水庫(kù)滲漏原因分析及灌漿防滲處理

□劉 欣 □李延軍（洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

洛河、伊河中下游類似平原的現(xiàn)代地形，其間分布有眾多的小型水庫(kù)工程，大多數(shù)水庫(kù)工程的擋水建筑物是建于20世紀(jì)50～70年代的土石壩，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件制約及該地區(qū)地質(zhì)條件的影響，許多水庫(kù)都存在不同程度的滲漏問(wèn)題，其中部分水庫(kù)滲漏問(wèn)題嚴(yán)重，已影響到水庫(kù)大壩的安全，這些水庫(kù)是現(xiàn)階段除險(xiǎn)加固工作的主要內(nèi)容，而正確分析水庫(kù)滲漏的原因，并采取有效的防滲處理措施是除險(xiǎn)加固工作重點(diǎn)。筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了產(chǎn)生水庫(kù)滲漏問(wèn)題的原因，并介紹灌漿技術(shù)在水庫(kù)防滲處理中的工程應(yīng)用。

一、水庫(kù)滲漏問(wèn)題的原因

（一）河床砂礫石層產(chǎn)生的壩基滲漏問(wèn)題

洛陽(yáng)盆地內(nèi)上層廣泛發(fā)育著由殘積、坡積、沖積等成因形成的第四系松散堆積物，厚度較大。下伏地層為晚第三系粘土巖、泥灰?guī)r夾砂礫巖組成，呈近水平層狀分布，盆地四周邊丘陵地帶有基巖零星出露。河流上游山高坡陡，河床坡降大，以切割侵蝕為主，沖洪積堆積層薄，河流中下游河床變寬，坡降小，堆積較厚的砂礫石層，部分厚達(dá)30～40m以上，砂礫石層多具有雙層結(jié)構(gòu)，即上部全新世形成的松散砂礫石層和下部更新世形成的含泥砂礫石層。

松散砂礫卵石層堆積厚度變化大，分選性差，磨圓度好，結(jié)構(gòu)松散，含泥量＜5%，含砂量一般10%～30%，卵礫石多呈弱風(fēng)化，粒徑一般＜15cm，往往含少量粒徑30～50cm的漂石，透水性強(qiáng)～極強(qiáng)，屬滲流管涌土。含泥砂礫石層，中密～密實(shí)，含泥量一般7%～10%，卵礫石多呈強(qiáng)風(fēng)化或形成強(qiáng)風(fēng)化殼，地基承載力高，透水性略小，滲透系數(shù)一般＜1×10-2cm/s，多屬中等透水層。滲流破壞是砂礫石地基的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，洛陽(yáng)市在水利水電工程建設(shè)中曾付出過(guò)較大代價(jià)。如孟津縣的五八水庫(kù)、伊川縣的銀河水庫(kù)等建成后，壩腳出現(xiàn)集中滲漏點(diǎn)，伴隨砂礫石的跳動(dòng)，甚至在壩上游粘土鋪蓋中產(chǎn)生沖蝕洞，嚴(yán)重危害大壩的安全。伊河、洛河上游支流部分水庫(kù)也正是由于未經(jīng)壩基防滲處理而直接建壩于砂礫石層上，致壩基滲漏嚴(yán)重，危及大壩安全穩(wěn)定。

（二）壩肩碎石土層(崩積物、坡積物)產(chǎn)生的壩肩滲漏問(wèn)題

洛陽(yáng)盆地大部分溝谷兩側(cè)坡麓地帶堆積有坡積物或崩積物，堆積厚度變化大，以含泥碎塊石、含碎石粉質(zhì)粘土為主，組成成分雜亂無(wú)章，結(jié)構(gòu)松散，含泥量變化大，透水性也變化較大，部分土體屬滲流管涌土，部分水庫(kù)由于開挖不徹底，部分壩基直接置于坡積物或崩積物上，壩基(尤其是壩肩部位)滲漏嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅大壩安全。這種現(xiàn)象在山區(qū)較為常見(jiàn)，如洛寧縣的沁口水庫(kù)和瓦川水庫(kù)，兩側(cè)壩肩置于強(qiáng)～中等透水性的坡積物上，水庫(kù)蓄水后形成了較嚴(yán)重的滲漏破壞，在壩后甚至出現(xiàn)了直徑有50cm左右(洞口可見(jiàn)的尺寸)的集中滲漏通道。

（三）基巖風(fēng)化節(jié)理裂隙帶產(chǎn)生的壩基滲漏問(wèn)題

洛陽(yáng)盆地的基巖主要為巖漿巖和沉積巖，由于巖性質(zhì)堅(jiān)性脆，在內(nèi)、外各種地質(zhì)營(yíng)力作用下，表層形成了以張性節(jié)理裂隙為主的風(fēng)化帶，其滲透系數(shù)較大，由于壩基沒(méi)有很好的清理，壩體與山體結(jié)合面及山體風(fēng)化節(jié)理裂隙帶極易形成滲漏問(wèn)題，這種滲漏形態(tài)有較普遍的分布。如汝陽(yáng)縣的青山崖水庫(kù)就是典型的基巖風(fēng)化節(jié)理裂隙帶產(chǎn)生的壩基滲漏問(wèn)題，接觸滲漏較嚴(yán)重，已危及大壩安全。

