浅谈土石坝产生坝体渗漏及控制措施

1、浅谈土石坝产生坝体渗漏及控制措施 浅谈土石坝产生坝体渗漏及控制措施 【摘 要】文章介绍土石坝渗流分析方法的演变过程，分析土石坝渗流破坏的主要形式，提出控制土石坝渗流措施。 【关键词】土石坝；渗流；帷幕灌浆；控制 引言 土石坝是一种常用的挡水建筑物，既然挡水那么必然伴随着渗流。根据国内外的大量资料显示，由于渗流破坏而造成土石坝失事的比例占到 35%左右。因此，在土石坝设计中进行渗流分析是有效降低土石坝渗漏破坏、布设防渗措施的重要前提。 1.土石坝渗流分析方法的演变过程 从20 世纪初期， 一些国家的工程技术人员和学者开始进行土石坝的设计和监控，对土石坝的渗流研究应运而生。最早研究土石坝渗流的方法

2、主要是一些近似方法，如水力学法、模拟实验法和解析法等，其中水力学法应用较为广泛，是一种相比照拟成熟的研究方法。20 世纪 20 年代前苏联学者提出，以浸润线两端为分界线，将均质土坝分为上游楔形体、中间段和下游楔形体，分段列出计算公式再按水流连续原理求解，被称为“三段法，在当时是一种较为先进的计算方法，使土石坝渗流计算的精确度大大提高。 从20 世纪 40 年代开始，电子计算机技术的飞速开展带动渗流分析方法产生了新的飞跃。利用计算机的快速计算能力，一些学者将数值方法应用到渗流稳定分析之中，主要包括有限差分法、有限单元法和边界元法，其中开展到目前最为成熟的方法是有限单元法。1943 年美国学者 R

3、.Courant 在求解扭转问题时为了表征翘曲函数而将截面分成假设干三角形区域， 在各三角形区域设定一个线性的翘曲函数，提出了有限单元法的根本思想。20 世纪 60 年代，美国学者 Clough 和 Woodward 率先利用有限单元法来进行土坝渗流分析，有限单元法正式在工程领域得到应用。20 世纪 70 年代，加拿大学者Chapuis R. P 的研究，使有限单元法的应用进一步深入，从稳定渗流领域开展到了非稳定渗流领域。有限单元法开展至今，是一种应用最为广泛的土石坝渗流分析方法。 21 世纪以来，计算机软件与传统计算方法的结合，使土石坝渗流分析进一步开展。国内在这方面的研究也开展迅速，其中以

4、理正渗流软件为典型代表。该软件适用于堤坝的渗流及渗透稳定计算，可以与经典渗流理论和有限元方法结合直接对稳定流及非稳定流进行求解，可以处理各种非均质土层分布及复杂坝体情况。 2 土石坝渗流破坏的主要形式 2.1 坝体渗漏 土石坝产生坝体渗漏的表现形式有两种： 在下游坝面出现渗水或散渗。 在下游坝面出现集中渗漏。 渗水或散渗的产生是由于坝体渗透水量超过了允许范围或渗流溢出点太高，这种情况会导致下游坝面产生沼泽化，坝体浸润面抬高，坝坡土体的抗剪强度减小，坝体产生滑坡或滑塌的可能性大大增加。集中渗漏的产生是由于在坝体内有裂缝等薄弱层的存在，导致水库蓄水后在坝体内形成渗漏通道。 施工时坝体分层碾压不充分

5、，将比拟容易导致坝体裂缝的产生。 2.2 坝基渗漏 土石坝勘测时假设遇坝基地质条件不佳，设计和施工时应采取必要的工程处理措施，如清基、换填、灌浆等。假设设计、施工处理不当，清基不彻底或未采取必要的防渗措施，水库蓄水后，土石坝坝后地面及坝基容易产生膨胀、断裂和泡泉等渗漏现象，严重影响坝体的稳定性。 2.3 绕坝渗漏 绕坝渗漏和坝基渗漏一样，也与地质条件有关。坝肩山体地质条件不佳，存在裂隙、断层或溶洞、坝岸接头处理措施不当等，均可能导致绕坝渗漏。绕坝渗漏即会影响坝肩山体的平安，同时也会对坝基和坝体产生连带影响。 3.土石坝渗流控制措施 土石坝的渗流控制措施实质上是延长渗径，使其渗透坡降不超过允许坡

