淤地壩壩基滲水及泉水處理方法

高星艷

（臨縣水利局）

1 淤地壩壩址地質(zhì)類型與壩基滲水形式

1.1 壩址地質(zhì)類型分布狀況

臨縣地處黃河中游晉陜峪谷東岸，地貌類型為晉西黃土丘陵溝壑區(qū)，溝壑縱橫，坡陡溝深，地表被厚度不等的黃土所覆蓋，水土流失極為嚴(yán)重，屬多沙粗沙區(qū)，適宜打壩淤地。自1986年以來(lái)，全縣已建成中型以上的淤地壩125座。這些壩的壩址地質(zhì)類型，大體可分為三種：第一種，岸坡均為馬蘭黃土層，溝道底部為砂卵沉積層；第二種，岸坡下部為離石黃土層（紅黏土層），上伏馬蘭黃土層，溝道底部為砂卵沉積層；第三種，岸坡下部為巖層，巖層上伏離石黃土層（紅黏土層）,離石黃土層上伏馬蘭黃土層，溝道底部為巖層或砂卵沉積層。第一種壩址地質(zhì)類型分布較少，第二種壩址地質(zhì)類型稍多，第三種壩址地質(zhì)類型分布較為普遍。

1.2 壩基滲水及表現(xiàn)形式

上述的三種壩址地質(zhì)類型，前兩種一般不存在壩基滲水問題，第三種約有30%的壩基巖層存在滲水溢出和泉水涌出。這些巖層滲水和泉水的出現(xiàn)，與地下水分布的多少有關(guān)，其表現(xiàn)的方式也不盡相同：如果地下水量分布較少時(shí)，大面積砂巖層縫隙中出現(xiàn)滲水，形成壩基滲水；如果地下水量分布較多時(shí)，壩基底部出現(xiàn)固定點(diǎn)水流涌出，形成小泉水。

1.3 壩基滲水危害與處理方法探索

在淤地壩建設(shè)過程中，壩基兩岸的巖層滲水如果處理不當(dāng)，岸坡與壩體結(jié)合處先是出現(xiàn)清水滲出，逐漸水質(zhì)變渾形成管涌，最后演化形成小型溝壑，從而危及大壩安全。壩基底部的小泉水，如果處理不當(dāng)，泉水慢慢向壩體下游滲透，逐漸濕潤(rùn)壩體，當(dāng)壩體土質(zhì)形成飽和狀態(tài)后，常會(huì)造成下游壩坡出現(xiàn)流體滑坡，從而破壞大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。解決壩基滲水問題較為棘手，也沒有現(xiàn)成的方法可供借鑒。在多年的打壩實(shí)踐中，我們逐步摸索、研究與不斷總結(jié)，逐漸形成了一種較為有效的處理方法—集水輸排法。這種方法根據(jù)滲水處理實(shí)際，又可分為兩種：一是單井輸排法，主要用于壩基形成的泉水處理；二是截潛流輸排法，主要用于壩基大面積巖層滲水的處理。

2 壩基滲水地質(zhì)條件分析

臨縣壩基巖層滲水和泉水的地質(zhì)是典型的“三層構(gòu)造”，岸坡從下到上由變質(zhì)砂巖層、離石黃土層（紅黏土層）和馬蘭黃土層組成，溝道底部為變質(zhì)砂巖層或砂卵沉積層。

變質(zhì)砂巖層巖性為呂梁山群朱家坊組片麻巖，以黑云母斜長(zhǎng)片麻巖為主，岸坡一般出露在3-30 m高度處。此層地質(zhì)為中型以上淤地壩壩肩與岸坡結(jié)合比較困難的地方，也是壩基產(chǎn)生滲漏的主要通道，為淤地壩發(fā)生破壞性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)層。

壩基底部的砂卵石層，多為歷史行洪沉淀下的堆積物，厚度一般在1-3 m，如若處理不當(dāng)，也會(huì)造成滲水。

離石黃土層（紅黏土層）為新生界第三系上新統(tǒng)保德組，具深紅至褐紅色，夾有砂礫巖層，厚度一般在10 m以下，容易處理，一般不會(huì)形成壩基滲水。

馬蘭黃土層為新生界第四系下、中更新統(tǒng)，多為棕黃色亞砂土和亞黏土，厚度一般60-120 m，容易處理，一般不會(huì)形成壩基滲水。

3 集水輸排法技術(shù)要點(diǎn)

3.1 集水輸排法概念

集水輸法就是將壩基內(nèi)的滲水，先采用工程方式收集起來(lái)，然后采用一定的輸水方式將其排在壩體外。單井輸排法和截潛流輸排法，是集水輸排法的兩種型式。

單井輸排法是指在壩基內(nèi)有泉水的地方，修筑一個(gè)井將水收集起來(lái)，然后用管道將其排到壩體之外。井原本是一種用來(lái)從地下取水的設(shè)施，在這里指的是用井的形式修建的集水池。

