任务四 土石坝的渗漏处理

※基本知识※

一、渗漏类型和表现特征

1.渗漏类型

（1）按渗漏部位分，可分为坝体渗漏、坝基渗漏、接触渗漏和绕坝渗漏。

（2）按渗漏现象分，可分为散浸和集中渗漏。

（3）按对坝体的危害分，可分为正常渗漏和异常渗漏。

2.表现特征

（1）坝体渗漏。渗水沿着坝身土料中的孔隙向下游渗漏。

（2）坝基渗漏。渗水沿着坝基土体中的孔隙向下游渗漏。

（3）接触渗漏。渗水沿着坝与地基、两岸连接处及混凝土建筑物连接处等的孔隙向下游渗漏。

（4）绕坝渗漏。渗水沿着坝端两岸地基中的孔隙向下游渗漏。

（5）散浸。通常出现在下游坝坡面上，开始渗漏部位的坝面呈湿润状态，随着土体饱和软化，在坝面上会出现细小水滴和水流。

（6）集中渗漏。渗水通常是沿着渗漏通道、薄弱带或裂隙呈集中水股的形式流出。可出现在坝坡、坝基和岸坡上，对大坝的危害较大。

（7）正常渗漏。从原有导渗排水设备排出，渗流量较小，水流稳定，水质清澈见底，不含土壤颗粒。

（8）异常渗漏。往往渗水量较大，水质浑浊，透明度低，渗水中含有大量的土壤颗粒。其渗透坡降较大，易使坝体发生管涌、流土破坏，进而造成滑坡、垮坝事故。

二、产生渗漏的原因

1.坝体渗漏

（1）坝体结构型式和尺寸不合理，如防渗体厚度小，渗径长度不足，排水体型式不妥、尺寸过小，防渗体与下游坝体之间缺少良好过渡等，使水力坡降过大而被水流击穿。

（2）坝体施工质量不符合要求，如土料含砂砾太多，透水性太大，坝壳或防渗体土料碾压不实，分层填筑时结合面处理不当，冬雨季施工土料未处理好等。

（3）不均匀沉陷引起裂缝（如地质不均）且未处理好，坝内涵管周围填土碾压不实，坝体与两岸接头处处理不好等都可能造成不均匀沉陷引起坝体裂缝或涵管断裂而渗水。

（4）管理不善造成排水体失效，或有白蚁等害虫害兽在坝内打洞营巢形成渗漏通道。

（5）地震振动使坝体产生裂缝而渗漏。

2.坝基渗漏

（1）坝基地质情况勘探不明，如对有压含水层未采取排水减压措施，砂砾石地基未设防渗设备或设而不足，地基表层强风化层及破碎带未处理等。

（2）坝基防渗排水设备型式不合理、尺寸不够，如黏土铺盖厚度不够，防渗体与砂砾料间未设反滤层，防渗体未插入相对不透水层中等。

（3）坝基防渗排水设备施工质量不符合要求，失去应有的效应。

（4）管理不善，使黏土铺盖暴露出来受到日晒而开裂，或排水、减压、导渗设施被淤塞等。

3.接触渗漏

（1）坝体与坝基接触部位，或防渗体与坝基或地基相对不透水层的接触部位未彻底清基、未做接合槽或接合槽尺寸过小，没有足够的渗径长度。

（2）土坝与两岸连接处岸坡过陡，清基不彻底。

（3）土坝与混凝土建筑物连接处未设防渗刺墙或防渗刺墙长度不足。

（4）坝下涵管未设截水环或截水环高度不足等。

4.绕坝渗漏

（1）两岸山头岩体单薄，基岩节理发育，岩石破碎，有裂隙、断层通过。

（2）施工时两岸取土、动物打洞、植物根系腐烂成洞或风浪淘刷等原因破坏了岸坡的天然铺盖，形成渗流。

三、渗漏处理

（一）渗漏检查及分析

1.检查内容

检查内容主要包括坝体浸润线、渗流量和水质等。通过对上述内容的检查来分析判断是否存在异常渗漏，以便采取措施加以防护。

