小型水库土坝渗漏的防治方法分析

小型水库土坝渗漏的防治方法分析

廖辉

镇江市工程勘测设计研究院有限公司

摘要：在小型水库的运行管理中，经常会遇到水库渗漏的问题。如果不能对水库渗漏进行科学、有效的处理，不仅会影响水库蓄水功能的发挥，而且会威胁到大坝的安全性与稳定性。文中结合句容市上杆水库土坝渗漏情况及处理方法，总结介绍小型水库渗漏的防治方法。

关键词：土坝；水库渗漏；防渗；防治方法

一、工程简介

上杆水库属秦淮河水系，集水面积2.5km2，兴利（汛限）水位103.50m，30年一遇设计洪水位104.84m，500年一遇校核洪水位为105.44m，总库容108.81万m3。水库保护农田3500亩，设计灌溉面积为3200亩，保护人口约1.2万人，是一座以防洪、灌溉和供水为主的小（1）型水库。

上杆水库兴建于1966年3月。1976年，水库坝脚出现明显渗漏后，自北向南灌浆长330m，但效果并不明显，在正常水位下，坝脚渗漏依然如故。1988年，因坝体渗水严重，采用水泥粘土浆进行劈裂帷幕灌浆堵渗，其后运行中仍渗漏。

2011年上杆水库除险加固工程中，大坝通长采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙进行处理，背水坡结合新做平台增设导渗沟，导渗沟坝体侧通长设反滤体，坝脚高程92.1m增设护坝地，宽15m。近年水库运行中，在原高涵位置仍有明显渗漏。高涵以南高水位期坝体有窨潮。

2020年4月，上杆水库水位为101.20m。背水坡坝脚纵向排水沟内有两处明显出水点，1出水点位于原高涵位置（桩号约K0+171m），水量较大（后经水利站检测，当库水位为103.00m时，流量达到为7~8L/min），2出水点位于其南侧约55.0m（桩号约K0+226m），水量较小。

2020年8月，上杆水库水位为102.70m。大坝桩号K0+170m~K0+230m背水坡及坝脚存在多处渗漏。尤其以原高涵位置处，渗漏较为严重，背水坡排水盲沟有较大水流流出。背水坡坡面局部地方窨潮严重，附近草皮护坡长势明显较差。

二、上杆水库土坝渗漏的原因分析

根据研究分析，上杆水库土坝渗漏的原因主要有：

（1）地质原因：根据地质资料，坝身土第①层素填土为坝身土，土料质量有差异，压实度和均匀性较差，坝体填筑质量不良，工程力学性质较差；第②层粉质粘土，中高压缩性，承载力低，工程地质条件一般；第③层基岩，为良好坝基土，坝基的工程地质条件较好。据室内所测的渗透系数并按《水利水电工程地质勘察规范》岩土渗透性分级：①层堤身填土为弱透水性，局部有小孔洞，为中等透水；②层粉质粘土为弱透水层，第③层基岩为不透水或极微透水层，系良好的隔水层；坝基土和坝身土渗透变形类型均为流土型。

由上分析可知，因水库大坝坝身密实度均匀性较差，渗透性属弱透水，但局部有小孔洞，为中等透水，是土坝渗漏的重要原因。

（2）施工原因：大坝填筑质量差，压实不均匀。筑坝时铺土过厚，使碾压或夯实不密实或分层回填时结合面少压、漏压造成层面结合不密实等引起坝体渗漏。

（3）其他原因：原高涵于1966年建库时建设，2002年进行了封堵，2009年进行挖除（进出口段），浆砌石结构洞身仍留在坝身，形成了渗漏通道。

三、土坝渗漏处理的常规方法

小型水库土坝防渗处理一般考虑高压旋喷桩防渗墙、多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙、灌浆和粘土斜墙等。

（1）高压旋喷桩防渗墙

高压旋喷桩防渗墙，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。高压旋喷桩造价较高，成桩后防渗效果较好，适用范围较广，淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等土质均适用，只对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。

（2）多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙

水泥土搅拌桩截渗墙以水泥浆作固化剂，通过多头小直径深层搅拌桩截渗桩机在地基深处就地将土体和固化剂强制拌和，利用固化剂，土体和水之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体硬结成具有良好整体性。

