姜雪玲

北京市京密引水管理处 北京 101400

土坝指的是用土、碎石、土和土的混合物作为坝料，投入大坝材料，利用抛填、碾压施工方法，建成一定形状的挡水建筑物。大坝材料主要是土石材，可以在工地附近取料，从而降低材料运输成本，土坝结构简单，施工方便，工期短，成本相对较低，因此是我国目前使用最广泛的大坝结构。我国初期建造的水库由松动的泥石材料填充，长期流水的冲击经常发生漏水。土坝的主要特点是坝基渗漏、坝体渗漏和坝周围渗漏。本文重点分析了土坝基础渗漏、坝体渗漏的原因及相应的控制措施。

1 土坝的类别

土坝主要利用在施工地点处开采的建筑材料或当地的土料、石料等，通过抛填、碾压的方法堆筑而成的坝。土坝按照筑坝材料区分，一是土坝，主要以土和沙砾为主；二是堆石坝，主要以石渣、鹅卵石、爆破石料等为主；第三是土石混合坝，筑坝材料为土石混合料。土坝的特点是对建造地点、地质地理等要求较低，能够适应较多的地质地理类型[1]。

2 土坝渗流的形式

填筑土坝的土料和坝基的沙砾呈现散粒体结构，颗粒与颗粒之间存在一定的孔隙，因此会有一定的透水性，这便是土坝发生渗流情况的原因。如果这种渗流情况的出现是在设计或者管理人员的监控之下，则为正常情况下的渗流。正常情况下的渗流主要有以下几种表现状态：大坝任何部位的坝体都会出现渗流状况，渗流流量较小，水质较好，清澈透明，基本不裹挟土壤颗粒，因此对于坝体和坝基不会造成渗透性的损坏。但是坝体渗流一旦出现较为浑浊的水质，渗流流量较大且非常集中，水流透明度极低，裹挟大量泥沙，严重影响坝体和坝基情况，并使其产生管涌，流土、接触性冲刷等严重破坏状况，这种渗流便称之为异常渗流。这种异常渗流的出现会造成土体渗透破坏状况，严重影响本地蓄水兴利政策的实施。

3 某土坝渗流问题分析

由于大多数土坝建筑都属于散粒结构，有很大的孔隙存在于土坝坝身的土粒之间。同时，土坝对于地基的地质并没有太高的要求，在较差的岩石地基或者是土基上都可以建筑。因此，在水库蓄水时，迫于水造成的压力，难以避免会出现一些渗漏的现象。除了土坝地基的断层破碎带以及熔岩地层室外，坝身或者是坝基土体也会出现渗漏现象，也就是所谓的绕坝渗漏、坝基渗漏以及坝身渗漏。当这些渗漏部位的渗漏量超过可控定量时就会对大坝造成渗流的安全问题，甚至出现不可估量的后果。

这种坝基渗漏主要是因为铺盖裂缝所造成的或者是因为心墙下截水墙与基础接触遭到冲刷破坏而形成的。产生铺盖裂缝的根本原因就是基础沉陷不均匀时铺盖被拉伸出现裂缝而产生的，或者还是因为施工过程中防渗材料中水分含量过大在干结时造成了严重的裂缝。心墙下截水墙与基础接触面遭到冲刷破坏的原因是两者之间接触面的反滤层失效，在遭受冲刷的过程中坝体产生了严重的破坏。另外，地质条件复杂，基岩的完整性、连续性较差，也是产生坝基渗漏的重要因素。新疆塔里木河流域希尼尔水库大坝的坝基防渗采取塑膜垂直铺设，坝体防渗塑膜绕过止滑墩后水平铺设约8m和坝基垂直塑膜焊接设计深度为坝体安全渗流深度，塑膜垂直铺设采用大开挖方式施工，开挖较深时塌方、地下水过高等原因，施工难度大，因此造成了新疆塔里木河流域希尼尔水库大坝坝基渗漏这个主要问题。

首先，大坝目前监测设施并不完善，甚至很多监测设施已经出现损坏的问题，并不具备良好的自动化检测能力。其次，在大坝防水以及引水等结构处出现明显的局部裂缝，同时金属结构出现严重的锈蚀以及漏水的现象。最后，大坝渗漏严重，下游坡局部坝段曾出现滑坡，坝脚附近多处曾出现管涌，正常蓄水位工况下坝后渗透压力大，下游坝坡出溢点高，下游坝坡及坝脚附近渗透稳定性不满足规范要求；坝顶防浪墙按临时结构设计和施工，墙底未与复合土工膜结合，不满足规范要求；上游混凝土面板护坡局部破损[2]。