2.异常渗漏的识别方法

（1）查看下游坝面是否有散浸现象。根据散浸特征来识别，有散浸，说明浸润线抬高，逸出点高于排水设施的顶点，可能导致渗透破坏或滑坡。

（2）查看坝身、坝基或两岸山体中是否有集中渗流。根据集中渗流特征来识别，发现后要观测渗水量的变化情况和水的浑浊程度，要注意观察库水位上升期和高水位期。

（3）查看坝后渗水水质情况，是否带出红、黄的松软黏状铁质沉淀物，是否由清变浊，或下游坝脚后是否有地基表面翻水冒砂。若有，是产生管涌等渗透破坏的明显特征。

（4）查看渗流量和测压管水位是否有异常变化。若在相同库水位时浸润线和渗流量没有变化，或者渗流量有逐年减小的趋势，则属正常渗水。若渗流量随时间增大，或者是库水位达到某一高度后浸润线抬高和渗流量突然增大，或突然减少和中断，超出正常变化规律，则是异常渗水的信号，应注意检查坝体上游面在该水位附近坝体有无裂缝和孔洞、有无裂隙和断层及其他情况，并监测渗漏量的变化。

※技术应用※

（二）渗漏的处理

土坝渗漏处理的基本方法是“上堵下排”，即在坝的上游设置防渗设施，用以堵截渗水或延长渗径，以减小渗透流量并降低渗透坡降；在坝的下游设置排水和导渗设施，将渗水安全排出。

1.坝体渗漏处理

（1）斜墙法。即在上游坝坡补做或翻修加固原斜墙，防止坝体渗漏，适用于大坝施工质量差，造成了严重渗漏、管涌、管涌塌坑、斜墙被击穿、浸润线及其逸出点抬高、坝身普遍漏水等情况。具体按所用材料不同又可分为黏土斜墙、沥青混凝土斜墙及土工膜防渗斜墙。

1）黏土斜墙（图2-4）。修筑时应放空水库，揭去护坡，铲除表土，并挖松10～15cm，将含水量过大的土体清除，然后填筑与原斜墙相同的黏土，分层夯实，保证新旧土层能很好结合。若无法放空水库，可用船只装运黏土至漏水部位，从水面向下均匀抛入水中，形成一个防渗层填充堵塞渗漏部位。若因集中渗漏，上游坝坡已形成塌坑或漏水喇叭口，但坝体其他部位仍然完好时，可将塌坑或漏水喇叭口局部挖出，并回填黏土，做成黏土贴坡。并在漏水口处预埋灌浆管，进行压力灌浆，封堵漏水通道。若坝体渗漏不太严重，原土料的性能是符合要求的，只是施工质量稍差，则可将原坝坡填土翻压来修建斜墙。

图2-4 黏土斜墙法处理图

2）沥青混凝土斜墙。在缺少合适黏土料，且有一定数量合适的沥青材料时，可在上游坝坡修筑沥青混凝土斜墙。沥青混凝土抗渗水能力强，适应坝体变形和抗震性能好，工程量小，投资省，工期短，施工经验也较丰富，故近年来应用较多。

3）土工膜防渗斜墙。土工膜是一种人工合成材料，因其重量轻、运输量少、柔性及适应变形较好、耐腐蚀、铺设方便、易于操作、造价低等优点，再加上其品种越来越多，工艺也越来越先进，故应用也越来越广泛。在应用时，土工膜的厚度应根据承受水压力的大小而定，承受30m以上水头的，宜选用复合土工膜，膜厚度不小于0.5mm；承受30m以下水头的，可选用非加筋聚合物土工膜，铺膜总厚为0.3～0.6mm。铺完的土工膜上要回填不小于0.5m厚的砂或砂壤土保护层，并压实。注意土工膜与坝基、岸坡、涵洞等的连接处及土工膜本身的接缝处理，因为这是保证整体防渗效果的关键。

