浆将堵塞下游碎石夹土坝壳料孔隙，影响大坝下游坝壳料的透水性，不利于下游坝坡稳定；方案二防渗墙轴线位于黏土心墙轴线位置，上下游两侧均有黏土保护，有利于控制槽孔漏浆，塌孔风险更低，但上游坝体厚度偏薄，需采取降低施工平台高程或在施工期对上游采取临时培厚保护等措施，增强上游侧坝体的稳定性。

经综合比选，防渗墙轴线布置在原黏土心墙轴线位置，即混凝土防渗墙中心线与黏土心墙轴线重合，以降低施工期漏浆、塌孔风险，方便施工。桩号范围DB0-008.5m～DB0+900m，全长908.5m，最大墙深49.70m，墙厚0.8m。为保证施工平台宽度，混凝土防渗墙施工前，将坝顶开挖至高程62.3m，平台宽度18m。防渗墙施工完成后，采用黏土及开挖料回填至坝顶。防渗墙顶高程62.3m，顶部通过回填黏土与上游防浪墙相连，黏土上部铺20cm厚水稳垫层并浇筑沥青混凝土路面，墙下坝基及两岸坝肩岩体采用帷幕灌浆进行防渗加固处理。防渗墙段坝基采用墙下帷幕灌浆，左右岸坝肩段采用地面钻孔灌浆。坝肩帷幕与防渗墙及墙下坝基帷幕灌浆连成整体，构成完整封闭的防渗系统。

2.2高压喷射灌浆

利用高压装置产生高压射流破碎土体，并在高压射流作用区域内注入水泥浆液，填充坝基下土体中的裂缝和潜在渗流较大区等，同时与四周被破碎的坝基岩土体混合搅拌在一起，经过一定时间的水化作用，形成具有一定强度的凝结体起到防渗加固的作用。水泥土的透水性远小于被截断的坝基下土层的透水性，按等效渗径法原理，防渗墙渗透系数比原土层缩小１倍，即意味它的渗径比原来的渗径延长１倍。因此，防渗墙在透水土层中主要起到以下几个作用：降低透水土层的水流速度，削减渗水压力和静水头，减少土层内水流量，降低出逸比降，从而达到改善坝基渗流状态的目的。

2.3加固方案效果评价

重构后的封闭防渗体系主要由新建混凝土防渗墙、坝基坝肩帷幕灌浆组成。该防渗体系在大型水库除险加固工程中应用效果良好，且新建混凝土防渗墙可与原混凝土截渗墙形成双防渗墙组合，这种“前短后长”的布置形式能以深度较大的防渗墙削减水头，更有效降低渗漏量和抑制渗流出逸比降。根据渗流计算分析，新建混凝土防渗墙加固后，大坝断面浸润线显著降低，下游出逸点位于排水棱体顶高程以下且渗漏量大幅度减少。因此，新建防渗体系可彻底解决大坝渗流安全问题。

结束语

针对水库大坝坝体、坝基及坝肩存在的渗流安全隐患和问题，结合大坝地勘、设计、施工、渗流监测资料及渗流有限元计算结果，系统评价了大坝现状渗控体系各组成因子的渗控效果，分析论证了现有渗控体系加固的必要性。新建防渗体系的加固措施能显著降低大坝坝体浸润线高程，确保各工况下的下游出逸点高程在排水棱体顶面高程以下，并大幅度减少渗漏量，可彻底解决大坝存在的渗流安全隐患和问题。

参考文献

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