水库土坝工程渗漏成因及控制措施

摘要:渗漏是水库土坝工程常见的质量通病，若没有进行有效的防渗处理，则可能影响到水库的使用功能及质量安全。为此，本文结合工程实例，介绍了土坝工程渗漏的相关情况，重点就渗漏产生的原因进行分析，并总结了施工过程中的质量控制措施，为同类型工程研究提供借鉴。

关键词：水库土坝；渗漏；施工工艺；质量控制

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：

随着我国城市化进程的不断加快，水利工程建设行业得到了进一步的发展，水库作为水利基础设施的重要部分，担负着防洪、发电和旅游等重任，是促进城市经济发展的一大举措。在水库混凝土结构浇筑后，由于受到地质条件、施工不当等因素的影响，水库坝体时常会出现渗漏的现象，这不仅会影响到水库的使用功能及使用寿命，而且对整个水利工程设施的质量安全构成极大的威胁，给投资者带来巨大的经济损失。土坝心墙作为一种基础防渗处理方法，具有结构可靠、防渗效果好和施工简单等优点，能够有效降低坝体浸润线和渗漏量，目前广泛应用于水库土坝工程防渗加固处理当中。本文通过分析水库渗漏现象产生的原因，提出了一些合理的质量控制措施，以期提高工程的防渗质量。

1 工程概况

某水库是一座以灌溉为主、兼顾防洪、发电、旅游等综合利用的中型水利枢纽工程。该水库始建于1959年，1964年5月建成后即蓄水运行，主坝建成后最大坝高为33m，坝顶长345m，坝顶宽5m。1964年6月库水位达25．9 m时，主坝背水坡高程17～19m间即发现漏水，以后逐年发生，而且漏水量和渗漏浸润面积随库水位的升降而增减。1971年5月库水位27．46m时，主坝背水坡高程26m以下渗漏浸润面积最大达3697 m2，占背水坡总面积的43．6%，比较严重的有660 m2。漏水量实测，当库水位25．1 m时，为27．96L/s。通过５年的观测，库水位由25.30m到27.46m，背水坡渗漏逸出点高程14m到26m，高差为1.46m～11.3m。当库水位愈高，背水坡逸出点高程愈高，临背高差愈小，渗流坡降很小，可以平缓地通过坝体，说明渗漏的严重性，危及坝体安全。

2主坝渗漏原因分析

主坝在工程清基时，对基岩裂隙、断层破碎带做处理时，仅把表土清除至风化层岩面。由于水库没有泄洪洞,主坝截流后,库水逐日上升。为了抢筑坝高，不得不将坝体分块进行，先抢筑迎水坡，后填背水坡。填土质量差，高程12 m以下填筑轻沙壤土，填土厚度为每层50 cm，干容重为1.46t/ m 3。高程12 m以上，为了抢筑进度，放松质量控制，每层填土厚度一般70～80cm，局部因碾压跟不上，最厚达到1.0 m。填筑的风化页岩含量达50%，粒径一般为20～30cm，少数达40cm，由于碾压设备少，常出现漏压或碾压不实，而且都没有取样进行干容重测试，不仅填筑质量差，而且有页岩架空现象。坝体下游坡脚设有水平排水带，从实际观测渗流没有进入排水设施，就在排水设施以上逸出坝坡。从计算来看，浸润线在下游坡逸出点高程为13.4m，与实测高程接近，也说明排水设施失效，没有起到作用。

3防渗心墙方案的选定及实施

针对主坝渗漏情况，当时加固设计提出的四个处理方案：（1）坝的迎水坡填筑粘土斜墙，因水库没有放空设施，无法在迎水坡填筑粘土斜墙；（2）用透水料加厚坝的背水坡，不能解决岩石架空渗漏问题；（3）坝体灌注水泥粘土浆，不能解决岩石风化料渗透的根本问题，且灌后渗漏量容易回弹；（4）在坝体内建造混凝土防渗墙，有广西百色澄碧河水库的经验可以借鉴，该坝建混凝土防渗墙后，防渗效果显著。为此，最后确定采用加建防渗心墙进行加固处理。

