水库大坝渗流问题及防渗措施

　　摘要：随着我国社会经济的蓬勃发展，国内的水利工程项目也随之逐渐扩大规模。渗流一直以来是影响水库大坝安全的重要问题，主要影响因素包括地质条件差、坝基岩体不连续或是坝体填筑材料。目前主要的处理措施包括在基础下设置灌浆帷幕、在黏土芯接触面设置反滤层、坝体下游设置排水沟、坝址处设置防渗墙等。由于基础材料力学性能不同、水力压裂、不均匀沉降等问题，坝体易形成裂缝并进一步加剧渗流问题，形成渗流通道，故预防水库大坝渗流的关键点就在于排水。

　　关键词：水库大坝;渗流问题;防渗措施

　　引言

　　在水库的建造过程中，有可能遇到渗漏的情况，这对其的稳定性产生了影响。我们必须深入探讨并有效处理这些潜在的风险，比方说，由于高速流动导致的冲击与腐蚀、堆积的物质和碎片阻碍了排放口的设备，甚至阻挡了排放口的结构(比如溢洪道)的阀门。这篇文章主要是对水库大坝的渗漏情况和应对策略进行了概括，以避免水库大坝发生故障。

　　1、水库大坝渗流问题

　　1.1土石坝渗流问题

　　土石坝往往都伴随着一定程度的泄漏问题，这是由于水体会在坝体及其底座中找寻阻力最小的路径，这种情况可能会威胁到水库的整体稳定性。若防护措施不到位，泄漏问题可能进一步恶化，甚至导致水库的坍塌。假如发生大规模的持续泄漏，其渗透力可能会逐渐侵蚀并带走微小的土壤颗粒，从而在坝体内部形成空洞，最终导致管道破裂或坝体隆起。这种渗漏现象在土石坝中尤为常见，往往会被详细记录在坝体失效的报告中。为了防范此类风险，我们必须在设计阶段就进行充分的预防规划。一旦在水库大坝的使用过程中出现此类问题，应立即进行深入研究，并迅速采取补救措施，以防止其对环境造成进一步破坏。渗透水流可能会出现在坝体的下游表面、坝趾顶部或下游桥墩的任何位置。针对这种情况，我们需要采取措施降低潜水位，确保泄漏点始终控制在坝体范围内。随着大型水库建设需求的增加，分区填充法得到了广泛应用。同时，我们也开始尝试使用各种土质材料来增强坝体的防渗性能。在初始阶段，中央的无孔隙岩石芯(可能是黏土、混合物或沥青混合物)被视为关键的防渗要素。为了防止地震、沉降或水力压裂导致的岩芯裂缝内的液体泄漏，我们需要在岩芯的顶部和底部设置过滤层。因此，现代的设计理念已经转变为控制渗流、降低潜水表面的饱和度，并通过增设排水设施来最小化渗流量。这样做不仅可以允许更陡峭的斜坡设计，还有助于建造更高、更稳定的水坝。

　　1.2混凝土坝渗流问题

　　在混凝土坝的安全考量中，渗流问题具有特殊的重要性。多种因素，如基础变形、材料强度、可靠性和老化等，都与其安全运行息息相关。特别值得注意的是，渗流对混凝土坝安全的不利影响主要来自于坝基扬压力，而坝基渗流正是扬压力的主要诱因。这种压力变化可能会削弱水库大坝的稳定性，降低其抗滑力。此外，混凝土坝和砌石坝还可能因渗透水的多种穿透方式而受损。例如，水可能通过坝体裂缝渗透，导致材料浸出并形成薄弱面。地基渗流不仅影响水库大坝的滑动稳定性，还可能引发内部侵蚀。具体来说，渗流带来的负面影响主要表现在三个方面：首先，坝基扬压力和坝体内部渗透压力会影响水库大坝的稳定性、变形和应力状态;其次，渗漏过程中水可能携带细颗粒流出坝体，形成渗流通道，进而危及大坝稳定;最后，上游蓄水不仅渗入坝体和坝基，还会向水库大坝两端岸坡周围下渗，进一步扩大影响范围。因此，在混凝土坝的设计和维护中，必须充分考虑渗流问题，采取有效措施进行防范和治理。

　　2、水库大坝的防渗措施

　　2.1 工程概况

　　莱州市坎上水库始建于1958年10月，于1960年6月顺利完工，并在2010年12月完成了除险加固工程。该水库以防洪为主要功能，其设计可抵御50年一遇的洪水，同时以1000年一遇的洪水标准进行校核。在正常运行状态下，水位维持在91.98米，这也是水库在汛期的限制水位。在设计洪水情况下，水位将达到94.82米，而在极端校核洪水情况下，水位则可能上升至96.28米。坎上水库拥有1199万立方米的总库容，其中525万立方米用于兴利目的，而死库容则为70万立方米。水库的整体结构由大坝、溢洪道以及放水洞等关键部分构成。大坝为均质土坝类型，坝顶高达97.00米，最大坝高18.82米，其轴线延伸长达999米。溢洪道设置在大坝的东端，坐落于风化岩之上，采用无控制的陡坡泄流方式。其底板顶部高程与兴利水位持平，为91.98米，并具备最大259立方米每秒的泄流能力。另一方面，放水洞则位于大坝的西端，采用钢筋混凝土方涵洞结构，进口底部高程为84.30米。该放水洞配备了尺寸为1.4×1.4米的闸门，并能够实现5.15立方米每秒的泄洪流量。