6、降，来保持土石坝的渗透稳定， 同时结合采用适宜的排水措施，排出渗透水流，进一步降低下游坝基的剩余水头。土石坝渗流控制的总原那么是“上截下排。“上截就是在坝轴线以上部位堵截渗流途径，减少水渗入坝体或坝基，提高防渗能力。“下排就是在下游做好反滤导渗等排水措施。使渗水在下游通畅排出，但不带走坝体或坝基上的土粒，不改变坝体或坝基的变形和强度。常用的土石坝防渗措施分为水平防渗和垂直防渗两类。 3.1 水平防渗 水平防渗主要适用于对小型土石坝的坝基进行防渗，主要做法是在坝体上游加防渗铺盖，目的是延长渗径，减小渗流坡度，降低渗漏损失。当小型土石坝坝址处根底覆盖层较高时，假设采用垂直防渗，工程造价非常高，此时

7、宜采用水平防渗铺盖。水平防渗铺盖的优点在于造价低廉，施工工艺简单，缺点在于防渗效果不如垂直防渗，且施工前需将水库放空，具有季节性施工的局限性。在实际工程设计中，一般将水平防渗与其他防渗措施结合使用，以到达更佳的效果。 3.2 垂直防渗 3.2.1 帷幕灌浆 帷幕灌浆一般适用于岩石根底的坝基防渗处理。帷幕灌浆设计的核心工作是确定钻孔的数量、孔距和深度，需要结合水文地质条件和现场灌浆试验来综合分析。帷幕灌浆设计其根本设计思想就是确定出帷幕的最大有效扩散半径和灌浆孔距间所保持的最优关系，计算出最平安、经济、有效的扩散半径和孔距，以此获得最大的技术经济效益。 防渗帷幕可采用水泥灌浆或化学灌浆。水泥灌浆

8、是一种常见的灌浆形式，化学灌浆是将一定的化学材料配制成溶液灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固技术。化学灌浆具有较好的可灌性和抗渗性，但由于其高昂的造价和容易污染地下水质的局限性，致使其应用范围不如水泥灌浆广泛。 3.2.2 土工合成材料 土工合成材料一般适用于土石坝坝体的防渗处理，主要分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工膜在工程中应用范围较广，铺设方式可分为沿土石坝上游坝坡铺设和在坝体内垂直铺设。沿土石坝上游坝坡铺设时，坝坡一般比拟平缓，需要较多的土工膜用量，但铺设工艺简单，更新

9、和维修便利。沿土石坝坝体垂直铺设时，可不受上游坝坡坡度的影响，节省土工膜用量，但土工膜的更新和检修难度增大。 土工膜防渗技术自投入土石坝防渗工程以来开展迅速，应用范围越来越广。 与其他防渗技术相比，其突出优点有： 铺设工艺简单，施工速度较快，能大量缩短工期。 土工膜材料有较高的抗拉强度和塑形变形能力，能适应土石坝坝体不同程度的变形条件。 材料具有较好的抗老化能力。 土工膜生产厂家较多，价格低廉，质量轻且运输方便。 3.2.3 土质防渗体 土质防渗体是土石坝设计中应用最为广泛的一种防渗结构。防渗体一般为粘性土填筑，粘性土比土石坝壳料具有更小的渗透系数，易于形成截水墙，降低坝体的渗漏水量和渗透压力，控制坝体内浸润线的位置，控制渗流稳定。土质防渗体一般分为粘土心墙和粘土斜墙两种，在进行设计时，核心工作是确定能满足防渗要求的心墙和斜墙的厚度，防渗体的厚度需根据坝体的设计水头和心墙土料的容许水力坡降综合确定。 3.2.4 其他垂直防渗措施 随着施工工艺技术水平的提高，工程设计和施工中采用了很多新的防渗处理方式，如高压喷射灌浆和劈裂灌浆等，均在特定工程中取得了良好的防渗效果。 4.结语 土石坝渗漏原因各不相同，在进行防渗加固之前，需要对地质情况、坝体结构和岸坡构造等进行详细的调查研究，分析土石坝的渗漏途径，选