4 心墙施工工艺

填筑或开挖施工平台 施工平台平整碾压 导向槽开挖 导向槽及倒渣平台浇筑安装造孔机械 防渗墙造孔施工终孔验收 安装预埋管导管及预埋件防渗墙混凝土浇筑防渗墙质量检查。

5 质量控制措施

5.1 泥浆质量

泥浆在造孔时具有护壁、携渣、冷却钻具等作用,其主要功能是固壁和携渣, 在清孔时具有稳定孔壁的作用, 因此在造孔施工时控制泥浆的各项指标尤显重要。配制的泥浆应具有良好的物理性能、流变性能、稳定性及泥皮形成能力等, 检测泥浆各项指标时应重点控制泥浆密度、含砂量、粘度、失水(滤失)量等。泥浆采用粘土配制, 密度控制在1.2 ～ 1.3 g /cm3。泥浆质量性能指标见表1。

表1 泥浆质量性能指标

5.2 槽孔的垂直度和平整度

槽孔的垂直度和孔壁平整度直接影响到墙体的连续性和有效厚度, 按照规范要求将槽孔孔斜率控制在0.4%以内。为有效地控制槽孔垂直度和孔壁平整度及孔斜率, 可以从以下几方面着手。

（1） 修建混凝土导墙前, 采用机械碾压法压实处理松散地基, 防止钻机在造孔过程中地基产生过大或不均匀沉陷, 从而确保导墙起到导正就位的作用。浇筑混凝土导墙时其平面位置应平行于防渗墙中心线,并保证墙顶表面的平整度, 以利于钻机轨道安装和保证与防渗墙中心线的符合性。

（2） 钻机就位后要整平基座, 将锤具中心对准防渗墙轴线后, 对悬吊锤具的钢丝绳进行测斜, 并调整到与墙体轴线完全吻合。在造孔过程中, 特别是掘进初期要经常测斜, 以确保槽孔孔壁的孔斜率在0.4% 以内。

（3）造孔形成的梅花孔、小墙、波形墙等直接影响着槽段内墙壁体的平整度, 可采用方锤对槽壁进行修整。另外, 冲锤在冲击过程中会不断受到磨损, 直径变小, 导致槽体尺寸相应减小, 所以施工过程中需经常检测和修复锤齿, 在冲锤直径负偏差不小于5.0 cm时应及时修补。

5.3 槽孔入岩和入岩深度判断

对于中小型水利水电项目, 设计提供的地质剖面图大多是根据初步设计勘探资料确定的, 勘探孔间距远大于施工规范要求, 这给施工期基岩面的确定带来了极大的困难, 甚至会将孤石等误判成基岩。从中小型项目目前建设环境来看, 由于受到进度、资金等制约, 在施工期增补勘探孔不很现实, 因此在施工过程中, 采取什么有效方法来准确判断防渗墙达到嵌入基岩设计深度, 则是保证墙体防渗效果的关键所在。为确保墙体嵌入基岩的深度满足设计要求, 在判断槽孔基 岩面和入基岩深度时可采用以下方法:

（1）在钻孔过程中如实做好钻孔记录, 根据单位时间的掘进量可以初步判断是否进入基岩, 因为冲槽施工时, 一般而言砂砾石层的单位掘进量大于基岩的单位掘进量, 所以当冲槽单位掘进量明显降低时可以初步判断进入基岩。

（2）可根据相邻槽段基岩顶面高程判断, 对于U形(或V 形)河床。基岩顶面高程一般是自两岸向河中间递减, 一旦出现硬岩高程突变就要分析是否为孤石、陡坎或倒坡。

（3）根据岩样岩性、矿物、岩样机械磨损粗糙程度、各种岩石颗粒成分的含量等判断是否入岩。为了在施工过程中能有效而准确地判断基岩面和钻入基岩深度, 经过对地质资料的分析, 制定出该工程的岩样鉴定标准, 详见表2。钻孔施工过程中, 要求如实填写5水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范6附表, 即单孔基岩顶面鉴定表, 以此记录作为判断基岩顶面高程的依据。

