防止土石壩滲透變形的技術措施

□ 王文忠 趙麗春

土體由于滲透的作用可能產(chǎn)生滲透變形。破壞性的滲透變形可導致水工建筑物失事。在滲流作用下，土體處于被浮動的狀態(tài)。當滲透力大于土的浮容重時，土粒就會被滲流挾帶走，這種現(xiàn)象稱為土體的滲透變形。如在靠近下游壩坡腳滲流出口處出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，由于土粒不斷被滲流帶走，將導致壩下游坡面產(chǎn)生局部滑動；如在壩基中出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，將會在地基中形成連通的孔道，導致上部建筑物發(fā)生顯著沉降甚至倒塌。滲透變形通常有管涌、流土、接觸沖刷和接觸流土四種情況。

土體發(fā)生滲透變形的原因主要有兩個：一是土的類別及其組成特征，其中包括土的性質及顆粒級配；二是滲流特征，包括滲透力與臨界水力坡降。因此，防止土體滲透變形的工程措施主要是：增大土體密度；降低水力坡降；減小閘壩下游的出逸水力坡降，以減小滲透力；增強滲流出逸處土體抵抗?jié)B透變形的能力。常用的工程措施如下：

一、設置防滲設備

防滲設備可以攔截滲透水流，消耗滲透水頭，從而降低壩體和壩基的滲透坡降。主要是采取水平或垂直防滲措施。

二、設置減壓設備和蓋重

當壩基透水層的上面有相對不透水層，且未設切斷透水層的垂直防滲設備時，水庫蓄水后，壩后必將在上層相對不透水層的底面產(chǎn)生由滲流引起的承壓水頭。當上面地基土沒有足夠的抗?jié)B能力與壓重時，壩后將發(fā)生滲透變形。為消除承壓水的危害，在壩后采取排水減壓或設反濾蓋重是經(jīng)濟有效的措施。排水減壓的方法，可根據(jù)上面相對不透水層的厚薄采用排水溝或減壓井切入下面透水層中，以減小上層的承壓水頭。對可能發(fā)生管涌的部位需設置反濾層，攔截可能被滲流帶走的細顆粒；對下游可能產(chǎn)生流土的部位，可以設置蓋重以增加土體抵抗?jié)B透變形的能力。

三、設置反濾層

為了防止?jié)B透變形的發(fā)生，設置反濾層以提高土體抵抗?jié)B透破壞的能力是一項有效的措施，它可以起到濾土、排水的作用。通常，在土質防滲體（包括心墻、斜墻、鋪蓋、截水槽等）與壩殼或壩基透水層之間以及下游滲流逸出處等需設置反濾層；當壩殼或壩基為砂性土且與防滲體之間的層間關系滿足反濾要求時，可不設置專門的反濾層；對防滲體上游處反濾層的要求可以適當降低。

反濾層應滿足下列要求：透水性大于被保護土體，能順暢地排除滲透水；使被保護土不發(fā)生滲透變形；不致被細粒土淤堵失效；在防滲體出現(xiàn)裂縫的情況下，土顆粒不會被帶出反濾層，能使裂縫自行愈合。

反濾層由2～3層不同粒徑的砂石料組成，石料采用耐久的、抗風化的材料，層的設置大體與滲流方向正交，且順滲流方向粒徑應由小到大。應盡量使用天然的砂礫石、礫石及卵石，在無料源的情況下，也可使用碎石。無論哪種材料，都應堅硬、耐凍而且致密。

一般土反濾料的不均勻系數(shù)η≤5～8，且粒徑小于0.1mm的細顆粒含量（質量分數(shù)）不超過5%。對于緊鄰被保護土的第一層反濾料，應滿足D15/d85≤4～5和D15/d15≥5，其中D15為第一層反濾料的粒徑，小于該粒徑的土占總土重的15%；d15、d85為被保護土的粒徑，小于該粒徑的土分別占總土重的15%、85%。當選擇第二、三層反濾料時，可按同樣方法確定。選擇第二層反濾料時，將第一層反濾料作為被保護土；選擇第三層反濾料時，將第二層反濾料作為被保護土。土反濾層的層厚應根據(jù)材料的級配、性質、用途及施工方法等情況綜合考慮確定。通常水平反濾層的最小層厚可采用30cm標準，垂直或傾斜反濾層的最小層厚可采用50cm標準。當采用推土機平料時，反濾層的最小水平寬度應不小于3m。

在分區(qū)壩中，若防滲體與壩殼之間的反濾層厚度不能滿足過渡層的需要時，尚應加厚反濾層或另設過渡層。