　　2.2加固方案的确定

　　土坝坝体垂直防渗加固一般常采用防渗墙、高压喷射灌浆等方案。根据大坝存在的渗流安全问题，结合其结构特点，对新建混凝土防渗墙和高压喷射灌浆两种重建坝体防渗系统方案从施工技术、可靠性与耐久性、施工质量、工程量及投资等方面进行了比选。两种方案在技术上均可行，但混凝土防渗墙施工工艺更成熟，防渗可靠性更高，耐久性强，防渗处理更彻底，且投资较低，故作为推荐方案。

　　根据大坝坝体分区的实际情况，新建防渗墙轴线布置有两种方案，方案一为布置在大坝下游侧的坝轴线附近，方案二为布置在大坝轴线附近。对于方案一，防渗墙两侧的坝体厚度均较大，利于施工期的坝体稳定，但槽孔处的地层岩性以风化层为主，透水率大，槽孔建造时易发生漏浆、塌孔，成槽难度大，且一旦漏浆将堵塞下游碎石夹土坝壳料孔隙，影响大坝下游坝壳料的透水性，不利于下游坝坡稳定;方案二防渗墙轴线位于大坝轴线位置，上下游两侧均有黏土保护，有利于控制槽孔漏浆，塌孔风险更低，但上游坝体厚度偏薄，需采取降低施工平台高程或在施工期对上游采取临时培厚保护等措施，增强上游侧坝体的稳定性。

　　经综合比选，防渗墙轴线布置在原大坝轴线位置，即混凝土防渗墙中心线与大坝轴线重合，以降低施工期漏浆、塌孔风险，方便施工。为保证施工平台宽度，混凝土防渗墙施工前，将坝顶开挖至高程97m，防渗墙施工完成后，采用黏土及开挖料回填至坝顶。防渗墙顶顶部通过回填黏土与上游防浪墙相连，黏土上部铺水稳垫层并浇筑沥青混凝土路面，墙下坝基及两岸坝肩岩体采用帷幕灌浆进行防渗加固处理。防渗墙段坝基采用墙下帷幕灌浆，左右岸坝肩段采用地面钻孔灌浆。坝肩帷幕与防渗墙及墙下坝基帷幕灌浆连成整体，构成完整封闭的防渗系统。

　　2.3高压喷射灌浆

　　利用高压设备生成强劲的高压射流，有效地破碎土壤结构，随后在其作用区精准注入水泥浆液。这一步骤旨在填补坝基下方土壤中的缝隙和潜在的渗漏点。同时，这些浆液与周围受损的坝基岩土体充分混合，经过一系列水化反应后，逐渐凝结成具有显著强度的固结体，从而大幅提升了坝基的防渗能力。水泥土体的渗透性远低于被处理前的坝基土壤，遵循等效渗透率原理，新形成的防渗墙其渗透系数较原土层降低了50%，相应地，其渗透路径也增长了一倍。这道防渗墙在透水土层中扮演着多重角色：首先，它显著减缓了水流通过土层的速度;其次，有效降低了渗水产生的压力及静水头高度;再者，减少了土层内的水流量;最后，通过降低出逸比降，进一步优化了坝基的渗流状况。这些综合效应共同确保了坝基的安全与稳定。

　　2.4加固方案效果评价

　　重构后的封闭防渗体系主要由新建混凝土防渗墙、坝基坝肩帷幕灌浆组成。该防渗体系在大型水库除险加固工程中应用效果良好，且新建混凝土防渗墙可与原混凝土截渗墙形成双防渗墙组合，这种“前短后长”的布置形式能以深度较大的防渗墙削减水头，更有效降低渗漏量和抑制渗流出逸比降。根据渗流计算分析，新建混凝土防渗墙加固后，大坝断面浸润线显著降低，下游出逸点位于排水棱体顶高程以下且渗漏量大幅度减少。因此，新建防渗体系可彻底解决大坝渗流安全问题。

　　3、结束语

　　水库大坝在防御自然灾害以及农田灌溉方面发挥着无可替代举足轻重的作用，可以说水库大坝在推动我国国民经济总值中做出了巨大的贡献，尤其与我国农业的发展密不可分。而水库大坝的防渗加固问题在大坝施工过程中也一直是一个值得关注和重视的问题，由于现在一些条件与设施的限制，我国大部分水库大坝都或多或少地出现过问题，针对水库大坝坝体、坝基及坝肩存在的渗流安全隐患和问题，结合大坝地勘、设计、施工、渗流监测资料及渗流有限元计算结果，系统评价了大坝现状渗控体系各组成因子的渗控效果，分析论证了现有渗控体系加固的必要性。新建防渗体系的加固措施能显著降低大坝坝体浸润线高程，确保各工况下的下游出逸点高程在排水棱体顶面高程以下，并大幅度减少渗漏量，可彻底解决大坝存在的渗流安全隐患和问题。

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