截潛流輸排法是指在壩基內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，修筑一個(gè)截潛流工程，將壩基內(nèi)大面積的巖層滲水收集在截潛流集水井中，然后用管道將其排到壩體之外。截潛流原本是指利用工程設(shè)施，截取河床下層或古河道中的地下水流，進(jìn)行開發(fā)利用，在這里主要用于收集壩基滲水將其排出。截潛流工程是在溝底砂卵石層，垂直溝道修建截水墻，同時(shí)在截水墻上游修筑集水廊道，將壩基滲水引人集水井，方便排出。

3.2 集水輸排法工程布置

3.2.1 單井輸排法

布置在滲水以單個(gè)或多個(gè)泉眼出水的壩基內(nèi)，井位設(shè)在出水的泉眼處，有幾個(gè)布置幾個(gè)。排水管道可采用塑料管，根據(jù)水量大小選配塑料管的規(guī)格。如果需要布置幾個(gè)井，排水管道可以采用一個(gè)井配設(shè)一條輸水管道，也可以采用串聯(lián)起來(lái)配用一條輸水管道。為了避免施工中對(duì)管道的擾動(dòng)和壓損，排水管道采用挖溝壕埋入。

3.2.2 截潛流輸排法

布置在有大面積巖層滲水或溝道底部砂卵石層內(nèi)有滲水的壩基內(nèi)，由于沒有固定的滲水點(diǎn)，采用單井輸排法無(wú)法處理，故采用截潛流方法。具體布設(shè)位置一般選擇在壩體下游部位或壩腳處，截水墻沿壩軸線方向布置，將壩基溝底全部攔截，將滲水全部收集在集水井內(nèi)，然后用塑料管將集水井內(nèi)的滲水輸排到壩體之外。

3.3 集水輸排法工程設(shè)計(jì)

3.3.1 單井輸排法

工程建筑物由集水池、井筒、井蓋和輸水管道組成。

（1）技術(shù)要素設(shè)計(jì)?，F(xiàn)根據(jù)工程組成分述如下：

①集水池。大小根據(jù)泉水的流量和排水管道的排放量來(lái)確定，一般深1-1.5 m，內(nèi)徑0.5-1 m即可滿足要求。位置選擇在壩基泉眼處，建筑材料可選用M7.5漿砌石或C20混凝土。

②井筒。尺寸一般與集水池的尺寸相同，修筑在集水池上部，高度1 m左右。建筑材料可選用M7.5漿砌石或C20混凝土。

③井蓋。用來(lái)封閉井筒，建筑材料選用C20鋼筋混凝土，鋼筋按構(gòu)造筋配制。井蓋厚度一般0.15-0.20 m。

④輸水管道。一般采用塑料管，規(guī)格按出水量的大小確定，一般1吋左右規(guī)格的管即可滿足要求。輸水管道進(jìn)口部位設(shè)在集水池中部，壩基內(nèi)的輸水管道挖溝埋填，埋填深度一般在0.5 m以下，以防止施工過程中機(jī)械碾壓破損。管道鋪設(shè)到下游壩腳外，出露在下游河道中。

（2）施工注意事項(xiàng)?，F(xiàn)根據(jù)工程組成分述如下：

集水池基礎(chǔ)需挖至巖層上或堅(jiān)硬的原狀土上，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定；采用M7.5漿砌石砌筑時(shí)砂漿需飽滿扎實(shí)，養(yǎng)護(hù)凝固后再進(jìn)行回填；采用C20混凝土澆筑時(shí)需振動(dòng)結(jié)實(shí)，養(yǎng)護(hù)凝固后再進(jìn)行回填。

井筒施工時(shí)，要注意材料配比符合設(shè)計(jì)要求。井蓋采用預(yù)制，養(yǎng)護(hù)凝固好后再搬運(yùn)安裝。

輸水管道需選用韌性大、不易受壓破損的材料，根據(jù)淤地壩建設(shè)施工實(shí)踐，建議選用塑料管；管道鋪設(shè)好后，先觀察輸水情況，出水正常后再進(jìn)行井蓋安裝。

大壩回填時(shí)，為防止機(jī)械碰撞，集水井周圍采用人工回填夯實(shí)，并對(duì)井周圍采用防滲處理。

3.3.2 截潛流輸排法

工程建筑物由截水墻、集水廊道、透水墻、反濾層、廊道蓋板、集水井和輸水管道組成。

（1）技術(shù)要素設(shè)計(jì)?，F(xiàn)根據(jù)工程組成分述如下：

①截水墻。位置一般選在壩基溝底、壩體下游部位或壩腳處的砂卵石層內(nèi)或巖層上，具體位置可根據(jù)巖層滲水的分布情況而變動(dòng)。截水墻垂直溝道主流布設(shè)，長(zhǎng)度與壩基溝道寬度相同，兩邊與壩基岸坡相接。高度一般0.8-1.2 m，建筑材料可選用M7.5漿砌石或C20混凝土。

