土石壩加固的防滲處理技術研究

趙永剛 方長權

（1.中水淮河規劃設計研究有限公司 安徽蚌埠 233001；2.宿遷市水利工程建設監理咨詢有限公司 江蘇宿遷 223800）

1 概述

我國水資源豐富，水庫眾多，水庫大壩型式也多種多樣，但以土石壩居多。已建水庫土石壩大多存在不同程度病險問題，尤其是 20 世紀50～60年代興建的中小型水庫，多屬“三邊”工程，普遍存在防洪標準偏低，設計達不到規范要求，工程施工質量差，工程老化失修等問題。不僅造成水庫不能正常運行，效益不能充分發揮，而且還嚴重威脅到下游人民群眾生命財產的安全。病險水庫最主要的病癥是大壩滲透穩定問題，因此大壩防滲處理是病險水庫除險加固處理的關鍵。2008年以來，淮河流域對近百座大、中型水庫的土石壩進行了除險加固，其中90%以上針對大壩滲透穩定問題采取了防滲處理措施。

2 滲透病害成因及防滲處理要點

病險水庫土石壩滲透穩定問題包括壩體滲透和地基（含壩肩）滲透。壩體滲透病因形成有原壩體填筑不密實、防滲材料抗滲性差、清基不徹底、蟻窩等。壩基滲透問題一般為原設計深度不足，未采取有效的壩基防滲處理措施，或是原防滲設施功能不足。

病險水庫土石壩防滲處理尤其是增設防滲墻時主要考慮以下幾點：（1）壩基地質條件和水文地質條件。宜將新設防滲墻放在堅固而不透水的基巖或黏性土層中，盡量避開不利的地質構造。墻底應伸入相對不透水層，與壩的防滲體、壩基覆蓋層和基巖內的防滲設施應緊密地連接成整體。（2）與原有防滲體及其他建筑物的連接。與土質防滲體連接時，應做成光滑的楔形，插入土質防滲體高度宜為1/10 壩高，接觸面允許比降應按土料允許比降確定。設計時應認真做好與壩身混凝土構筑物的防滲連接，但布置時應盡量避開與壩身混凝土構筑物連接，以減少接頭處理。（3）認真做好與兩岸的連接設計。（4）工程量最小和造價最低，且易于實施。

3 常用防滲處理措施

目前針對病險水庫土石壩防滲處理措施較多，主要有深層攪拌樁防滲墻、混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿、垂直鋪塑、套井回填黏土防滲墻、充填灌漿、帷幕灌漿等。加固處理設計時應考慮不同的壩型、壩基、滲漏嚴重程度、當地材料、施工條件等因素，采取一種或多種處理方法相結合的防滲處理措施。

（1）深層攪拌樁防滲墻技術是近年來發展起來的防滲加固技術，運用特制的深層攪拌樁機把水泥漿噴入土體，同時鉆頭旋轉攪拌，使噴入土層的水泥漿液與原土充分拌和在一起，形成抗壓強度比天然土強度高得多，滲透系數較小，并具有整體性、水穩定性的樁柱體，將樁柱體互相搭接成一列，形成連續墻體起到防滲作用。該技術以其成墻防滲效果好、成本低、適用范圍廣、工效高等優點，在國內江河堤壩等截滲工程中得到廣泛應用，具有較成熟的施工經驗。適用范圍為黏土、砂土、粉質黏土和含礫粒徑小于5cm 的砂礫石層。最大成墻深不宜超過18m，滲透系數K＜1×10-6cm/s。

（2）混凝土防滲墻是利用專用的造孔機械設備營造槽孔，泥漿護壁，用導管在注滿泥漿的槽孔中澆注混凝土并置換出泥漿，筑成墻體。其特點為：①適用性廣。砂土、粉土及直徑小于10mm 的卵礫石層都可以采用，深度可達100m左右；②截滲效果可靠，技術成熟，施工質量易于控制；③施工作業平臺面較大，對槽孔穩定性要求較高，施工速度慢、工期長、工程造價高。

