水利工程常見滲漏問題及滲控措施技術分析

楊秀海，呂天成

（1.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽合肥 230022；2.University of Leeds,Woodhouse Lane,Leeds,LS2 9JT）

水利工程是人們利用水資源的重要形式，在防治水害、水能利用、水流調(diào)節(jié)中起著非常重要的作用，其中滲透穩(wěn)定性是影響水利工程安全的主要工程地質(zhì)問題，也間接影響了工程的設計使用時間。因此，對水利工程防滲技術進行實踐總結，提高水利工程質(zhì)量水平，具有重要意義。

由于受歷史條件和生產(chǎn)力水平的限制，我國20 世紀修建的大部分水工建筑物都存在著一定程度的先天不足和后期老化問題。軟基地區(qū)不同程度都存有較強的透水層，易產(chǎn)生浸沒、管涌、流土等滲透破壞等。巖基中的軟弱夾層是水工大壩、洞室圍巖及巖質(zhì)邊坡等工程的薄弱點，在長期水力作用下的滲透變形問題，更是建基巖體穩(wěn)定性評價和工程研究的重點[1-2]。滲控措施是水利工程的重點，滲控的目的是隔斷水工建筑物兩側的水力聯(lián)系，降低天然地基的滲透系數(shù)及滲漏量，增加水工建筑物的安全性及工程效益。

1 巖土體滲透性分級

水利工程建設前需查明場區(qū)地下水的類型、賦存條件、水位分布特征及補排條件，含水層和相對隔水層埋深、厚度、連續(xù)性、滲透性，進行巖土滲透性分級[3]?？砂礉B透系數(shù)或透水率的大小進行分級，以表征巖土體滲透性強弱程度，從而為評價工程滲漏的可能性、滲透穩(wěn)定性和選擇地基滲控方案提供依據(jù)。水利系統(tǒng)巖土體滲透性分級見表1。

表1 巖土體滲透性分級

2 巖土體滲透變形類型和判別標準

巖土體的滲透變形類型的劃分，目前主要以土層中產(chǎn)生的滲透破壞現(xiàn)象為依據(jù)，根據(jù)土層的顆粒組成、密度和結構狀態(tài)等因素綜合分析確定，具體可分為管涌、流土、接觸沖刷、接觸流失四大類。巖基中的滲透破壞主要發(fā)生在各類張開裂隙、斷裂帶及軟弱夾層中充填的松軟物質(zhì)，實際滲透破壞特點和過程相對軟基表現(xiàn)的隱散和緩慢，臨界比降也遠較軟基大（軟基一般0.15~1.6，巖基軟弱帶則可達2.0~20.0），根據(jù)文獻[2]，巖基軟弱帶滲透破壞類型可分為沖刷、流土、劈裂、充填和化學潛蝕五種。

軟基中單一土層的滲透破壞形式的最主要的是流土和管涌，接觸沖刷、接觸流失多出現(xiàn)在多層結構土層、建筑物與地基接觸面以及部分巖體軟弱帶中。粘性土滲透變形主要是流土和接觸流失，無粘性土滲透變形類型一般根據(jù)土的級配連續(xù)情況確定粗細顆粒的區(qū)分粒徑d，結合不均勻系數(shù)Cu、細顆粒含量P、粗細顆粒含量比D/d三個參數(shù)，根據(jù)GB50487附錄M確定。

巖基中對巖體裂隙充填物、斷層破碎帶和軟弱夾層進行滲透穩(wěn)定評價時，一般都是取樣進行室內(nèi)試驗，但由于現(xiàn)場取原狀樣困難，代表性難以保證，在實際工作中常通過壓水試驗的P-Q 曲線類型判別，也可判斷出巖體中的軟弱物質(zhì)是否產(chǎn)生滲透變形。當壓水試驗出現(xiàn)A（層流）、B（紊流）及C（擴張）型曲線時，可判斷在某個壓力作用下，軟弱夾層出現(xiàn)劈裂破壞，在試驗壓力作用下裂隙狀態(tài)產(chǎn)生變化(原有裂隙加寬，隱裂隙劈裂)，巖體滲透性的這種變化是暫時的、可逆的，隨著試驗壓力的下降裂隙又恢復到初始狀態(tài)，呈現(xiàn)出一種彈性擴張性質(zhì)，巖體裂隙本身其實并沒有物質(zhì)被帶出。當出現(xiàn)E（充填）型曲線時，間裂隙狀態(tài)發(fā)生了變化，巖體由于裂隙被部分堵塞造成滲透性減小。但當出現(xiàn)D（沖蝕）型曲線時，即可判斷裂隙出現(xiàn)滲透破壞，充填物被沖蝕，對這類滲透穩(wěn)定問題要予以高度重視，并進一步加以研究論證[4]。另一種滲透破壞類型是化學潛蝕。當巖體軟弱帶中含有易溶鹽類（如巖鹽、鉀鹽、石膏等）以及某些難溶性鹽類（如方解石、菱鎂礦、白云石等）時，在流動水的作用下，尤其是在地下水循環(huán)比較劇烈的區(qū)域，礦物逐漸被溶蝕，被水流帶走而使巖體的完整性和強度均受到影響。

有關巖土體滲透特性的研究，可根據(jù)原位滲透試驗、壓水試驗和室內(nèi)滲透試驗等手段綜合確定[5]。其中巖基的軟弱夾層的結構構造、物質(zhì)組成、產(chǎn)出環(huán)境、地下水運移條件等與松散地層有很大不同，而且不同工程遇到的具體條件也有很大差別，對一些十分重要的工程，也可進行現(xiàn)場大型滲透破壞試驗，但這類試驗費用高，過程復雜，試件過流面積難以有效控制，很難全面準確反映軟弱巖體滲透特性[6]。

