土(土石)坝防渗治漏工程措施

土(土石)坝防渗治漏工程措施

摘要：在目前已成水利蓄水枢纽中，绝大多数是利用粘土防渗，由于粘土防渗体积庞大，施工质量难以保证，往往留下许多隐患，使工程一蓄水就出现渗漏，从而形成病险工程。我县的土坝、土石混合坝占总数81座的90％以上，其中：因渗漏造成的病险水库占66％。根据多年的病险水库整治经验总结，特介绍几种实用的防渗治漏工程措施。

关键词：水库防渗工程措施

当前，绝大多数已成水库均建于上世纪60—80年代，由于受当时的设计水平和施工技术的限制，大多数为粘土防渗土坝或土石混合坝，水库蓄水后，在水压力作用下，渗流对土体产生渗流作用力，流力作用于无粘性土的颗粒以及粘性土的骨架上，使其失去平衡，产生各种形式的渗透变形，直至产生渗透破坏，使水库出现各种病险而无法正常发挥效益，相反还要浪费大量人力物力确保防洪度汛安全，据统计，因渗漏造成大坝不安全的约占病险水库总数的60％以上，所以，合理的防渗治漏工程措施是保证水库除险加固成功的关键。

土坝和土石坝常见的渗透破坏按部位主要分坝体(或坝基)渗漏、坝肩接触渗漏和绕坝渗漏。针对不同部位、不同坝体结构以及渗漏范围大小，在正确分析渗漏原因的基础上合理采用最有效、最节省、最方便的工程措施，达到除险加固工作事半功倍是我们的根

本目的，为此特介绍三种比较适用的防渗治漏工程措施。 一、粘土防渗治漏

粘土是传统的防渗材料，但在已成水库附近一般难以找到高质量的粘土，大多只能在耕作区开采，一般运距较远，加之土地要有偿征用，所以，粘土成本较高，且用量受到限制，仅仅适用于粘土需用量较少的情况。

粘土防渗治漏的原理和施工要求与新建土坝一样，利用“上堵下排”的原理，对坝轴线上游被破坏及松动的粘土进行开挖，然后用优质粘土进行夯筑回填，使之与老坝有机结合共同形成防渗体。回填施工严格按碾压土石坝旌工技术规范的有关要求进行，严格控制粘土质量和碾压质量，处理好边界接触部位的衔接。为使新旧土体紧密结合，防止交结面因不均匀沉陷和收缩形成裂缝，应将老坝体开挖成阶梯状，分层夯实。在下游用透水性相对较强的土料填筑，或另外设置排水体。

适用条件：(1)土坝坝体体局部出现渗漏、漩孔、管涌等病险，而整个防渗体的结构并没有被破坏；(2)渗漏部位离坝顶高差不大，开挖填筑工程量不大；(3)施工条件许可，开挖对防渗体没有不利影响；(4)渗漏途径比较明显，能直接判定渗漏通道；(5)坝址附近有满足要求的粘土料场。

注意事项：(1)设计时要认真分析渗透破坏的部位和形式，以及对整个防渗体结构的影响；(2)调查清楚附近料场情况；(3)开挖清

除完被松动的土体，适当放宽开挖范围；(4)保证回填质量，严格控制土料质量和碾压密实度，特别是新老坝交接面的处理要合理，防止形成交接缝和沉降缝。 二、灌浆防渗治漏

当土坝坝身散漏、基础渗漏或岸肩绕坝渗漏时，如继续采用粘土防渗，其工程量将非常巨大，施工也非常困难，治理效果难以保证，此时就不能再采用粘土防渗措施了，可以采用第二种更方便有效的防渗措施——灌浆防渗。当坝体土粒在渗透力作用下，逐渐随水排出，坝体土粒孔隙增大，坝体结构逐渐疏松形成渗漏，严重的引起大坝漩孔和局部沉陷、坍塌；当基岩裂隙中的充填物在库水压力作用下，逐渐随水流走，裂隙增大，使原来不被察觉的绕坝渗漏量越来越大。灌浆的目的，就是在大坝纵轴线上和岸肩钻孔灌注防渗浆液充填疏松的坝体和基岩裂隙，重新构筑一道垂直的防渗墙。所以，灌浆防渗最关键的是既要保证灌浆形成一个完整的防渗体，有效阻断库水外流通道，同时还要保证在拦截渗坝水流的同时不能堵塞下游排水体，因此灌浆孔的布置，灌浆压力的控制和确定合理的施工操作程序尤为重要。 (一)应用情况