4 水利施工中土坝出现渗漏的原因

4.1 坝体出现渗漏在水利工程中，会发生坝体渗漏情况

（1）水利工程中使用的土壤含有一些杂质，影响修理工程的透水性。（2）修理施工期间分层轧制处理不当，发生渗漏情况。（3）水利工程排水系统不合理，水利工程排水性不强，水坝漏水，影响了水利工程的安全运行。

4.2 坝基出现渗漏在水利工程中，会发生坝基渗漏情况

出现坝基渗漏主要是由以下两个原因造成的：（1）在修理工程期间，有关人员对基础清理不彻底，部分腐蚀物质影响修理工程结构的质量，导致坝基渗漏。（2）修理工程设计时对水槽切割没有合理分析，水槽不能很好地承受水的冲击，坝基发生了漏水。

4.3 绕坝渗流对于绕坝渗流情况的发生

主要是因为在水利工程施工中，相关施工人员没有对水文地质条件进行合理分析，没有对风化岩石和破碎岩石进行仔细勘察，从而导致发生绕坝渗流问题，对水利工程质量产生了影响。

4.4 接触渗漏在水利工程中

发生接触渗漏情况主要是因为水利工程基础没有清理好，没有做结合槽。另外，水利工程土坝两端与山体结合部分坡面过陡，没有做防渗刺墙，从而导致发生接触渗漏情况，从而对水利工程质量造成一定程度影响。

5 具体渗流成因分析

5.1 设计上的缺陷

由于技术水平有限，片面的追求施工速度导致施工质量不达标。另外在当时水利工程建设中，存在边设计、边施工，在设计思想片面追求速度的情况。在工程施工中，大量采用经济管径，没有对泄洪需求进行充分考虑，所运用的放水涵管尺寸比较小，从而导致水利工程出现大面积散浸情况，对于水利工程稳定运行产生了一定影响。

5.2 材料上的缺陷

一些水利工程施工中，由于建设时材料比较缺乏，所以在水利工程在施工中，所使用的材料有不达标的情况，比如采用含水量和腐蚀物比较多的水稻土进行坝体的填筑工作，在后期使用中出现渗漏问题，对水利工程正常运行造成影响。

5.3 运行管理上的缺陷

在水利工程运行中，由于运行管理有问题，导致出现渗漏问题。在水利工程建设成以后，没有对水利工程安装相关的观测设备，导致大坝运行观测资料不能很好的获取。在水利工程运行中，没有完善的规章制度，没有相关应急预案，导致了启闭设施严重失修，导致在汛期不能正常打开，从而导致出现渗漏问题。

6 对该土坝渗流的控制措施

依照上堵下排的防渗处理基本原则，新疆塔里木河流域希尼尔水库土坝上游采取水平防渗与垂直防渗两种方式相结合的防渗处理方法，有效地阻止或者减少渗流在坝基通过；在下游设置排水沟或者是减压井都能够有效排出已经进入坝基的水流，使其不会引发渗透危害。具体的防渗措施如下：

通过现场实验对比，防渗墙将采用较为先进并非常适合本水库地质条件的铣削搅拌水泥土防渗墙。这种措施通过铣削搅拌钻机在掘进、注浆、供气、铣、削和搅拌过程中，两个铣轮相对相向旋转铣削地层，铣削下沉时通过方形导杆施加向下的推进力掘进切削，在此过程中，通过供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压气体、清水，直至要求的设计深度。此后，两个铣轮作相反方向相向旋转，通过方形导杆向上慢慢提起铣轮，并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入气体和固化液，并与槽内的泥、砂相混合，从而形成由砂土、固化剂、水等形成的混合物防渗墙体。这种方式的优点是在进行防渗处理时不必放空水库，施工周期短、速度快、节省材料并且有很好的防渗效果。通过使用造孔设备，在土坝下游坝基坡，沿纵向方向进行造孔，每个孔之间都有一定的距离。这些钻孔必须要穿过透水层，进入强透水层中，并且要达到一定的深度才能够起到减压的作用，进而防止渗漏。

