坝体渗流病害成因及防渗关键技术研究
时间：2023-03-23 13:10:08 来源：千叶帆 本文已影响人
周俊伶
（新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000）
随着我国水利建设活动规模的不断增大，坝体渗流病害问题也不断增加，渗流病害的成因及防渗处理技术是坝体防止渗流的关键。学者们对水利大坝坝体渗流问题进行了大量的研究，曹逵[1]探究分析了大坝坝体渗流的成因问题，从风险角度提出了高填土水坝的渗透破坏评价方法；
周坤[2]以西南地区大型水坝为研究对象，进行了水坝防渗措施的研究；
张家宏[3]基于数值模拟的角度进行了大坝非线性受力分析和施工状态的模拟；
聂守义[4]、曲波[5]等探讨了水坝防渗技术的具体施工注意事项和关键技术；
赵靖伟[6]、李刚[7]等研究了混凝土水坝的防渗关键问题和防渗施工关键技术在大型水利水坝中的应用。上述学者虽对水坝防渗技术进行了一定程度的研究，但未系统地从大坝渗水成因、防渗施工技术、防渗方案优化设计等全方位研究水利水坝防渗问题，下文以安徽某水库大坝为研究对象开展具体的研究分析。
该水库位于安徽省舒城县巢湖水系支流杭埠河上游，是杭埠河灌区的水源工程，也是渠首工程，防洪保护面积35333hm2，大大减轻了杭埠河的洪水负担，灌溉舒城、庐江、六安三县农田103333hm2。该水库在施工过程中管理问题持续存在，影响了该水利工程建设的质量，导致存在各种缺陷，以至于无法达到正常运行的要求。该水利工程施工建设中包括的问题：溢洪道的末端和底板存在比较严重的损毁；
坝体漏水且排水功能减弱；
坝体的墙体出现裂缝，墙体的粘土出现沉降现象等。
在对该水库建设活动进行详细探究后，可知该大坝出现渗流的主要原因：施工技术、设备的不足，以及管理层管理专业理念的不足；
坝体斜面存在缝隙；
粘性土质沉淀不均、墙面开裂；
实际的浸润线值高于设计值；
坝体材料技术参数不合理。
3.1 劈裂灌浆
劈裂灌浆是利用水力劈裂原理，对存在隐患或质量不良的坝体在坝轴线上钻孔、加压灌注泥浆形成新的防渗墙体的方法，如图1所示。劈裂灌浆的主要优点：花费很低，性价比高；
质量可靠，安全保障性好；
适用于多种土质，可降低坝体发生变形的不稳定性。
图1 劈裂灌浆技术
3.2 高压喷射灌浆
高压喷射灌浆的具体方法：把机械的转孔喷头搁于孔中，通过喷孔喷出的水流将建筑物内土体冲落，最终喷落的土体和喷入的喷液混合，经过一定时间共同作用变成坚固的防渗体，如图2所示。高压喷射灌浆的主要优点：可增强坝体的工作能力；
成孔稳定性强；
在设备损耗小的情况下具有比较快的操作效率；
当地下水运动迅速时应用适用性更好。
图2 高压喷射灌浆技术
3.3 新型合成建材防渗
当前，很多国家在新型合成建材上都投入了更多注意力，这种材料可应用在坝体的墙面水体等防渗方面，且在实际应用中有很多领先之处。这种材料主要可以归类为3种：土工膜、复合土工膜及土工布。文中主要介绍复合土工膜的应用。土工膜可以在交通基建、房屋设计等的防渗中得到应用，因为它的稳定性强不易遭到损毁。同时，土工膜的复合材料可以在某水库大坝相关建设活动中得到应用，因为它在液体中依然可以正常运行且使用时间长。
4.1 防渗体系优化
水利大坝防渗体系优化的基本目标是某水库水利大坝防渗，基本思路是通过结构自防渗、构筑物防水和排水工程进行防水，防渗体系优化的基本架构如图3所示。
图3 防渗体系架构
4.2 大坝安全监测预警
建设活动中需对坝体产生缝隙和渗漏的原因进行探究，及时发现存在的隐患并制定解决方案，增强坝体的效益。改进坝体的安全体系与坝体防渗和安全管理两个环节息息相关，探究坝体施工环境条件，尽量规避不均匀的沉降地质，能够有效地减少坝体建筑物缝隙的出现，而且不均匀的沉降地质安全性也不高。
大坝安全监测采用水库雨水情及安全监测预报系统，其中，在线监控具有库水位、雨量、视频、渗流渗压等运行数据的自动采集、分析、上报功能；
自组网、物联网系统具有全要素采集通信功能；
水库安全监测预警系统云平台具有监测数据智能分析预警功能。该系统实现了水库运行状态远程感知、运行态势分析、安全管理、巡视检查在线管理等全面业务支持，既能支持单个水库管理，也能支撑全省、全市或全县水库管理。
4.3 防渗效果分析
采用高密度电法对优化设计后的大坝坝体结构进行探测，大坝高密度二维反演成果如图4所示。结果表明，防渗墙基本截断了渗漏通道，经计算某水库大坝渗流性态安全，坝体浸润线（面）和坝基扬压力均超过安全值，大坝渗流压力与渗流量可控，变化规律正常。
图4 大坝高密度二维反演成果图
经物探资料显示，大坝防渗墙良好坝后坡草皮护坡完整，未见浸润、冲沟等情况。此外，高密度电法检测显示，坝体中等透水性主要分布在坝体上部0～10m范围内，坝体中下部主要为微～弱透水性。坝后坡大多表现为中-弱等透水性，大坝坝体渗漏问题基本得到解决。
通过对主坝测压管历史观测资料的统计分析，各测压管地下水位基本与水库水位呈正相关性，水库水位高时，测压管水位高，水库水位低时，测压管水位低。此外坝体典型观测断面图得到的实测浸润线均低于设计浸润线，坝体处于渗流安全运行状态。综上所述，某水库大坝垂直防渗墙需嵌入不透水层（基岩），贯入度达到100%时，能有效截断渗漏通道，同时当覆盖层（相对透水层）较厚时，应加大防渗墙厚度，防止其渗透变形，影响防渗效果。
综上所述，水库坝体防渗问题要结合稳妥得当的坝体防渗处理关键技术、科学合理的防渗方案优化设计及现代化监测预报平台应用等手段综合处理，可以显著降低大坝坝体防渗问题，从而更好地保障水利工程正常运行。
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