水利工程技術中土質堤防滲漏的原因及應對措施研究

鄒旭林

摘要：滲漏是水利工程土質堤防建設中常見病害風險，其不僅會降低水利工程整體功能性及質量特性，而且會威脅工程下游居民生命及財產安全。為最大程度上依托水利工程技術解決土質堤防滲漏問題，文章以土質堤防滲漏常見形式為切入點，簡要分析土質堤防滲漏產生的主要原因，具體包括設計原因、施工原因、地質原因、運維管理原因。重點結合實際工作經驗從上堵下排、臨水截滲、倒掛防滲、復合土工膜防滲、搶險治理五個方面探究水利工程技術中土質堤防滲漏應對措施。

關鍵詞：水利工程技術;土質堤防;滲漏;原因;應對措施

水利工程建設中，土質堤防滲透是指水體向堤防保護區、庫盆等維護區之外滲流而產生的數量漏失現象。土質堤防滲漏雖然常體現為緩慢及漸進，不會立即造成堤防潰決的嚴重災害，但如果不對其進行及時、有效地處理，當滲水量達到一定程度時便會降低軟弱面結構強度、加大壩基壓力、部分斷裂帶及巖土區域填充材料在水體侵蝕下發生變形，向外流出的水量會隨著河道及河床流向下游，輕則浸沒農田，重則造成人員傷亡事故，不僅會降低水利工程經濟效益與社會效益，損害工程社會形象，而且會威脅周邊生態及居民生命安全。為此，需從土質堤防滲漏表現入手分析其本質成因，采取切實可行的水利工程技術防范并治理土質堤防滲漏病災。

一、水利工程技術中土質堤防滲漏表現形式

通過梳理相關文獻，結合實際工程經驗總結出水利工程技術中土質堤防滲漏常見表現形式，具體如下：

（一）壩基滲漏

壩基滲漏是指水體沿壩基及壩肩向外滲流的現象。水利工程技術中土質堤防建設對于地基強度要求偏低，部分土質堤防地基處于透水巖土帶、基礎覆蓋層較深，受到施工技術、施工條件、施工成本等多種因素的共同影響，部分土質堤防工程在地基防滲處理上技術水平不足，如未能將土質堤防基礎開挖至基巖，存在欠挖問題，導致土質堤防基礎處于透水性較強的圖層中，再加上周邊擋水墻防滲性能較差，在強降雨天氣下便會出現壩基大面積滲漏現象;再如對軟弱土基礎未進行加固處理，長時間運行后隱患逐漸暴露，在水體侵蝕下誘發土質堤防壩體及壩肩嚴重滲漏問題。

（二）壩體滲漏

壩體滲漏是指水體經由壩體外滲的現象。土質堤防工程材料為具有一定透水性且粘結性較低的土料，在土料選擇階段如果未能充分考慮壩體防滲、水位變化、水體侵蝕、氣候環境、地質條件等因素，所選擇的土料不能滿足土質堤防長時間持續穩定運行需求，便會導致土料物理學性能、質量特性等難以滿足土質堤防防滲需求，一旦水位持續升高并保持一定高度，便會出現壩體滲漏問題。此外，壩體材料的填筑施工質量也會影響其整體的穩定性與反身性能，如果各填筑層連接不緊密、壓實度不達標，便會導致高水位下水體滲入壩體，抬高壩體的浸潤線，如果未能對壩體滲漏進行及時處理，便會引發較為嚴重的堤防潰決、坍塌、滑坡等災害。

（三）涵閘滲漏

涵閘滲漏問題表現形式較為多樣，如水體經由涵閘破損部位外流;閘身不均勻沉降導致閘體變形，水體由變形接觸部位外流;涵閘止水措施實效致使水體外滲等。通過梳理相關文獻發現，土質堤防基礎不均勻沉陷是誘發涵閘滲漏的關鍵性因素之一，基礎沉陷會使涵閘構件、部件發生變形或位移，當變形量與位移量達到一定程度后便會導致閘身與閘體出現破損斷裂，汛水期水流量、水流速度明顯變大，在水壓及水量的沖擊下便會導致涵閘漏水。此外，閘板的質量也會影響涵閘強度、剛度，高壓水流會沖破閘板，位于出水段的土質堤防背水坡會出現較為嚴重的滲漏問題，如若處理措施不到位便會進一步引發嚴重的安全事故。

（四）接觸滲漏

接觸滲漏通常發生于山體結合部分的土質堤防。部分水利工程土質堤防壩頭與山體相結合，結合部分為強度、剛度及穩定性較低的風化帶，如果在土質堤防建設施工階段對山體結合部分未能采取有效的防滲處理措施，或者巖層有下滑傾向但未能有效處理，則會導致汛水期間水體沿土質堤防與山體結合部分外流，發生集中滲漏現象。