青山水库是我县已成重点小(二)型水库，均质土坝，最大坝高23．30m，坝顶宽4.om，长85m，总库容80.8万m3，1955年10月动工，1989年10月竣工。大坝自建成投入使用就发现坝体和基础

存在散漏，时间越长渗漏量越大，1994年7月在高水位情况下发现渗流混浊且带有大量土粒，从此以后，水库一直不敢蓄水，长期限制蓄水在正常水位以下4.5m左右，1997年10月一12月对青山水库(小二型)应用灌浆防渗治漏效果显著，从此以后大坝及基础不再存在渗漏，水库效益开始得到充分发挥；随后又分别在民主(小二型)、上游(小一型)等6座小型水库和9处山坪塘应用灌浆防渗治理坝体、坝基和坝肩绕坝渗漏，均取得事半功倍的效果，共完成灌浆进尺15500多米，与粘土防渗治理方案节约工日7.69万个，节约投资186万元，恢复水方86万m3，恢复灌面300多公顷。 (二)设计、施工

工程设计中要根据坝体结构、渗漏形式及流向、坝区地质状况和钻孔压水试验参数设计灌浆孔的平面布置和钻孔深度，合理确定灌浆半径、灌浆压力和灌浆材料。严格按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》施工，保证灌浆质量。

(1)灌粢孔的布置。灌浆孔应根据坝体结构、坝高和渗流走向来确定：灌浆孔纵向沿渗流走向的切向布设，土坝坝体和基础防渗灌浆孔一般布设在坝轴线附近并偏向上游侧；坝肩基岩防渗灌浆孔沿裂隙切向布置，孔位距最薄临空面不小于0.5倍孔深，且不小于5.0m，纵向与大坝防渗体连接。灌浆孔横向(顺渗流方向)在坝轴线及上游侧设1～3排，每排孔分ii～iii序，排数及序数随坝高增大家而增加，对30m左右的土坝一般不少于2排ii序，15m以下的

土坝一般不少于1排ii序，若渗漏量过大，坝体孔隙过大，则应增加排数和序数。孔距一般可取 倍灌浆半径，灌浆半径与灌浆压力、原坝土质及填筑质量、灌浆材料等因素有关，一般可取l.3～2.0m，坝体高度越大此值越大；排距一般为0.85～1.0倍孔距，每排孔应相对错开呈梅花形布置。

(2)灌浆压力。土坝坝体灌浆压力一般可控制在0.2～0.4mpa，1、3排孔可取小值，2排孔可取大值；基础帷幕灌浆压力为坝高的1.5倍；岸肩基岩帷幕灌浆压力不小于正常库水压力的1.5倍。 (3)灌浆材料。土坝坝体灌浆材料要求有较好的粘性和沉积、固结能力，可以为粘土泥浆、水泥浆、或水泥粘土混合浆，当灌浆过程中存在有压渗流时，为防止浆液被水流带走，可用水泥浆或水泥砂浆加入一定量的快凝剂(如水玻璃等)使浆液在离开钻孔后，迅速停留下来。岩石帷幕灌浆一般采用

水泥浆或水泥砂浆，当有压力渗流时，可以加快凝剂。 (4)灌浆施工工艺。为防止浆液随渗透水大量流向下游影响灌浆质量，一般采用先下游再上游最后中间的顺序灌浆，在进行第1排第1序灌浆时，可用低压力、浓浆(具体根据先导孔压水试验确定)灌注。对ii、iii序和第3、2排孔逐渐加大压力灌浆，浆液浓度由稀至稠。 (三)适用范围