（2）灌浆法。均质土坝或心墙坝由于施工质量差，坝体渗漏严重，无法采用斜墙法或水中倒土法进行处理时，可从坝顶钻孔采用劈裂灌浆法或常规灌浆方法进行处理，在坝内形成一道灌浆帷幕，阻断渗漏通道。劈裂灌浆法与裂缝处理所采用的常规灌浆方法在机理上有所不同，可参考施工技术课程内容。

（3）防渗墙法。防渗墙法是在坝体上用专门的造孔机械造孔，造孔时用泥浆固壁，然后在泥浆下浇筑混凝土，形成一道直立的混凝土防渗墙。此法可在不降低库水位时施工，防渗效果比灌浆法更好。

（4）排水导渗法。上面几种方法都是“上堵”的措施，而排水导渗法是“下排”措施，其作用是增强坝体的排水能力，将渗水顺利排向下游。根据导渗体结构型式不同可分为以下几种：

1）导渗沟法（图2-5）。在坝坡面上开设浅沟，沟内用砂、砾、卵石或碎石按反滤层原则回填，做成排水导渗沟，以便将坝体渗水从排水导渗沟排出坝外。一般适用于散浸不严重，不致引起坝坡失稳或用于岸坡散浸的处理。排水导渗沟结构有两种型式，分别如图2-5（a）、（b）所示。

图2-5 导渗沟示意图（单位：m）

1—草皮；2—回填土；3—粗砂；4—碎石；5—块石；6—浸润线

2）导渗培厚法［图2-6（a）］。在坝坡上贴一层砂壳，再填土培厚坝体，要注意新老排水设备的连接，否则无效。适用于散浸特别严重，且坝坡较陡，坝身较单薄，采用一般导渗设施时无效的情况。

3）导渗砂槽法［图2-6（b）］。即在渗漏的坝坡上钻孔，形成连锁井柱状的导渗槽，槽宽0.2～0.3m，槽下端与滤水坝趾相连。并用导管向槽内送放级配良好的干净砂料，在距槽顶0.5～1.0m处用与坝体相同的土料回填封顶，再在上面做好护坡，以防雨水冲刷。适用于散浸严重、坝坡较缓、采用导渗沟无效的情况。

（5）封堵洞穴法。对于由蚁穴或动物钻洞所引的坝体渗漏，应先探明洞穴位置，用石灰和药物塞进洞穴，然后将洞穴用黏土封堵密实。或者从坝坡面开挖探井直达洞穴，用黏土分层夯实，将洞穴封堵。

图2-6 排水导渗示意图（单位：m）

1—原坝体；2—砂壳；3—排水设施；4—培厚坝体；5—浸润线；6—填土；7—砂；8—滤水体

2.坝基渗漏处理

坝基的防渗措施分垂直防渗和水平防渗两种。

（1）垂直防渗措施有黏土截水墙、混凝土防渗墙、砂浆板桩、灌浆帷幕、高压定向喷射灌浆及垂直铺塑防渗等。若土坝与坝基接触面产生接触渗漏，或者坝基不透水层埋深较浅（15m以内），渗漏严重，水库又能够放空进行施工，则可采用黏土截水墙法进行渗漏处理。当坝基透水层深度较大，采用黏土截水墙处理有困难时，可采用混凝土防渗墙进行处理。对于粉砂、淤泥等软基，若水头较低，施工时能放空水库，可采用砂浆板桩法等。对于坝基透水层较深，或地基中有大石块，修建防渗墙困难时，或基岩节理发育，岩石破碎，造成坝基严重渗漏时，或用来处理坝基接触渗漏时可采取灌浆法。高压定向喷射灌浆是采用高压射流冲击破坏被灌地层结构，使浆液与被灌地层的土颗粒掺混，形成设计要求的凝结体，适用于各种松散地层，是近年来发展起来的一项新技术。垂直铺塑技术是运用专门开沟造槽的机械，开出一定宽度和深度的沟槽，在沟槽内铺设土工膜，再用土回填沟槽，形成以土工膜为主体的垂直防渗墙。此技术是山东省水利科学研究院开发的，目前已成功完成的工程的槽宽仅为20cm，深度达12m。