（4）在判断入岩深度时, 应注重听取和吸纳有经验的钻机操作手的经验判断, 为此, 当槽孔掘进将达到预计基岩面时, 应派有经验的钻机操作人员实施操作。

表2 槽孔嵌入基岩的判断

注: H 1表示进入基岩表面;H 2表示基本进入基岩嵌入设计层; H 3表示完全嵌入设计基岩层。

5.4 清孔及接头处理

（1） 清孔

本工程采用反循环泥浆泵清渣及掏渣筒掏渣相结合的方法清孔, 即用反循环砂石泵或潜水排污泵吸出槽底沉渣和槽内泥浆, 同时补入新鲜或经过滤处理的泥浆置换孔内含有大量砂石和岩屑的泥浆。在清渣效果不佳或为了缩短清渣时间时, 使用空压机进行辅助清渣。清孔结束标准是: ① 用测锤测定槽孔孔底淤积厚度不大于10 cm, 且沉渣不再增厚；② 清孔完成后1 h测定泥浆的参数, 泥浆密度不大于1. 3g /cm3, 粘度不大于30s, 含砂量不大于10%。

（2）接头处理

二期槽孔施工时, 要重视一、二期槽孔间一期混凝土防渗墙端头的清理。如果不清除一、二期接头处一期混凝土墙壁上的泥皮, 将导致渗漏等质量问题。接头处理采用带钢丝刷子的钻头进行刷洗, 当刷子钻头上基本不带泥屑、孔底淤积厚度不再增加时, 则判定接头清理合格。

5.5 混凝土浇筑

（1）导管安设

每套导管需配置数节长度不等的短管, 一般有1.0, 2.0, 2.5 m和3.0 m, 根据槽的深度和混凝土浇筑时的埋管深度要求搭配使用。短管的作用在于提升导管时可有效地控制提升高度, 不因卸除管节太长而导致导管露出混凝土面, 造成墙体不连续。导管在平面上沿防渗墙轴线布置, 其间距应根据混凝土浇筑仓面的面积和混凝土扩散度布置导管系统, 长度为6m 的槽段需安放2套导管装置, 其间距小于规范要求的3.5 m。

导管在垂直安放时, 导管底部距槽底不宜太大, 也不宜太小。导管底部距离槽底太大会导致漏斗容积增大或首罐混凝土无法埋住导管底端, 导管底部距槽底太小会导致混凝土无法挤出堵塞球而堵管, 所以导管底部距槽底之距离一般按15.0 ～ 25. 0 cm控制为宜。

(2)混凝土浇筑

浇筑混凝土时, 必须保证拌和物的质量和浇筑过程的连续性。拌和物的主要控制参数为坍落度和扩散度, 坍落度以18 ～ 25 cm 为宜, 扩散度以30 ～ 38 cm 为宜。为防止管内泥浆和混凝土混合, 预先在漏斗的下口处放置能浮起的泡沫球或排气胆塞管, 首罐混凝土的方量应经过计算确定, 并且必须达到能满足挤出管塞和埋住导管管底的要求。

混凝土浇筑应从槽底低端开始, 浇灌过程中应随时测量混凝土面的高度, 以便计算出导管埋置深度和迅速准确地提升和拆卸导管。导管埋入混凝土的深度以2 ～ 4m 为宜, 既可保证混凝土埋没导管深度大于1m而确保防渗墙的连续性, 埋深又不会因大于6m 而造成导管提升的困难。

对于有钢筋笼和埋件的混凝土防渗墙, 施工时, 其控制要点为: ① 槽段内应注意控制混凝土面的均匀上升, 一般将高差控制在0.5 m 以内； ② 浇筑混凝土时要防止钢筋笼上浮, 防止钢筋笼上浮的办法可采取压重或锚固或降低混凝土浇筑面上升速度等。

6结束语

综上所述，水库土坝工程防渗质量直接影响到水库的整体使用功能及质量安全。因此，施工单位应根据水库土坝工程的实际情况，选择合适的防渗处理方案，并加强施工过程中的质量监控力度，以提高防渗施工质量。实践证明，本工程采用的混凝土防渗墙施工技术起到了很好的防渗效果，为大坝建基面缺陷处理和混凝土浇筑创造了极为有利的条件。

参考文献

[1] 张应勇.小型水库土坝渗漏原因及处理技术[J].中国新技术新产品.2011年第19期

[2] 谢子烈.浅谈小型水库土坝渗漏缘故及政治方案[J].华东科技.2012年第03期