②集水廊道。位置在截水墻上游側(cè)，寬度一般0.6-1.0 m，廊道坡度以1/50-1/200為宜，兩邊高中間低。底板建筑材料可選用M7.5漿砌石或C20混凝土，采用M7.5漿砌石時(shí)廊道厚度0.4 m，采用C20混凝土?xí)r廊道厚度0.15 m。

③透水墻。位置在集水廊道上游側(cè)，布設(shè)與截水墻相同且平行于截水墻，建筑材料選用干砌石。

④反濾層。位置在透水墻上游側(cè)，緊靠透水墻上游側(cè)鋪一層土工布，土工布外面鋪一層0.2 m厚的細(xì)砂，細(xì)砂外面鋪一層0.25 m厚的粗砂，粗砂層外面鋪設(shè)一層0.3 m的卵石。

⑤廊道蓋板。位置搭接在截水墻和透水墻之上，建筑材料選用C20鋼筋混凝土，鋼筋按構(gòu)造筋配制。厚度一般0.2-0.3 m。

⑥集水井。位置在廊道的中部，即壩基溝道中部，深度應(yīng)低于廊道1-2 m，以便沉砂和集水。集水井內(nèi)徑根據(jù)集水量和管道輸排水量計(jì)算確定，一般內(nèi)徑1-1.5 m。建筑材料可選用M7.5漿砌石或C20混凝土。

⑦輸水管道。一般采用塑料管，規(guī)格按出水量的大小確定，一般1-2吋左右的管徑即可滿足要求。輸水管道進(jìn)口部位設(shè)在集水井中部，壩基內(nèi)的輸水管道挖溝埋填，埋填深度在0.5 m以下，以防止施工過程中機(jī)械碾壓破損。管道鋪設(shè)到下游壩腳以外，出露在下游河道中。

（2）施工注意事項(xiàng)?，F(xiàn)根據(jù)工程組成分述如下：

截水墻基礎(chǔ)開挖、砌筑及養(yǎng)護(hù)，同單井輸排法。

集水廊道基礎(chǔ)不一定要放在巖層或堅(jiān)硬的原狀土上，但一定要處理好，以防止沉陷。

透水墻基礎(chǔ)需挖至巖層上或堅(jiān)硬的原狀土上，采用干砌石砌筑時(shí)，必須放穩(wěn)扣實(shí)形成一個(gè)穩(wěn)定的整體，以增強(qiáng)抗力。

反濾層鋪筑時(shí)，要注意每層濾料的級(jí)配。

廊道蓋板采用預(yù)制時(shí)，養(yǎng)護(hù)凝固好后再搬運(yùn)安裝。采用現(xiàn)澆時(shí)，必須等養(yǎng)護(hù)凝固后再拆模及在上面填土。

集水井基礎(chǔ)需挖至巖層上或堅(jiān)硬的原狀土上，周圍采取防滲處理，為避免回填時(shí)機(jī)械碰撞，宜采用人工夯實(shí)回填。

輸水管道施工的注意事項(xiàng)，同單井輸排法。

在大壩回填時(shí)，為防止機(jī)械碰撞，截潛流工程周圍宜采用人工回填夯實(shí)。

4 壩基防止?jié)B水效果觀測(cè)及分析

經(jīng)過長(zhǎng)期的觀測(cè)，凡是采用了集水輸排法的淤地壩，壩腳、下游壩體與岸坡結(jié)合處干燥，均沒有發(fā)現(xiàn)滲水溢出。而沒有采用集水輸排法建成的壩2-3 a后，有的壩腳、下游壩體與岸坡結(jié)合處出現(xiàn)了滲水溢出；有的壩腳處填土形成了流態(tài)，壩坡發(fā)生滑流；有的壩下游壩體與岸坡結(jié)合處，形成了小的流水沖溝。

沒有采用集水輸排法的壩主要采用的是壓水止溢法。用這種方法修筑的淤地壩，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)期的浸潤(rùn)，滲水在壩體內(nèi)慢慢地攻破了壓力，形成了溢水通道，給大壩造成了安全隱患。經(jīng)比較，集水輸排法事先把壩體滲水全部收集起來(lái)并輸送排出，滲水對(duì)壩體形不成浸潤(rùn)、管涌，因此壩體保持干燥，不存在這方面的安全隱患。

5 結(jié)論

采用集水輸排法處理壩基滲水，是我們?cè)谟俚貕谓ㄔO(shè)實(shí)踐當(dāng)中，不斷試驗(yàn)、探索而研究成功的一種新的方法。長(zhǎng)期的觀測(cè)結(jié)果說明，這種技術(shù)對(duì)處理壩基滲水，切實(shí)可行，經(jīng)濟(jì)有效。但在配套工程設(shè)計(jì)和施工方法上，還存在著不十分系統(tǒng)完善的地方，有待在今后的具體實(shí)踐過程中加以改進(jìn)、提高和完善，以便取得經(jīng)濟(jì)合理的參數(shù)指標(biāo)，在同類地質(zhì)條件淤地壩建設(shè)中得到廣泛推廣運(yùn)用。