3 滲漏對水利工程的危害

巖土體微觀上發(fā)生滲透變形后，在宏觀上將形成滲漏，滲漏除損失水量外，還伴隨著巖土體工程特性惡化，甚至影響工程的安全。較大的滲漏量可能影響水庫、輸水工程的功能發(fā)揮，造成經(jīng)濟損失，影響工程正常運行；對于軟基及巖基中的軟弱夾層、易溶鹽、巖溶洞隙充填物，在水流長期作用下，可能發(fā)生滲透變形或化學管涌，嚴重時將破壞工程地基的完整性，甚至危及工程安全；另外滲流會在水工建筑物基礎下部形成揚壓力，過高的基底揚壓力不利于建筑物的抗滑、抗浮穩(wěn)定性。

4 常見滲控措施的選擇

防止巖土體產(chǎn)生滲透破壞，應采取滲控措施。在此筆者查閱大量文獻資料，現(xiàn)將常見滲控措施概括為灌漿、截滲和排水減壓三大措施[7-10]，為方便查閱，現(xiàn)將水利工程常見滲控措施的工作原理、檢測方法和詳細特征列于表2、表3。

表2 水利工程常見滲控措施工作原理及檢測方法一覽表

表3 水利工程常用防滲措施特征一覽表

4.1 灌漿措施

灌漿措施是改善巖土體的結構特性，提高其抵抗?jié)B透破壞能力，使其變成為不易產(chǎn)生滲透破壞的巖土體。通常用在裂隙巖體和巖溶化巖體的防滲中，為防止巖體內(nèi)斷層破碎帶、軟弱夾層、裂隙充填特主滲透破壞，可采用水泥灌漿、化學灌漿、局部置換等方法提高這類軟弱破碎物質(zhì)的抗?jié)B性，這類處理措施通常都是和提高力學性質(zhì)相結合進行的。對砂礫石透水層也可以采用灌漿帷幕或用高壓噴射灌漿形成防滲墻的方法，而含裂隙的粘土、粉細砂層則可用多頭小直徑截滲墻及劈裂灌漿，防滲措施下限可深入到相對不透水巖體中。

4.2 截滲措施

截滲措施是截斷巖土體中的滲透水流或減小巖土體的滲透比降，使其小于允許比降。截滲措施可在滲透土層中興建截滲墻，截斷土層中的滲透水流，從而消除產(chǎn)生滲透破壞的前提條件。這一種方法隨著施工工藝、設備和方法的不斷發(fā)展，目前已成為在透水土層地基、強透水巖體中防滲工程的重要型式。截滲墻形式可以按施工工藝、材料類型，分為混凝土防滲墻（剛性或塑性）、粘土截滲墻等。截滲措施亦可用于第四系松散層或裂隙及巖溶化巖體的表面。如建在松散層上的閘壩，可利用壩前天然粘土作為防滲鋪蓋防滲，也可采用人工防滲料鋪蓋、混凝土襯砌、就地碾壓防滲措施，以減少滲漏量和延長滲徑，減小滲透比降。對于巖溶化漏水巖體，一般可同時采取堵洞、混凝土襯砌防、截滲墻等。

4.3 排水減壓措施

排水減壓措施是宣泄下游多余水頭，保護建基巖土體的天然狀態(tài)不被破壞，是降低基礎揚壓力的有效措施。如大壩滲控工程一般都包括防滲帷幕和幕后排水兩部分，在壩基防滲帷幕下游同時采取排水（孔、幕）措施，則可明顯降低壩基揚壓力，提高大壩的穩(wěn)定性。對于可能發(fā)生滲透變形的斷層破碎帶、軟弱夾層、夾泥裂隙和溶蝕填充物等部位，應對排水孔采取相應的反濾保護措施，以防止發(fā)生軟弱層帶的滲透破壞。建于第四系覆蓋層上的閘壩，當下游壩基出逸比降較大時，常采用排水孔排水降壓。

5 結語

（1）為防止水工建筑物基礎出現(xiàn)超過設計允許的滲漏，滲控措施應結合壩基的具體地質(zhì)條件和建筑物型式選取。如建于土基上的閘、壩，一般可采取高噴灌漿、多頭小直徑截滲墻、劈裂灌漿、防滲墻、粘土斜墻等措施；建于裂隙巖體上的閘、壩一般可采用帷幕灌漿；對于巖溶化建基巖體，除防滲帷幕外，還可同時采取堵洞、混凝土襯砌防、截滲墻等。

（2）在水利工程中滲控技術較為常見，不僅能夠起到防止地基滲透破壞、減少施工期基坑涌水等作用，還能起到消除砂土液化、基坑支護、增強地基承載力及穩(wěn)定性等作用，設計時應結合具體工程特點，最大程度上從多方面發(fā)揮出保護工程的積極作用[11]。

（3）防滲措施歷來都是水利工作者廣泛關注的重點，需加強現(xiàn)場施工過程中質(zhì)量控制及第三方質(zhì)量檢測工作。應采用量測、試驗、監(jiān)測等手段，按設計要求對施工過程各工序和技術參數(shù)進行嚴格控制，并及時準確地進行記錄。施工結束后，應根據(jù)不同的滲控方案選擇適宜的檢測方法進行施工質(zhì)量檢測，分析施工過程檢查和質(zhì)量檢查資料，并配合監(jiān)測成果等其他檢查資料，對滲控質(zhì)量進行綜合評價[12]。

（4）要嚴格執(zhí)行施工監(jiān)管。施工時要安排相關的工作人員進行檢查和監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時嚴肅處理。處理問題要科學得當、做好記錄，只有把握好每個環(huán)節(jié)，才能得到真正有效解決滲漏問題，提高工程質(zhì)量。