（五）溢洪道滲漏

溢洪道滲漏實則屬于接觸滲漏的范疇，因其在土質堤防建設中較為常見，需對其進行詳盡說明。土質堤防溢洪道滲漏主要包括三種表現形式：其一為土質堤防改造工程中，未能對臨時溢洪道進行科學處理，僅增加壩高，很容易導致結合層面出現滲漏現象;其二為溢洪道基礎防滲處理不到位，所處地質巖土體結構性能不足且透水性較大，當汛期或遭遇強降雨天氣時水體便會沿著溢洪道基礎外滲;其三為未能對溢洪道與壩體結合部進行有效的防滲處理，高水位下水體會沿著溢洪道向壩體方向滲漏。

二、水利工程技術中土質堤防滲漏成因分析

水利工程技術中土質堤防滲漏病災成因復雜，基于工程全生命周期可剖析其本質成因，具體如下：

（一）設計原因

工程設計是保證工程質量、控制工程病害發生的關鍵階段。部分土質堤壩設計階段未對周邊地質條件、水文環境、氣候特點等進行全面勘察，采用邊勘察邊設計的方式，對影響土質堤防防滲性能、質量特性的因素識別不全面，導致土質堤防設計方案可行性不足[1]。同時，受到設計理念、工程進度等多種條件的制約，為節約工程成本、追趕工程進度，部分土質堤防設計方案盲目采取壩下涵管等技術工藝，但涵管管徑、管材等設計參數選取不科學，壩體過于淡薄，加大后續運行中土質堤防滲漏隱患。諸多設計缺陷是導致土質堤防滲漏的原因之一。

（二）施工原因

水利工程技術中土質堤防滲漏施工原因主要體現在三個方面：其一為對現場施工質量把控力度不足，缺乏完善的質量監管體系及質量控制措施，現場施工人員質量意識不足，導致土質堤防質量無法滿足長期運行需求;其二，施工材料選擇配比及填筑施工技術水平偏低[2]。在材料選擇上粗粒徑石料含量較多，集料內存在大量雜質，加大了后續壓實作業難度。在施工技術上未能做好分段施工接頭處的銜接處理，加之每一層攤鋪厚度過大，碾壓機械設備組織不科學，導致壩體壓實度不足、土料透水性較強，很容易引發較為嚴重的大面積滲漏問題;其三為在壩體加高施工中未能對結合層進行有效的防水處理，導致結合層搭接不善，加大土質堤壩滲漏風險。

（三）地質原因

地質環境是制約水利工程技術的關鍵因素，也是誘發土質堤防滲漏的主要原因。其一，不同地形地貌、地質條件對于土質堤防橫斷面形式、基礎強度等有著不同的要求，在工程建設階段未考慮土基及巖基結構、物理學性能等因素便會導致土質堤防建設在覆蓋土層較厚的區域，再加上缺乏基礎加固處理措施，可能會誘發基礎不均勻沉降，造成土質堤防壩體、壩身出現斷裂性損害，進而出現滲漏現象;其二，水體對土質堤壩的擾動會影響其防滲性能，部分土質堤防止水措施不足，未能采取修筑防滲鋪蓋或帷幕灌漿施工工藝，高水位下土質堤防壩體、壩肩、壩基會在水體擾動下出現滲漏問題。

（四）運維管理原因

土質堤防工程設計、施工階段問題及地質問題可能在短時間內不會暴露的，但在長期運行下，水體對土質堤防的擾動程度會進一步提升，施工材料及工藝問題也會逐漸暴露，如果未能及時發現土質堤防滲漏現象并采取相應的解決措施，將會誘發較為嚴重的坍塌等災害[3]。由此可見，土質堤防工程后續的運行維護管理尤為重要，但部分土質堤防工程存在重建設，輕管理的問題，沒有建立完善的運維監管機構及質量檢查階段性計劃，不能及時發現涵管破損、壩體沉降等現象，尤其是忽視啟閉設施、涵閘及拉桿的維修，這些工程構件嚴重銹蝕，再加上涵管腐蝕程度加劇、土料質量特性降低，很容易在汛期出現大量、大面積漏水情況。

三、水利工程技術中土質堤防滲漏應對措施

基于水利工程技術中土質堤防滲漏表現形式及成因，考慮土質堤防滲漏影響及危害性較大，建議采取預防為主，治理為輔的應對策略，在土質堤防工程施工階段加強對水利工程技術的應用，在滲漏發生時采取上堵下排措施，在搶險結束后加強對土質堤防的治理與運維管理，具體如下。

