四、土石坝的防渗处理

土石坝的坝体和坝基渗漏是不可避免的，但应控制在一定范围之内。已发生的异常渗漏要查清成因，为选择防渗处理方法提供依据。

（一）渗漏的成因

土坝的渗漏部位是很广泛的，在坝体、坝基、坝体与坝基接触面以及坝体两端的岸坡等处，均可能发现渗漏，渗漏原因也是多种多样的。

（1）水库的水经过坝体在下游坡面或坝脚处渗出称为坝体渗漏。产生坝体渗水有设计原因，如坝体防渗断面薄弱、防渗体材料选择不当等。也有施工方面的原因，如筑坝土层太厚、含水量大、碾压不实、北方冬季施工时冻土处理不彻底等。另外，穿坝管路四周处理不好等，都可能引起坝体渗漏。

（2）水库的水通过坝基的透水层，从坝脚处或以外的地方渗出称为坝基渗漏。产生坝基渗水也有设计原因和施工原因。如设计的垂直防渗措施不能满足防渗要求，坝前水平铺盖厚度、长度不足，施工时防渗铺盖施工质量差，基岩的风化层破碎带处理不彻底，截水墙没有达到设计深度等。另外，在坝的运用期间，对防渗体维护不及时，或坝后任意取土等，也可能增加坝基渗水量。

（3）渗水通过坝体两端的堆积层、岩石裂缝、溶洞等部位，在下游岸坡渗出的水称为绕坝渗水。绕坝渗水的主要原因是岸边岩石破碎层、堆积层在筑坝时清理不彻底，岸边蓄水后风浪淘刷等。

（二）防渗处理

土石坝的防渗处理原则归结为“以堵为主，上堵下排”。即上游防渗、下游导渗相结合。上堵指在坝轴线以上部位进行堵截渗漏途径，减少渗水量，包括垂直防渗和水平防渗两种型式。下排指将渗入到坝体或坝基的水在不带走颗粒的条件下通畅排到下游去，降低坝体浸润线，包括采用反滤和导渗两方面。排渗和防渗一样，设施也分为水平的和垂直的。水平排渗形式主要是在下游坝脚设各种形式的排水体，垂直排渗形式主要是导渗沟、降压井等。

防渗处理是比较复杂的，要结合具体条件采用不同的方法，讲究工程效益，减少工程费用。常用方法列举如下几种。

1.抛土防渗

当已知土石坝的黏土铺盖或坝体斜墙的渗水部位和渗水原因后水库又不能放空时，可采取临时抢险的抛土防渗措施。此法比较简单，可用船只、浮筏等将土料运到指定地点，抛入水中，对集中漏水部位，先抛砂袋，待孔口堵住后再抛土。一般抛土形成的防渗层厚度不应少于1m。土料应选用在水中容易崩解的黏性土。

2.加厚黏土铺盖、黏土斜墙

对坝基或坝体渗水严重，有放空水库条件，又有黏土材料时，可采用加厚黏土铺盖或斜墙的方法。选用黏土材料和施工方法都应按碾压土石坝设计与施工的有关规定进行。黏土铺盖的有效长度为水头的5～8倍，渗水严重的加长到8～10倍，其前端厚度1～2m，靠近坝址逐渐加厚到4～5m。

加厚黏土斜墙法在坝体或坝岸坡上进行。加厚的范围要大于渗漏面范围，防止绕渗。加厚的厚度随水头增加而增加，最低不小于0.5m，最厚可达3m。

施工时要特别注意将原有铺盖或斜墙的损坏部位处理好，对于集中漏水处或塌坑，要采用开挖削坡、埋管灌浆等方法进行特殊处理。

3.建造黏土截水墙

放空水库后在上游坝脚处建造黏土截水墙。截水墙的底宽不少于水头的1/5，截水墙深入到不透水层0.5～1.0m。回填用黏性土，夯实密度同黏土斜墙，比较深时可分段施工。

4.坝脚导渗

导渗是下排的一种常见方法，在坝脚处增加排水设施和改善原来的排水体，它应能增加坝体或坝基的排水功能而不致引起渗透破坏。导渗体分坝体导渗和坝下游导渗两种形式。坝体导渗采用导渗沟或导渗砂槽，坝下游导渗常采用导渗明沟和导渗暗沟。导渗明沟垂直于坝轴线，导渗暗沟平行于坝轴线。不论哪种形式，都要在充分论证的基础上确定。

