水库大坝加固防渗技术措施研究

    冀雁翔

    摘 要：由于各种原因，我国的许多水库大坝存在渗漏、老化等安全隐患，文章主要通过对影响水库大坝渗漏的危险性因素的分析，来探讨加固水库大坝的具体措施。

    关键词：水库 大坝加固 防渗技术

    水库是我国水利事业中的一项重要工程，也是被广泛采用的一种防洪措施，有着拦蓄洪水的作用，同时还可以起防洪、蓄水灌溉、供水、发电等作用，水库大坝兴建以来，为我国国民经济和社会发展做出了重要贡献。但另一方面，水库大坝安全一旦出问题，发生垮坝，将严重威胁着下游人民的生命财产安全，甚至会影响社会稳定。

    我国水库大坝绝大多数修建于20世纪50～70年代，由于土石坝可以就地取材、施工方便、对坝址地形条件要求相对不高等特点，大量中、小型水库大坝都采用土石坝。工程兴建时未进行全面的地质勘测和设计工作，加之当时的经济技术水平制约，遗留了诸多的安全隐患和质量缺陷。比如防洪标准低，达不到有关政策和规定制定的要求；水库本身工程质量过差，而且老化失修，这些不安全因素的存在，造成了水库大坝渗漏，从而危及到大坝的结构安全等危险。根据国内外大坝失事原因的调查统计，渗流安全问题在水库大坝的整体安全中占有重要地位。所以大坝防渗处理是水库大坝除险加固工程的重中之重。

    造成水库大坝渗漏的原因分析

    水库大坝发生渗漏的原因有很多种，从形成水库大坝渗漏的地质结构来看，大致可以分为以下几种类型：

    由于砂砾石层造成的坝基渗漏。坝基渗漏主要是由于大坝的地势高低造成部分河流短小以致直接入海。在河床处经过不停地冲刷，堆积成较厚的砂砾石层。伴随沙粒的跳动会产生冲蚀洞，从而严重危害水库大坝的安全。比如台州长潭水库等建成后，坝脚出现集中渗漏点，导致坝基渗漏严重。

    由于岩石风化带来的坝基渗漏问题。由于岩石坚硬的特性，岩石风化会带来坝基渗漏，这是目前比较广泛的渗透形态。

    由于筑坝材料差引发的坝体渗漏。这种渗漏主要是受经济条件的制约，在有限的经济条件下，用来填筑的材料比较低劣。如防渗土料质量差，土中碎石含量过高，含水量过大，会造成坝身分层，因此使得坝体防渗性能差，产生渗漏问题。

    由于坝体结构不合理产生的渗漏。这主要表现在坝体涵管与坝结合不严，坝身涵管的断裂等，最终使防渗体遭到破坏而漏水。

    加强水库大坝加固防渗的对策探讨

    水库在长期运行过程中，由于资金上的不足，一些水库缺少正常的维修改善，工程老化，长期带病运行。其中渗漏问题是最常见的一种问题，而大坝渗漏产生的危害性巨大，也会带来一系列严重的后果。目前我国许多水库大坝都需要进行防渗处理，而防渗处理的方法也有很多种。具体来说，可以分别从宏观管理和具体技术措施两个层面进行管理：

    1、管理层面

    加大资金投入，提供充分的资金支持。资金不足往往会成为水库大坝防渗漏的一个制约瓶颈，因为水库加固工程周期长，需要不断地进行维护，这就使得投入相对增大。那么这些资金又从哪里来呢？要保证水库加固工程的正常运行，仅仅依靠政府投入是远远不够的，必须建立多层次、多种渠道的投资体系。比如地方水库的加固防渗，应该以地方财政投资为主，然后国家在地方投入的基础上适当地给予一定数量的补贴，或者可以实行以奖代补的政策。而大型水库的建设则应以公共投入为主，政府应建立相对应的专项治理资金。只有这样才能保证水库大坝加固建设的长期合理有序运行。

    要有专业的机构定期对水库进行安全隐患排查。防患于未然并不是一句空话，“千里之堤毁于蚁穴”。水库存在的某些隐患，隐蔽性比较强，如果没有专业人士对水库大坝进行监督，那么很有可能忽略这之中潜在的危险，最终可能酿成更为严重的灾害。而相反，如果提前发现了问题，就可以在还可防范解决的初期把不安全因素消灭在摇篮中。这就要求建立专业的监管机构，这些机构的工作就是对水库大坝进行专题调研和定期检查，在隐患产生初期，快速及时地找到这个隐患，并分析其形成原因，提出相应的解决措施，及时做好水库大坝的安全鉴定工作。而专业的鉴定队伍，需要专业的专家、专业人员严格按照管理办法全面准确地查找出水库存在的各种隐患，并准确地确定水库的安全类别，最终提出科学有效地建议。

    采用新技术新方法。在水库的防渗加固过程中，要大胆地创新，把科学合理的一些新手段运用起来，并加以推广利用，既宣传了防渗加固工程的重要性，又可以催生更多的防渗加固新技术。当然任何新技术都必须符合科学规律，这是根本，又是基础。