（一）倒掛防滲技術

倒掛防滲技術是指在土質堤防基礎開挖階段采用垂直開挖工藝，在壩軸線不同段開挖倒掛井以對壩基進行加固處理，是一種有效的土質堤防防滲技術措施。倒掛防滲技術的應用要點為：①根據施工圖及施工組織方案開展施工作業，倒掛井每開挖1m進行一次井壁混凝土澆筑，如果井內發生涌砂問題，則每開挖0.5m進行一次澆筑，以在最大程度上避免塌方事故發生;②依據土質堤防防滲需求確定倒掛井數量、距離及深度，每兩個倒掛井之間設置一定的支護措施，以此保證井壁的穩定性;③保證井孔周邊第一層護壁高于地面0.2至0.3m，開挖后第一時間將土方運輸至指定地點，嚴禁在井孔周邊堆放機械設備及施工用具;④倒掛井每開挖0.5m或1m加設模板、工字鋼、頂撐木等支護措施，支護結構體系驗收合格后采取強度等級達標的混凝土進行澆筑。

（二）復合土工膜防滲技術

數據顯示，在土質堤防堤身防水面全面鋪設復合土工膜能夠改善堤身上下游水位情況，降低浸潤線、減少滲流量，并且可以降低壩體的工作強度，計算出的出逸比降低于0.02，能夠在土質堤防防滲的同時提升壩坡安全性與穩定性。但在實際的土質堤防運行過程中，白蟻侵蝕、不均勻沉降等會破壞復合土工膜的完整性，因此在實際施工中需選擇幅寬等符合施工需求的復合土工膜。同時，控制復合土工膜拼接質量，將第一幅土工膜邊緣翻起一定厚度，反向鋪設第二幅土工膜，清理土工膜表面的砂石與雜質[4]。在兩幅土工膜拼接位置下方加設平整的長條板，保證焊接機在平整基面上運行。在正式的焊接施工作業中，需控制好焊接機行進速度及溫度，保證焊縫強度高于母材，以此提升復合土工膜施工質量。

（三）上堵下排

當土質堤防出現滲漏問題時，首先需深入剖析滲漏現象成因，找準滲漏處理的關鍵點，保證所采取的滲漏應對措施具有針對性與精準性。其次，遵循上堵下排的土質堤防滲漏處理原則，迅速查明迎水面滲漏部位，采取相應的工程措施、技術措施截斷水源。與此同時針對背水坡滲水部分采反濾導滲及壓滲工藝，避免滑坡等更為嚴重的后果。最后，如果土質堤防滲水量較大，需要保持沉著冷靜，根據滲速度及滲水量預測其對下游的影響，及時引導群眾撤離。了解滲漏原因并制定相應的處理方案后，第一時間調取具有險情應對經歷的人員進行搶修，避免險情進一步擴。

（四）臨水截滲

臨水截滲是土質堤防滲漏處理的有效手段之一。其一，在距離迎水面2至3米位置采用拋擲形式以石塊加固堤腳，采用土工膜及編織袋加土封堵滲流，消殺水勢;其二，如果水位較深，土質堤防滲漏部分周邊有粘結性較強的土石料，可以遵循由上至下的方式將土石料傾倒在滲漏部位，使土石料在滲漏一側沉積固結，可以起到一定的防漏效果。如果水位較低，可以采用加設圍堰的方式進行防滲處理;其三，針對涵管滲水問題，可以在襯有棉絮的雙層編織袋內填裝石塊，采用拋擲土袋法進行貼坡加固。

（五）搶險治理技術

當有效控制土質堤防滲漏后，需進一步采取加固及防滲處理措施。如針對壩基滲漏問題可以采取修筑防滲墻、帷幕灌漿、設置水平式鋪蓋等技術;針對壩體滲漏問題可以采用套井回填、劈裂灌漿等技術;針對涵管滲漏問題，可以采取噴漿加固、環氧樹脂補漏技術。除此之外，需高度重視土質堤防運維管理，制定完善的滲漏檢查機制，明確土質堤防滲漏責任，及時發現輕微滲漏問題并采取相應的處理措施，以此總結工程經驗，反思運維管理教訓，提升土質堤防整體穩定性、安全性及防滲性能。

結束語

水利工程技術中土質堤防滲漏形式主要包括壩基、壩體、涵閘、接觸及溢洪道滲漏。造成水利工程技術中土質堤防滲漏病災的因素較為復雜，主要體現在設計、施工、地質及運維管理四個層面。建議土質堤防滲漏應對以預防為主，治理為輔，在工程建設階段采取相應的工程及技術措施提升土質堤防防滲性能與質量特性。當滲漏問題發生后冷靜應對、及時響應、精準處理。在搶險結束后對滲漏問題進行總結，進一步采取帷幕灌漿等技術對土質堤防壩基、壩體進行防滲處理，以此保證土質堤防安全、穩定運行。

參考文獻

[1]李文立，郭杰，張鵬.水利工程土質堤壩防滲漏的重要性和技術措施[J].河南科技，2019（23）：70-72.

[2]李曉麗.水利工程中土質堤防滲漏分析[J].居舍，2019（01）：52.

[3]錢駿超.水利工程技術中土質堤防滲漏的原因及對策[J].民營科技，2018（06）：80-81.

[4]韓萍.關于水利工程技術中土質堤防滲漏的原因及對策[J].科技創新與應用，2018（10）：138-139.