水庫(kù)大壩防滲處理原則與技術(shù)分析

張煉堅(jiān)

（廣東省水利水電建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510635）

對(duì)于水庫(kù)大壩而言，防滲處理至少可以解決兩方面的問(wèn)題：一是提高水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益。水庫(kù)可用于防洪、灌溉、供水和發(fā)電，如果滲漏比較嚴(yán)重，這些作用的發(fā)揮都要大打折扣，后面三項(xiàng)直接影響經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。二是提高大壩的安全性。水庫(kù)大壩滲漏會(huì)引起滲透破壞，導(dǎo)致管涌、流土和滑坡，在世界范圍內(nèi)引起土石壩潰壩比例占到25%，在我國(guó)更達(dá)到30%。由此可見(jiàn)，水庫(kù)大壩防滲處理是非常必要而且重要的?；诖耍疚膶?duì)水庫(kù)大壩防滲處理的原則與技術(shù)措施進(jìn)行了分析和探討。

1 水庫(kù)大壩防滲處理原則

1.1 大壩滲漏型式與原因分析

在探討大壩防滲處理原則以前，有必要分析一下大壩滲漏的型式與原因。土石壩滲漏發(fā)生在壩基、壩肩、壩體以及它們之間的結(jié)合部，即包括壩體滲漏、壩基滲漏、接觸滲漏和繞壩滲漏。其中裂縫是滲漏的主要原因，如心墻、斜墻等防滲體的開(kāi)裂造成滲漏和破壞。裂縫也是混凝土壩滲漏的主要原因，如溫差裂縫、干縮裂縫、變形縫失效開(kāi)裂等。此外，蓄水水位超過(guò)土石壩浸潤(rùn)線、反濾層破壞、結(jié)構(gòu)密實(shí)性差、不同時(shí)期與不同層次的結(jié)構(gòu)結(jié)合部處理不當(dāng)?shù)纫彩且鸫髩螡B漏的原因。

1.2 大壩防滲處理原則

大壩防滲處理要綜合考慮各方面的因素，即要求功能可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理以及安全環(huán)保。功能可靠就是要滿(mǎn)足功能要求，符合“上堵下排”、“防滲與排滲結(jié)合，保護(hù)滲流出口”等原則。技術(shù)可行是要在當(dāng)前技術(shù)條件下可以實(shí)現(xiàn)其規(guī)模、技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)合理，要求防滲工程投資合理，經(jīng)濟(jì)效果好，在滿(mǎn)足功能要求基礎(chǔ)上不會(huì)預(yù)算超支；并且后期投入費(fèi)用低，即全壽命周期的經(jīng)濟(jì)效果都好。安全環(huán)保，大壩防滲工程實(shí)施后不會(huì)危及周?chē)ㄖ锏陌踩?，而且也不?duì)生態(tài)環(huán)境造成大的影響，污染程度低，對(duì)生態(tài)破壞小。

2 水庫(kù)大壩防滲處理技術(shù)

2.1 防滲技術(shù)

雖然水庫(kù)大壩型式日趨豐富，但仍以土石壩為主，所以本文主要探討土石壩防滲處理技術(shù)。大壩防滲技術(shù)有水平防滲和垂直防滲兩種形式。水平防滲做法有粘土鋪蓋、放淤吹填等技術(shù)；垂直防滲做法很多，如水泥攪拌樁防滲墻、混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、充填灌漿、帷幕灌漿、垂直鋪塑、套井回填防滲技術(shù)等。各地區(qū)都有其慣用的一些技術(shù)，本文以南方地區(qū)的一些典型技術(shù)進(jìn)行分析：

2.1.1 粘土鋪蓋

目前，垂直防滲運(yùn)用較多，效果也較好，但有些場(chǎng)合水平防滲仍很實(shí)用。對(duì)于小型土石壩來(lái)說(shuō)，當(dāng)壩基覆蓋層較厚時(shí)采用垂直防滲做法費(fèi)用太高，而在大壩上游設(shè)置粘土鋪蓋，既經(jīng)濟(jì)又有效。粘土鋪蓋可以延長(zhǎng)滲徑長(zhǎng)度、減少滲流坡度，從而降低滲漏量。一般鋪蓋前段厚度應(yīng)在1/10水頭以上（至少2m以上），末端厚度按1/10水頭取值（不超過(guò)5m）。