根据对水库的实地地质勘探，该水库坝基地层岩性上部岩性为第四系冲洪积中粗砂，层厚多在1.0-4.0m，最大可达6.0m；其下为新近系砂岩、泥岩，基岩强风化层厚5-8.0m，岩石透水率一般大于10吕荣值。强风化层以下透水率多小于5.0Lu，因此，坝基防渗采用垂直防渗处理形式。但是考虑到坝基强风化层的岩性为砂岩以及泥岩，所以坝基垂直防渗采用帷幕灌浆防渗的形式进行防渗作业。按照相关的施工规范，本次设计的帷幕灌浆控制在5Lu。

对于本次防渗措施，施工前设计了两种施工方式。方案一是将坝基的防渗轴线布置于上游坝坡坡脚的阻滑墙的部位，也就是将前坡脚的回填料进行清除，在进行过防渗处理时进行回填，对坝基采用槽孔栓防渗墙以及帷幕灌浆相结合的方式进行防渗控制。方案二是将防渗轴向不再在上游坝坡坡脚延伸位置的基岩面以下，也就是将前坡脚基岩面以上的覆盖层全部清除，清除到基岩面1m以下为止，当基础防渗处理之后进行回填，坝基防渗处理采用帷幕灌浆处理的方式。

站在工程地质条件的角度对这两种防渗方案进行比较，两种方案坝基处理工程地质条件相同，砼防渗墙及灌浆砼盖板均要求浇筑至基岩面以下1.0m处是这两种方案的共同需求，同时还要保持在5Lu及沿线垂直铺塑以及帷幕灌浆。站在工程投资角度进行比较，使用方案一进行防渗处理需要进行施工导流渠、帷幕灌浆、槽孔砼防渗墙、挡水围堰等，整个工程中的静态投资达到173272.60万元，使用方案二进行防渗处理需要进行帷幕灌浆、挡水围堰以及施工疏导渠，单单从施工内容方面就明显简化，工程总投资需要花费15489.04万元，从这方面比较来说选择方案二进行防渗处理更优。最后，站在施工条件的角度进行比较，根据槽孔砼施工工艺及技术要求，施工台面必须保持干燥的状态，方案一以及方案二都需要对前坡脚的回填覆盖层进行清除，需要人工结合机械进行开挖，由于该水库的地下水位很高，施工期间建基面受地下水以及库水反渗的影响较大。而使用方案二坝基防渗措施仅仅使用帷幕灌浆防渗处理法，不受地下水影响。

7 土坝加固前后的稳定分析

为了提高该土坝的防洪能力，处理坝体渗流情况，避免对周边村落或周边人民群众的生产生活造成威胁，应当重视大坝的渗漏问题，对大坝原本的坝顶、坝坡、排水棱体等内容进行加固，对坝身部位也应当堵漏与修正，截渗大坝已经出现的渗流通道，将坝坡中出现渗流情况的部位进行修整，才能更好的提高大坝的建筑质量，保证其正常运行[3]。

根据笔者收集的资料，在某土坝加固之后，大坝位移与加固之前的位移相比有所增大但变化处于合理数据范围之内；应力变化情况不大，但加固之后的坝体应力水平明显高于加固之前，最大压应力甚至比加固之前增大一个量级（如表1所示）。这是由于心墙的自重以及两侧坝体的自重向下对于墙体造成了一定的摩擦力。

表1 土石坝加固前后位移、应力对比表

由此可知，在加固土坝的过程中，防渗墙能够有效增强坝体的防渗效果，能降低浸润线高程，但是加大了坝体的应力，使得防渗墙受到应力的作用出现不协调的状态，尤其是防渗墙的底部，受到应力的作用与影响更为明显。由混凝土材质组成的心墙受到的影响较低，应力的变化依旧在混凝土的抗压强度区间之内。

8 结语

在土坝建设完成之后，坝身以及坝基都存在一定的渗漏现象，若渗漏量超过可控范围就会产生流土、管涌等渗流破坏，大坝以及下游人民的生命财产安全将直接受到影响。因此，要及时地查明超可控范围渗漏现象的原因并对其进行及时地加固。此外，造成土坝渗流的因素多种多样，要区别地对这些影响因素。在诸多的治理方法中，垂直防渗流法的效果会明显好于平面防渗流法，但是有很高的需求条件，一般情况下都是采用堵排结合的方式进行防渗流治理，面对出现的渗 流现象应当采取治理方法中的一种或者多种组合的方式进行治理，采用不同的方式进行渗流治理。