（3）高壓噴射灌漿是目前水利工程中應用較為廣泛的防滲措施之一，經多年研究和應用，具備了較為完善的灌漿技術。其施工工藝是利用鉆機造孔，然后將噴頭管送至預定位置，用高壓噴嘴噴射高壓射流沖擊和破壞土體，同時與灌入的水泥漿摻攪混合，在土中形成凝結防滲墻體，以達到防滲目的。適用于粉土、含砂量較大的砂土層和含礫粒徑小于5cm 的砂礫石層，也常用于防滲墻建筑物接頭部位。最大成墻深40.0m，滲透系數k＜1×10-6cm/s。根據山東省高壓噴射灌漿技術的實踐，該項技術受土料巖性、施工工藝等條件的影響較大，孔與孔之間結合緊密與否不易檢查，單孔斜度不易控制，處理效果有時不理想。庫水位高時對灌漿不利，特別是灌漿合攏期，滲流量集中，容易帶走水泥漿液，灌漿質量不易保證。因此，高壓噴射灌漿宜在低水位下進行。

（4）垂直鋪塑是利用水力沖割和刀具破碎土體的專用機械，在壩基、壩體中順壩軸線方向形成一條連續的寬18～30 cm 的深槽，垂直鋪入塑膜，最后回填松散干凈的粉質壤土，利用塑膜極低的滲透性（滲透系數 K=1×10-11～1×10-15cm/s）形成防滲體系。多用于深度小于15m的黏土層和砂土層，對深度大于15m和砂礫石地層不適宜采用。

（5）套井回填黏土防滲墻是在大壩滲漏范圍內，用沖抓錐或人工造孔把原壩身填土抓出，形成直井后，回填黏土，經夯實后形成一道連續的黏土心墻。夯實的同時對井壁周圍的填土有一定的壓實作用，使其密度增加，滲透系數減少，從而達到增加防滲能力的目的。套井回填時必須保持井內無水，以保證回填土質量。因此，黏土井柱施工受地下水位影響大，施工時要限制庫水位。

（6）充填灌漿是利用漿液自重將漿液注入壩體隱患處，灌漿孔一般布置在隱患處或附近。黏土充填灌漿具有設備簡單、投資省、工期短、易掌握、收效快的特點。對于處理中小型水庫壩體滲漏、壩下涵管接觸帶的淘空回填，壩體的塌坑和裂縫，以及封填蟻穴都有較好的效果。黏土充填灌漿的主要技術要根據不同灌漿對象擬定參數，合理布孔，控制灌漿壓力，調制土料，把握漿液濃度，注意終灌和復灌時機等。

（7）帷幕灌漿是采用小口徑地質回轉鉆機成孔，高壓水脈動沖洗，然后灌入水泥漿。20世紀以來，帷幕灌漿一直是水工建筑物巖石地基防滲處理的主要手段，設計標準按灌后基巖的透水率控制，帷幕深度應根據建筑物的重要性、水頭大小、地質條件、滲透特性以及對帷幕所提出的防滲要求等綜合進行確定。

4 結束語

病險水庫土石壩防滲處理方案還應考慮水庫特殊情況。如有些水庫有城市供水任務，施工時要保證供水水位不能降低。此時，庫內外水位差大，地下水流動性強，應注意深層攪拌樁防滲墻及套井回填黏土防滲墻的可行性；有些水庫壩頂道路為交通要道，施工時不能中斷交通，另設臨時交通道路困難，而混凝土防滲墻施工要求平臺大，有可能難以實施。因此，由于客觀條件的限制，技術可行的防滲處理方案不一定能順利實施。總之，病險水庫土石壩防滲處理措施應綜合考慮，做到技術方案可行，經濟合理且易于實施，經多方案技術經濟比較后擇優確定。