2.1.2 水泥攪拌樁防滲墻

水泥攪拌樁防滲墻技術(shù)，是利用深層攪拌設(shè)備將水泥漿或水泥粉噴入土體中，同時(shí)與原土進(jìn)行拌合，形成的水泥-土混合料硬化以后整體性好、滲透率低、具水穩(wěn)性，采用連續(xù)搭接成樁方法形成連續(xù)墻，可起到較好的防滲效果。其中噴水泥漿的稱(chēng)為CDM法，噴水泥粉的為DJM法。由于CDM法較為簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，大壩防滲幾乎都采用這種方法。水泥攪拌樁防滲墻適用于黏土、砂土、粉質(zhì)黏土以及礫石直徑不超過(guò)5cm的砂礫層等，其滲透系數(shù)一般小于1×10-6cm/s。

2.1.3 混凝土防滲墻

混凝土防滲墻技術(shù)是置換法中的一種，采用機(jī)械方法開(kāi)槽，然后再用泥漿護(hù)壁，以塑性混凝土置換泥漿，就形成連續(xù)的混凝土防滲墻。依開(kāi)槽方法，有射水法、液壓抓斗法及拉槽法等。在這幾種方法中，射水法工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但不適合含較多砂礫、塊石且粒徑較大的老河床；液壓抓斗法對(duì)土層適應(yīng)性廣，質(zhì)量好，但設(shè)備投入較大；拉槽法適用于淤泥質(zhì)土、砂性土、松散粘性土，工效高，成墻質(zhì)量好。總的來(lái)說(shuō)，混凝土防滲墻技術(shù)防滲效果可靠，技術(shù)成熟，滲透系數(shù)可達(dá)i×10-7cm/s以下，但相對(duì)其他垂直防滲技術(shù)工期更長(zhǎng)，造價(jià)更高。

2.1.4 高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿采用鉆機(jī)造孔，然后將灌漿管插入預(yù)定深度，從其噴頭中噴出高壓漿液或水，對(duì)土層沖擊破壞，剝離的土粒與漿液混合拌合，凝結(jié)后形成防滲墻。依噴漿方法，分為旋噴、擺噴和定噴3種方法。定噴法適用于粉土、砂土，而擺噴、旋噴可用于粉土、砂土、礫石等地層。一般應(yīng)在水庫(kù)低水位下進(jìn)行，高水位灌漿質(zhì)量不易保證。滲透系數(shù)一般可以達(dá)到1×10-6cm/s以下。

2.1.5 劈裂灌漿

劈裂灌漿技術(shù)是根據(jù)壩軸線最小主應(yīng)力作用面垂直分布規(guī)律，沿壩軸線方向設(shè)置灌漿孔，依靠灌漿壓力劈開(kāi)壩體，并灌入黏土泥漿，形成沿壩軸線分布的垂直連續(xù)的防滲帷幕墻。該技術(shù)可以使泥漿填充貫通的孔穴、裂縫和擠壓密實(shí)壩體，對(duì)提高壩體防滲能力效果顯著，適用于填筑質(zhì)量差的土壩以及沙性土、黏性土壩基的防滲處理，同時(shí)也對(duì)解決壩體散滲、濕潤(rùn)、牛皮脹等問(wèn)題非常有效，而且造價(jià)低、施工效率高。

2.1.6 帷幕灌漿

帷幕灌漿主要用于巖石地基的防滲處理，一般采用小口徑地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，經(jīng)過(guò)高壓水脈動(dòng)沖洗后灌入漿液。灌漿材料有純水泥漿、水泥砂漿、水泥-水玻璃漿、水泥膨潤(rùn)土漿等。灌漿方法上中國(guó)形成了獨(dú)特有效的方式，灌漿水灰比分多級(jí)，稀漿開(kāi)灌，濃漿收灌。

2.2 排滲技術(shù)

排滲做法包括：壩體滲漏時(shí)設(shè)置導(dǎo)滲溝、貼坡排水；壩基滲漏設(shè)置排滲溝、排水蓋重、減壓井等。導(dǎo)滲溝是在壩坡面開(kāi)設(shè)淺溝，然后以礫石、砂、碎石等材料回填成反濾層。貼坡排水是在下游坡面清理掉護(hù)坡后，鋪設(shè)貼坡砂層。排滲溝是在大壩下游壩基設(shè)置排滲明溝或暗溝。排水蓋重是在大壩下游壩基滲水區(qū)域鋪設(shè)反濾層，在反濾層上鋪筑塊石層或土層，這稱(chēng)之為蓋重。減壓井也是人工滲流出口，設(shè)置在大壩下游坡腳處，可穩(wěn)定滲流，降低壩體浸潤(rùn)線。

結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)蓄水后，異常滲流滲流量大，而且具有破壞性，會(huì)引起管涌、流土、滑坡，甚至潰壩，因此對(duì)于異常滲流必須進(jìn)行控制和處理。本文探討了防滲原則與技術(shù)，供大家參詳。

[1]陳生水，鐘啟明，曹偉. 土石壩滲透破壞潰決機(jī)理及數(shù)值模擬[J]. 中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)，2012,42(6)：697-703.