(1)土坝坝体大范围或多处出现渗漏、漩孔、管涌等病险，防渗

体的结构和防渗性能被破坏；(2)坝基渗漏；(3)坝肩深层接触渗漏和绕坝渗漏。 三、塑膜防渗

当土石坝的粘土斜墙发生较大渗透变形而使斜墙的整体结构和防渗性能被破坏时，采用开挖回填粘土的工程量太大(相当于挖掉一个斜墙又重新填筑一个斜墙)，又没法采用灌浆防渗，在这种情况下最好采用第三种防渗措施——塑膜防渗。我县从八七年开始对塑膜防渗在大坝中的应用进行了试验研究，取得了较好的成效。 (一)已成工程应用情况

一九八七年在青山水库(小(二)型)利用塑膜(普通农膜)防渗成功。一九九一年至九八年分别在我县云台乡利华水库(小(一)型)和岩口乡长岩水库[小(一)型]枢纽工程病害治理中，成功地试验应用了复合土工膜防渗，十多年的运行情况，充分证明了塑膜防渗的优越性，可靠性和先进性。

长岩水库是我县骨干水利工程之一，其病险特征具有典型性和代表性。该枢纽系干砌石粘土斜墙坝，坝高30.33m，总库容138.0万m3。有效库容118万m3，控灌农田5000亩。该工程于1958年春动工，1986年底完工。前后历时28年。1982年7月下旬，由于库区连降暴雨，当库水位升至27.om时，大坝内坡左右端分别出现了两上涡形漩洞，右端漩洞进口直径0.4m，左端漩洞最大直径

18.0m，呈椭圆形。同时，坝顶轴线内侧全部开裂，最大缝宽9.0厘米。从1983年2月开始，对漩洞进行了传统的开挖回填处理。1992年7月和93年4月在大坝左肩又先后出现漩洞两个，进口直径约1.om，当时进行了临时回填，大坝防渗斜墙己失去防渗作用，需要重新设置防渗体。

经过方案比较，最后采用复合土工膜对上游坝面全面防渗，该工程于1995年动工，1998年2月竣工，经蓄水运行，效果良好。并经受住了多次洪水考验。

(二)塑膜防渗与粘土防渗比较的优越性

从我县小型水库枢纽病害治理结果来看，利用塑膜(包括普通农膜和复合土工膜)防渗与粘土防渗比较具有以下特点：一是粘土需求量少，可节约耕地；二是工程量小，工期短，用工少。利用塑膜防渗比粘土防渗减少60％的工程量；三是塑膜受变形变位影响小，由于其破坏拉应变达到25％左右，系柔性防渗材料，有较强的变形适应能力，在一定变位，沉降作用下仍能正常发挥其防渗性能；四是施工技术简单，影响因素少，质量容易保证，防渗效果明显。 (三)塑膜防渗的适用范围

塑膜防渗主要适用于山区小、微型蓄水枢纽工程中：一是己成工程的粘土防渗体的防渗性能被大范围破坏造成渗漏水量很大或直接无法蓄水运行的病险工程，特别是粘土斜墙土石坝；二是在防渗粘土奇缺的地方新建蓄水工程，应用塑膜作防渗材料，可大大放

宽筑坝材料质量要求，从而提高工程建设进度质量，可节约投资30％左右。

(四)采用塑膜防渗的设计施工

通过实践总结，在塑膜防渗的设计、施工过程中，应注意处理好以下几个关键问题，才能保证达到理想的防渗效果。 1、正确选择塑膜品种和规格。塑膜分普通塑膜和复合土 工膜两种。前者适用于最大水压小于0.15mpa的小、微型蓄水工程中，价格便宜，购买方便。对于最大水压大于0.15mpa小于0.35mpa的中小型枢纽工程，适宜采用复合土工膜防渗，膜厚根据前苏联水利科学院试验公式计算选定：