（四）由于填筑質(zhì)量差或筑壩材料質(zhì)量差而產(chǎn)生的壩體滲漏問(wèn)題

洛陽(yáng)市境內(nèi)大多數(shù)水庫(kù)工程的擋水建筑物是建于20世紀(jì)50～70年代的土石壩，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的制約，壩體存在2個(gè)主要的問(wèn)題：一是由于當(dāng)時(shí)大多采用人工填筑(滾碾或蛙式夯打)壓實(shí)，致使絕大部分的土石壩填筑質(zhì)量較差，不能滿足現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）對(duì)壓實(shí)度要求；二是由于沒(méi)有進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，部分防滲土料質(zhì)量較差，土中碎石含量較高或土料含水量過(guò)大，碾壓不實(shí)，有松土層，壩身分層、分段、分期填筑時(shí)，各結(jié)合面結(jié)合不好。因此壩體防滲性能較差，從而產(chǎn)生了壩體滲漏問(wèn)題。如金水河水庫(kù)就是由于上述原因產(chǎn)生了壩體滲漏問(wèn)題，壩后部分壩體長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，且存在集中滲漏。

（五）因壩體結(jié)構(gòu)不合理(如壩下涵管)而產(chǎn)生的滲漏問(wèn)題

因壩體結(jié)構(gòu)不合理而產(chǎn)生的滲漏問(wèn)題主要有以下幾種情況：一是壩內(nèi)涵管與壩結(jié)合不嚴(yán)密，沿涵管周邊形成滲漏，嚴(yán)重時(shí)壩體迎水面形成下陷；二是壩身的涵管，由于其強(qiáng)度和基礎(chǔ)變形考慮不周而斷裂，有壓水流通過(guò)裂縫沿管壁及壩坡薄弱部位滲出；三是均質(zhì)壩壩坡陡，反濾層設(shè)計(jì)不當(dāng)，迫使浸潤(rùn)線在壩的背水坡反濾排水體以上逸出；四是復(fù)式斷面土壩的粘土防滲體與下游透水壩殼之間，缺乏良好的過(guò)渡層，使防滲體遭到破壞透水。

總之水庫(kù)滲漏問(wèn)題的原因是多方面的，而正確分析水庫(kù)滲漏的原因，對(duì)采取有效的防滲處理措施具有十分重要的意義，因此在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作中，為科學(xué)分析水庫(kù)滲漏的原因而充分開展地質(zhì)勘察工作是十分必要的。

三、灌漿技術(shù)在防滲處理中的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步和防滲材料的發(fā)展及施工技術(shù)條件的改善，防滲處理的手段呈多樣化，但筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，灌漿技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、適應(yīng)性廣泛的防滲處理手段。從上述產(chǎn)生滲漏問(wèn)題的原因來(lái)看：河床砂礫石層產(chǎn)生的壩基滲漏問(wèn)題除灌漿以外，可采用防滲墻處理，但兩者相比灌漿處理更具經(jīng)濟(jì)合理性；壩肩碎石土層(崩積物、坡積物)產(chǎn)生的壩肩滲漏問(wèn)題除灌漿以外，可采用土工膜處理，但兩者相比較，灌漿處理能更徹底地解決問(wèn)題且時(shí)效性更長(zhǎng)；對(duì)于基巖風(fēng)化節(jié)理裂隙帶產(chǎn)生的壩基滲漏問(wèn)題，灌漿是最好的解決辦法；由于填筑質(zhì)量差或筑壩材料質(zhì)量差而產(chǎn)生的壩體滲漏問(wèn)題除灌漿以外，可采用套井處理，但套井處理必須放空庫(kù)水，且套井造孔時(shí)遇到地下水時(shí)無(wú)法有效截滲和保證填筑質(zhì)量，相比采用劈裂灌漿對(duì)施工條件的要求要低的多；因壩體結(jié)構(gòu)不合理而產(chǎn)生的滲漏問(wèn)題，如涵管的封堵，與其他手段相比，在減少對(duì)壩體的影響和適應(yīng)性上，采用灌漿封堵有明顯的優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)灌漿技術(shù)在水庫(kù)防滲處理中是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的技術(shù)。