多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙施工技术成熟，成桩后防渗效果好，并适用于均质土坝，若坝体、坝基夹碎石较多或存在夹石层则成墙效果不理想。

（3）灌浆

灌浆是对存在隐患或质量不良的土坝在坝轴线上钻孔、加压灌注泥浆形成新的防渗墙体的加固方法，堤坝体沿坝轴线灌浆后，在泥浆自重和浆、坝互压的作用下，固结而成为与坝体牢固结合的防渗墙体，堵截渗漏；裂隙及孔洞在灌浆中得到填充，可提高堤坝体的整体性；通过浆、坝互压和干松土体的湿陷作用，部分坝体得到压密，可改善坝体的应力状态，提高其变形稳定性。

灌浆施工方便、经济，但受地下水影响较大，质量不易控制，防渗效果得不到保证。

（4）粘土斜墙

粘土斜墙采用粘土作防渗材料，在原坝上游面分层填筑，人工或机械夯实成斜墙。粘土斜墙的主要优点是施工简单，造价低廉，适用于坝体不高、坝坡不稳定，坝体渗漏较为严重的水库，坝址附近有足够的粘土的水库可优先考虑。

四、上杆水库防渗处理

上杆水库曾采用灌浆、多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙的防渗处理方法，由于施工技术、土坝自身条件等原因，大坝现状仍有渗漏情况，尤其是原高涵位置处，渗漏较为严重。

粘土铺盖均会破坏大坝迎水坡浆砌块石护坡，造价较高，在水库现状迎水坡护坡完好的情况下不宜采用；在坝体含碎石较多的情况下，多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙成墙效果不理想，且水库已采用过多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙，故不适宜。结合上杆水库自身防渗处理的实践经验，考虑到工程实际情况，上杆水库防渗设计方案采用高压旋喷桩结合压密注浆。原高涵渗漏严重段坝顶采用高压旋喷桩处理，迎水坡采用压密注浆处理。其他渗漏段坝顶采用压密注浆处理。布置如下：

（1）原高涵渗漏段防渗处理

原高涵渗漏严重段坝体采用高压旋喷桩处理，迎水坡采用压密注浆处理。

大坝桩号0+166~0+176范围进行高压旋喷桩防渗处理，桩径0.6m，桩间距0.4m，桩长15.4~14.9m，桩顶高程高于水库校核洪水位，为105.5m，桩总数30根。高压旋喷桩有效成墙厚度不小于0.3m，注浆液的主要材料为强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥用量约为350kg/m。根据需要可加入适量的速凝剂、悬浮剂及掺和料。高压水泥浆的压力不应小于20MPa，流量大于60L/min，水灰比为1.0。

在上杆水库迎水坡原高涵段进行压密注浆处理，灌浆范围为桩号0+166~0+176。压密注浆采用单管注浆法，注浆孔呈正方形布置，其中垂直坝身方向共6排，平行坝身方向共11排，排距均为1.0m，注浆深度均为8m，注浆孔顶高程为99.0m。

图3 原高涵渗漏段防渗处理图

（2）其他渗漏段防渗处理

在上杆水库坝顶其他渗漏段进行压密注浆处理，灌浆范围为桩号0+176~0+236。压密注浆采用单管注浆法，注浆孔呈梅花形布置，其中垂直坝身方向共2排，排距为1.5m，平行坝身方向间距为1.0m，注浆孔顶高程为103.5m，注浆底高程为91.1~95.3m，注浆深度为12.4~8.2m。

五、结语

土坝作为水库运行和防洪抗汛的主要水工建筑，长时间运行使用后，必然会存在防渗体风化、坝身渗漏的现象，不但直接降低了蓄水功能和效益，也给工程带来隐患，对水库坝身的整体性产生影响。渗漏严重将影响正常蓄水位选择和水库效益， 并可引起浸没、边坡塌滑等环境工程地质问题。因此，水库的防渗处理至关重要。本文分析、研究了上杆水库坝体渗漏的状况，提出准确的防治措施，对后续的小型水库防渗处理工程，有重要的参考意义。

参考文献：

[1]高敏速.浅谈小型水库土坝渗漏原因及处理方法[J].中国水运，第12卷，第4期（2012.04）. 

[2]小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范，中国水利水电出版社，SL189-2013.

[4]王晓东,娄铁军. 浅析水库大坝的渗漏防治措施[J]. 科技与生活，2010，(5):47.