δ=9.8hd1.03／(([σ]／0.0347)3/e)0.5(1) 式中：δ——塑膜厚度(mm) d——垫层最大粒径(mm)

[σ]——塑膜允许拉应力(n／cm2) e——塑膜弹性模量 h——膜上最大水深(m)

考虑塑膜在运输施工中磨损等因素，结合生产厂家的产品规格，实际选用膜厚大于计算膜厚。

2、真实掌握材料性能，合理确定防渗体结构型式。塑膜的渗透系数极低，一般k[k]=1.2，说明防滑齿设置后满足抗滑稳定安全；若k

和增大防滑齿的有效埋深h，增大阻滑力，以满足抗滑稳定要求。 4、周边止水与锚固

周边止水与锚固是保证塑膜边界防渗的重要措施，膜的周边必须与弱透水基岩锚固在一起，对周边基岩的裂隙及软弱夹层先进行清理和封闭，然后用c13砼把膜嵌埋于固埋沟内，沟沿呈圆滑弧形。(详见下图，图中单位：厘米) 5、膜下水、气排输

膜下水气流量的大小，与坝体土料性质，坝体密实程度和坝基渗漏情况，地下水位高低有关，设置排输系统的目的是避免两相对不透水层之间产生水、气汇集，形成高压区(水压、气压)，从而使防渗体在低水位情况下承受反压力，可能导致防渗体失稳。所以在新建的蓄水枢纽中，若坝体土料粘性较大，一般需设置专门的输气排水系统，在上游坝面防渗塑膜下纵向间距40～60m，横向在马道上或防滑齿(墩)，后呈网状设置排水输气塑料管，纵横管用铝三通相连，在横向管上每间距10m开5～10个直径2～3mm的孔，用无纺布绑扎滤沙排水(汽)，无纺布规格根据土料和垫层砂的粒径选择。各分支管与坝下主管相连，主管在建坝时预埋，尾端伸入坝后堆石排水体，首端高程与死水位保持一致。对于已成的病害工程中，一般坝体透水透气条件好，则可以不设水(汽)排输系统，若需设置排输系统，其主管可通到涵管，由涵管排出。 6、施工中要注意

(1)坝面按设计坡度削坡整平，对表面石子，草根等尖锐物进行彻底清除，然后铺筑2～3cm厚的细砂垫层，拍压密实。 (2)膜的搭接。低坝普通塑膜可采用幅间咬合折叠搭接，搭接头埋入固埋沟内，用粘土回填。(详见下图，图中单位：厘米) 也可采用粘合剂粘接，复合土工膜一般采用厂家生产的专用粘合剂现场粘接，接缝时在膜下垫一块长2．0米，宽0．15米的木板。将搭接边平放其上，均匀涂上粘合剂，待稍干后即粘接，并用塑料磙简均匀磙压，使之粘合牢固。

(3)膜的铺设由下而上水平进行，两岸固埋沟和膜上保护层相应平行也可采用作业。同步上升，在铺膜过程中，施工人员一律穿软底鞋或赤脚进场，以免损坏土工膜，如发现有孔眼及粘接缝，必须及时补救。

(4)工程竣工后，逐渐蓄水，注意观测大坝运行情况，确保工程安全，正确利用塑膜防渗，可节约投资，且防渗性能稳定，效果好，具有显著的经济效益和社会效益，具有较高的推广应用价值。 四、结语

我县病险水库众多，绝大多数皆因渗漏造成，因地制宜采用合理工程措施进行防渗治漏是保证水库除险加固效果的根本。粘土防渗、灌浆防渗、塑膜防渗三种工程措施在我县蓄水枢纽除险加固工程中被广泛应用，取得良好防渗效果和显著的经济效益，截止目前全县已有3座小(一)型水库、l座小(二)型水库和5处山坪塘应用

塑膜防渗，有6座小型水库和9处山坪塘应用灌浆防渗，共应用塑膜面积20950平方米，完成灌浆进尺15500多米，共节约工日58．78万个，节约投资486万元，恢复水方765．8万m3，恢复灌面1300公顷。