5.减压井和压渗

减压井也是一种有效的增加排水、减少压力的措施。技术比较复杂，只有在坝基有较强的透水层，其渗水又不能顺利地排出时，才采用减压井进行导渗。减压井由过滤层、引水和排水设施等部分组成。

压渗方法是坝脚处增加排水和加压重以利于坝脚稳定的一种措施。在坝脚渗水露出地面的范围内，清除杂物做反滤层，在此铺填一定厚度的土料或石料。压渗的厚度和范围视渗漏情况确定。

6.建造黏土防渗帷幕

采用灌浆方法在坝体或坝基上建造防渗帷幕，灌浆帷幕应与土坝防渗体连在一起。用于建造土坝防渗帷幕的灌浆材料有以下三种：

（1）黏土灌浆（包括掺入少量水泥混合浆）。适于土石坝坝体和砂砾石坝基防渗帷幕。

（2）水泥灌浆。适用于破碎岩基和石灰岩地基的防渗帷幕。

（3）化学灌浆。适用于透水性比较弱的地层。化学灌浆材料的种类比较多，有聚氨酯、丙凝、丙强等。化学浆液黏度低，可灌性强，浆液的固结时间可控制，便于施工。但化学灌浆施工工艺较复杂，成本高，有的材料对环境有一定污染。采用化学灌浆要做好前期准备工作，从严掌握。

7.混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是在坝体或坝基防渗部位利用机械造槽、泥浆固壁而浇筑的混凝土连续墙。它的防渗效果好，但技术较复杂，成本高，一般在其他措施不能满足时采用。防渗墙的厚度一般为0.6～0.8m。防渗墙造孔要保证竖直，孔间应搭接。造孔过程中要不断向孔内充填泥浆，防止塌壁。浇筑混凝土多用导管法。

8.砂浆板桩防渗墙

砂浆板桩防渗墙是利用机械将工字钢制成的钢板桩打入到设计防渗深度，然后缓缓拔起钢板桩，同时通过钢板桩上的灌浆管向钢板桩拔起后的空腔灌入水泥砂浆。边拔边灌，水泥砂浆凝固后即形成砂浆板桩防渗墙。

砂浆板桩防渗墙施工比较简单，材料用量少，施工快。但砂浆板桩厚度小，承受水压力低，一般板桩深度在7～8m，最大达25m，多用于低坝或地基的防渗除险工程。

9.高压喷射灌浆防渗

高压喷射灌浆防渗技术是利用高压喷射作用，将坝基原结构切割掺搅，改变结构状态，同时灌入水泥浆。水泥浆与搅拌后的结构形成新的胶结体，从而起到坝基加固和防渗作用。利用高压设备可将10～50MPa的砂浆从喷嘴中喷出。使灌入的浆液与被切割破坏土体掺搅混合，改善和提高浆液灌注的密实度和胶结强度。高压喷射灌浆可以使浆液向切割破坏以外的土体渗透，在切割范围外形成浆液凝固的挤压层，扩大了防渗效果。

高压喷射灌浆的施工可分为钻孔、下喷射管、喷射灌浆、管路清洗、充填灌浆封孔等阶段，如图13-1所示。

图13-1　高压喷射灌浆施工程序图

施工设备主要由六部分组成：

（1）钻孔用钻机，分冲击式和回转式两种形式，要根据土层的特点和深度选用。

（2）浆液系统，由搅拌机和灌浆泵组成。搅拌机有卧式搅拌机和立式搅拌机两种。

（3）风水系统，包括空压机和高压水泵。空压机的排风压力为0.7～0.8MPa，高压水泵压力要求达到20～50MPa。

（4）提升系统，包括升降车、卷扬机、旋摆机构等设备。用于起、下喷射管，使喷射装置产生旋转和摆动，控制高压喷射。目前，国内已研制专用高压喷射灌浆施工的液压台车，以提高作业的自动化水平。

（5）喷射系统，主要由高压水龙头、喷射管和喷头等组成。喷射系统是高压喷射灌浆的核心装置，其作用是输送高压浆液，使土体产生切割、掺搅和置换作用。

（6）浆液回收系统，由振动筛、储浆池、回浆泵组成。将灌浆过程中井口发生的冒浆回收并输入搅拌机利用。

高压喷射灌浆的施工要根据工程需要和现场作业条件选择施工工艺。施工工艺参数包括水压和水量、气压和气量、浆压和浆量、提升和旋摆速度等。工艺参数选择适宜才能保证工程质量。在施工中对确定的施工参数进行监控，设置高压喷射灌浆自动检测台，以提高自动监控的水平。