    2、具体技术措施

    根据目前我国水库大坝加固技术与方法来看，土石坝防渗分为水平防渗和垂直防渗，一般采取的原则是“上堵下排”。对于加固工程来说，主要是采用垂直防渗，相比水平防渗截渗效果更加显著。具体的应用较广的防渗措施有：

    2.1混凝土防渗墙

    混凝土防渗墙是利用专用机具，在坝体或覆盖层透水地基中建造槽（孔），以泥浆固壁，采用直升导管，向槽孔内浇筑混凝土，形成连续的混凝土墙，以达到防渗作用。

    设计要点： 一般根据最大水头和允许水力梯度来确定防渗墙的厚度，同时要和所采用造孔机具的一次成槽宽度相适应。国内已建成的墙厚在0.6～1.3m之间，如果不能满足设计要求，以两道墙解决。防渗墙的材料目前应用较多的有黏土混凝土和塑性混凝土。黏土混凝土主要适用于中等水头的大坝或基础的防渗墙，在混凝土中掺入一定量的黏土，节约水泥的同时降低了混凝土的弹性模量，改善了混凝土拌和物的和易性，方便施工。塑性混凝土是一种柔性墙体材料，与周围土体的弹性模量相近，能很好的适应地基的变形，亦可避免墙体开裂。③对于处理坝基渗漏的防渗墙，要与土坝防渗体连成整体，防止接头处出现裂缝。当土坝较高时，要对防渗墙和黏土防渗体的衔接进行专门设计。④当坝体压实度差或大坝填土含砂砾较多时，造孔过程中容易出现塌孔，要选择合理的造孔机具，或采取适当的加固措施，防止塌孔，保证防渗墙顺利实施。

    2.2利用灌浆技术进行防渗处理

    充填灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部裂缝、洞穴等隐患，宜一次灌注泥浆至饱满。充填灌浆施工简单、造价低，但只能处理局部隐患，形不成连续防渗帷幕，整体防渗效果不佳。

    劈裂灌浆适用于处理范围较大、问题性质和部位不能完全确定的隐患，采用一定压力灌浆将坝体沿坝轴线方向劈开，采用“少灌多复”的方法灌注泥浆，最后形成5～20cm的连续泥墙，从而达到防渗加固的目的。劈裂灌浆施工简便，投资省，但一般只适用于中低坝，且灌浆压力不易控制。灌浆压力如若设计的不合理，将会影响灌浆质量，可能导致坝体失稳、滑坡，破坏坝体结构。因此一定要按规范严格控制施工压力，必要时通过试验确定灌浆压力，确保大坝安全和灌浆效果。

    高压喷射灌浆适用于粉土层、砂土层及砂砾层的防渗，利用置于钻孔中的喷射装置射出高压水束或高压浆液流束冲击破坏被灌地层土体，同时将水泥浆液灌入，按设计方向、深度、厚度和结构形式，与地基紧密结合，形成一定几何形状的凝结体，用以提高土层防渗或承载能力。高喷灌浆避免了一般压力灌浆工艺中水泥浆流向和灌浆范围不好控制的弊端，施工速度较快。但施工技术参数需要经过现场试验确定，对施工队伍的质量要求较高，深度超过40m后，防渗体容易分叉。

    2.3土工膜防渗

    是从坝趾至不低于校核洪水位间的坝面全面铺设土工膜，端头与周边不透水基础或其他防渗体紧密连接，构成完全封闭的防渗体系。土工膜的渗透系数一般都小于10-8cm/s，具有很好的防渗性，造价低，施工便捷，适应变形能力强。目前多用复合土工膜防渗，既有排水功能，又有防渗功能，同时工程性能也较单一土工膜好。但是土工膜抗老化能力不如混凝土材料，且铺设时需要放空水库或填筑围堰，尤其在水资源紧缺的北方地区，放空水库一般要慎重。经论证后，土工膜防渗可用于3级低坝。

    以上几种防渗措施中，混凝土防渗墙可以适应各种不同材料的坝体和各种复杂地基，耐久性好，防渗可靠性高，但造价较高。灌浆防渗省投资，在水库防渗处理中应用最广泛，但防渗的整体性能上不如混凝土防渗墙，且对施工队伍的素质要求较高。土工膜防渗效果好，造价低，但应用当中有一定的局限性。水库大坝防渗加固时要根据工程病害特点、地质情况、施工条件等综合考虑，选择经济合理的防渗措施。

    结 语

    大坝的防渗处理工作已经成为水库建设的重中之重，必须要高度重视防渗工作，一方面要确保排除隐患，另一方面也要确保经济合理。这既要求水库设计部门强化责任和风险管理，建立有效地奖惩机制，又要工作人员保持高度的警惕，自觉学习，铭记肩上重任，充分利用一切技术措施保证水库大坝的安全。

    参考文献：

    [1]杨仕增，丁守业.加强工程质量监督确保水库除险加固质量[J] 山东水利.

    [2]伯永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社.

    （作者单位：钦州市水利电力勘测设计院）