根據(jù)灌漿材料的不同，一般可分為粘土灌漿或水泥粘土漿灌漿、水泥灌漿或水泥砂漿灌漿、化學(xué)灌漿等，其使用范圍和施工工藝簡(jiǎn)述如下：一是，粘土漿或水泥粘土漿灌漿，適用于壩身和非巖性壩基的堵漏和截流。灌漿孔的布置：一般可在滲漏段沿壩軸線布設(shè)單排孔，也可以根據(jù)實(shí)際需要增加排數(shù)；孔距應(yīng)根據(jù)土層的滲水情況和采用的灌漿壓力等因素綜合考慮；布孔由疏到密；孔深應(yīng)超過(guò)漏水部位3～5m。二是，水泥或水泥砂漿灌漿，適用于破碎巖基的固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。布孔時(shí)孔距與排距必須滿足防滲帷幕的連續(xù)性，一般可根據(jù)壩基的透水性和承受水頭壓力大小來(lái)決定，一般孔距2m左右；帷幕線應(yīng)布置在心墻壩和斜墻壩截水齒墻中心，或均質(zhì)壩的壩軸線上游，排數(shù)根據(jù)實(shí)際需要確定。水泥砂漿一般適用于大流量的松散堆石體或類似地質(zhì)情況的堵漏。三是，化學(xué)灌漿，適用于壩基防滲，漿液粘度很低，與純凈水差不多，能灌入0.15mm以下的細(xì)縫或0.1mm以下的粉砂，且能縮短凝結(jié)時(shí)間。

針對(duì)土石壩的滲漏問(wèn)題不同的原因，應(yīng)根據(jù)具體情況采用具體的防滲處理措施。下面以一些工程實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。一是，孟津縣五八水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程：孟津縣五八水庫(kù)是以供水為主的小型水庫(kù)，壩型為均質(zhì)土壩砂殼壩，大壩建于1958年，受技術(shù)及歷史等原因限制，大壩未經(jīng)壩基防滲處理而直接建壩于砂礫石層上，壩基滲漏嚴(yán)重，除險(xiǎn)加固時(shí)對(duì)壩基采用水泥帷幕灌漿處理，施工完工后，檢查孔壓水試驗(yàn)顯示施工效果良好，確保了水庫(kù)的正常運(yùn)行。二是，洛寧縣瓦川水庫(kù)堵漏灌漿工程：洛寧縣的瓦川水庫(kù)，是一個(gè)以灌溉為主的小型水庫(kù)，其兩側(cè)壩肩置于強(qiáng)～中等透水性的坡積物上，水庫(kù)蓄水后，形成了較嚴(yán)重的滲漏破壞，在壩后出現(xiàn)了直徑有50cm左右(洞口可見(jiàn)的尺寸)的集中滲漏通道，已危及大壩安全，此前進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)單開挖回填處理，未能取得效果，后來(lái)為封堵該漏洞，在沿軸線方向布置了單排灌漿孔的進(jìn)行灌漿堵漏處理，孔距2m，灌漿過(guò)程中漿液從漏洞中冒出，經(jīng)過(guò)反復(fù)處理，施工結(jié)束后，漏洞得到了有效的封堵，消除了安全隱患。三是，汝陽(yáng)縣青山崖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程：汝陽(yáng)縣青山崖水庫(kù)也是一個(gè)以灌溉為主的小型水庫(kù)，水庫(kù)蓄水時(shí)滲漏問(wèn)題嚴(yán)重，主要為左、右壩頭接觸及基巖部位滲漏嚴(yán)重，溢洪道基巖裂隙滲漏，除險(xiǎn)加固時(shí)將對(duì)壩體與壩基的接觸段及以下基巖部位采用了單排帷幕灌漿的方式進(jìn)行處理，取得了良好的效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

洛陽(yáng)市及周邊地區(qū)大量早期興建的水庫(kù)工程，由于多種原因影響，較多的水庫(kù)存在安全問(wèn)題，尤其是因滲漏而引起的病險(xiǎn)土石壩數(shù)量占有較大的比例，如何治理好病險(xiǎn)土石壩的問(wèn)題是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。而水庫(kù)滲漏問(wèn)題的原因是多方面的，正確分析水庫(kù)滲漏的原因，對(duì)采取有效的防滲處理措施具有十分重要的意義，因此在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作中，為科學(xué)分析水庫(kù)滲漏的原因而充分開展地質(zhì)工作是十分必要的。

針對(duì)土石壩各種安全問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用相應(yīng)的維修措施?，F(xiàn)今對(duì)于中小型土石壩的除險(xiǎn)加固問(wèn)題主要是防滲問(wèn)題，筆者根據(jù)目前已實(shí)施的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，灌漿技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、適應(yīng)性廣泛的防滲處理手段，值得推廣應(yīng)用。但產(chǎn)生滲漏的原因是多樣的，因而防滲處理手段也不是唯一的，采取灌漿技術(shù)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)具體的滲漏原因采取其他相應(yīng)的處理方式使之有機(jī)地結(jié)合。尤其是對(duì)卵礫石層、松散堆積層的地基進(jìn)行防滲帷幕灌漿，還須不斷優(yōu)化灌漿工藝設(shè)計(jì)和采用新材料，才能取得良好的灌漿效果。