浅谈水利大坝工程渗流防控措施

一、水平防渗措施水平防渗是指在上游填筑粘土铺盖，与坝体防渗体相连，形成整体防渗。防渗体是指用渗透系数很小的材料，如混凝土、沥青、土工膜和土料构筑的心墙、斜墙等。其主要方法有: 全部清除法、铺盖法、衬砌法、淤填法。该措施用于相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，临水侧存在滩地，并且河势比较顺直不至于引起冲刷或崩岸的闸坝工程。做防渗铺盖可以延长渗流的路径，减小渗流的渗透坡降。所用材料除粘土外还有复合土工膜、编制涂膜土工布等。对于砂砾或多层地基，采用延长水平渗径的途径控制渗流，效果不是太明显。某大坝工程，坝高 145m，坝基深厚覆盖层 230 余米，由于考虑到混凝土截水墙很难实现，灌浆方案的现实性与可靠性，最终采用了水平铺盖方案，运行 20 余年，基本处于安全状态，水平铺盖充分发挥了防渗作用。水平防渗的优点在于施工易行，缺点是投资大，蓄水运行后可能由于地基变形导致产生裂缝、不均匀沉降等，当然严格按照反滤要求施工，铺盖的裂缝塌坑是可以避免的。对于在深厚覆盖层上的土石坝防渗而言，采用延长水平渗径的方法，效果不是很明显，从防渗能力上看，垂直防渗一般优于水平防渗，当然也取决与防渗材料．
二、垂直防渗措施垂直防渗措施主要是指防渗墙和帷幕灌浆。
　　防渗墙是利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇筑适当的材料而形成一道具有防渗功能的地下连续墙体。其施工过程是: ( 1) 制备泥浆; ( 2) 沿开挖线挖导沟、筑导墙; ( 3) 铺设轨道组装挖槽设备; ( 4) 将泥浆注入导沟，用挖槽机按划定的单元槽段进行开挖; ( 5) 单元槽段开挖完成后于泥浆下放入浇注墙体材料( 如混凝土) 的导管( 在这之前吊放接头管或钢筋笼) ; ( 6) 泥浆下浇注墙体材料形成单元槽段，按计划依次完成各单元槽段，便形成一道连续的地下墙。防渗墙按墙体材料分为: 钢筋混凝土墙、塑性混凝土墙、固化灰浆墙、自凝灰浆墙、预制墙、泥浆槽墙( 回填砾石、粘土和水泥三合土) 、后张预应力地下连续墙和钢制地下连续墙等。混凝土防渗墙己经成为垂直截渗处理砂砾石地层和软土地基的主要防渗手段，不仅可以作为永久性地基防渗，还可用作对漏水的土石坝体，施工围堰的防渗，还可以用来作地下建筑物的挡墙、防冲墙等。
　　混凝土防渗墙具有如下优点:
　　( 1) 墙的厚度可以得到有效的控制，多在0．15 一1．44m 以内;( 2) 混凝土防渗墙是在造成完整的槽孔并有可靠的接头条件下浇筑混凝土的，墙体连接较可靠;( 3) 墙段之间可以紧密地联接，达到几乎完全止水的效果，防渗安全、可靠，渗透稳定性好、渗流量小;( 4) 有相对成熟的防渗墙工序检验和最终检验方法，如孔型检测议钻孔取芯、混凝土强度试验、压水试验和弹性波 CT 测试;( 5) 对覆盖层地层颗粒组成要求条件较宽，几乎所有的覆盖层地基均可采用混凝土防渗墙进行防渗处理。帷幕灌浆是指在闸坝的岩石或砂砾石地基中采用灌浆建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与混凝土闸底板或坝体连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少地基中地下水的渗透; 与位于其下游的排水系统共同作用，还可降低渗透水流对闸坝的扬压力。帷幕灌浆是坝基防渗中应用最多的一种方法。
　　混凝土防渗墙也有如下缺点:
　　( 1) 受施工机械限制，施工深度有限，且需要较大的施工场地条件;( 2) 防渗墙的造价随深度增加增长幅度很大，工效随防渗墙深度增加降低很大。
　　我国防渗墙的建设始于 50 年代末期，1958 年湖北名山水库建造了连锁管柱防渗墙。1992 年宝珠寺水电站左岸下游护坡防渗墙，厚 1． 4 米，创我国防渗墙厚度之最。小浪底土石坝的地基防渗和三峡二期围堰的堰体和地基防渗都使用了塑性混凝土垂直防渗墙，达到了理想的防渗效果。随着施工工艺的成熟，较多的新设备、新工艺的运用和国外先进技术的学习借鉴，我国的防渗墙施工技术日趋完善。
　　三、排渗措施对于均质土坝，设在坝内的排水体，可以截断坝体的透水夹层，使渗流不会从下游坝坡较高部位逸出; 对于斜墙式心墙坝，可保证防渗体中的渗流不会进入下游坝壳。排水有水平排水和竖向排水两种形式，水平排水包括坝体内的褥垫排水、管式排水和下游深入地基的排水沟和减压井等。排水体与反滤层的区别在于，只起释放渗透压力，排除渗出水流的作用，没有防止防渗体或地基渗透破坏的功能，一旦渗透破坏，排水体无能力阻止渗透破坏的继续发展。防渗排水设备必须与反滤层相结合。因为设置排水体后防渗体的渗径缩短，防渗体承受的水力比降加大，更容易发生渗透破坏。在排水体与防渗体之间设置了反滤层后就可以防止由设排水体而导致的防渗体的渗透破坏。
　　四、压渗措施压渗措施是指在闸坝下游坡脚附近一定范围内，设置盖重或养水盆，抵消部分水压，防止产生流土破坏。当相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，而且临水侧又无稳定滩地时，常采用背水侧压渗盖重处理，或者延伸盖重和防渗综合处理。其原理是利用覆盖土层的有效重量来平衡渗透水压力，从而避免管涌和流土的发生。盖重压渗所采用的填料最好采用透水材料，也可以用粘性土材料，当使用粘性土材料时应特别重视盖重的厚度和长度的设计。
　　五、反滤措施反滤层的作用是滤土排水，既能阻止坝体或地基的土颗粒被渗流所带走，又能排水减压，有计划地将渗流排向下游，使渗透水压力在反滤体中全部消失。由于水工建筑物的渗流破坏开始于渗流出口，继而向上游进一步发展。如果土体的渗流出口不出现渗透破坏，则土体能够保持渗透稳定。实际上将渗流出口移至无压的反滤体中，只要渗流出口不产生渗透破坏，就能够保证整个大坝的渗透稳定性。反滤层布置于渗透水流出逸处或水流从细粒土流入较粗的粗粒土的接触面上，以提高允许水力梯度，防止渗流对地基产生渗透变形。一般由二层或三层无粘性土料组成，它们的粒径沿着渗流方向逐渐增大。设计反滤层时应遵循以下原则: ( 1)较细一层的颗粒不应穿过颗粒较大一层的孔隙; ( 2) 每一层内的颗粒在层内不应发生移动; ( 3) 被保护土的颗粒不应穿经反滤层而被带走，但特别小的颗粒例外; ( 4) 反滤层不应被堵塞。当渗流进入反滤层，渗透压力全部或大部分消失，所以反滤层成为防止土体渗透破坏的有效措施之一。