（2）水平防渗措施主要是黏土铺盖。对于将地基表面天然覆盖层作为天然铺盖的斜墙坝和均质坝，当坝体防渗效果较好、天然铺盖遭到破坏时，或者是原有黏土铺盖防渗能力不足、坝基产生严重渗漏时，如果附近有适宜的黏土、水库又可放空的情况下，可以在原有铺盖或天然铺盖上用碾压法铺筑一层黏土铺盖防渗。当水库不可放空时，还可以用船上抛土的方法来修复铺盖。

排水导渗措施主要有排水沟、减压井、排水盖重等。当因坝基渗漏造成坝后长期积水，使坝基湿软，承载力降低，坝体浸润线抬高；或因坝基面有不太厚的弱透水层，坝后产生渗透破坏，而水库又不能降低水位或泄空，故无法在上游进行防渗处理时，则可采用在下游坝基设置排水沟的方法，排水沟有明沟和暗沟两种。在土坝上游黏土铺盖或天然铺盖遭到破坏，或长度不足且不能放空水库进行修补或增长时；坝基上部为较厚的弱透水层，下部为强透水层，无法采用其他防渗措施时；原有减压井失效，渗水压力增大时都可采用减压井措施。排水盖重法是在下游坝基覆盖层上渗水出露地段铺设反滤层，在反滤层上铺筑块石层或填筑土层，做成盖重，排走渗水，增加压重，加强其渗透稳定性。

各防渗排水措施的布置、结构型式和尺寸要求可参看有关《水工建筑物》教材。

3.绕坝渗漏处理

绕坝渗漏处理的基本原则仍是“上堵下排”。常用的措施有截水槽、防渗斜墙、黏土铺盖、堵塞回填、灌浆、排水导渗等。当岸坡表面覆盖层或风化层较厚，且透水性较大时，可在岸坡上开挖深槽，切断覆盖层或风化层，直达不透水层，并回填黏土或混凝土，形成防渗截水槽。当坝体是均质坝或斜墙坝，岸坡平缓，基岩节理发育，岩石破碎，渗漏严重，附近又有许多合适黏土时，可将上游岸坡清理后修筑黏土防渗斜墙来阻止绕坝渗漏。当上游坝肩岸坡岩石轻微风化，但节理发育或山坡单薄时，可以沿岸坡设置黏土铺盖来进行防渗。当岸坡存在裂缝和洞穴，引起绕坝渗漏时，则先将裂缝和洞穴清理干净，然后较小的裂缝用砂浆堵塞，较大的裂缝用黏土回填夯实，与水库相通的洞穴，先在上游面用黏土回填夯实，再在下游面按反滤原则堵塞，并用排水沟或排水管将渗水导向下游。当坝端基岩裂隙发育，渗漏严重时，可在坝端岸坡内进行灌浆处理，形成防渗帷幕。但应与坝体和坝基的防渗设施形成一个整体。另外，可在土质岸坡下游坡面出现散浸的地段铺设反滤排水，在渗水严重的岩质岸坡的下游岸坡及坡脚处打排水孔集中排水。

4.岩溶地区的渗漏处理

在岩溶发育地区筑坝，易造成严重渗漏。渗漏会带走溶洞或裂隙中的充填物，使渗漏进一步发展，库水大量流失，危及坝体和坝基安全。岩溶的处理措施包括地表处理和地下处理两种，地表处理主要有黏土或混凝土铺盖、喷水泥砂浆或混凝土等措施，地下处理主要有开挖回填、堵塞溶洞及灌浆等措施。