土質堤壩滲漏研究論文

導語：土質堤壩滲漏研究論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

水庫堤防滲漏（SeepageofReserviorandlevee）通常是指水體向圍護區（庫盆、堤防保護區），以外滲流而產生水量漏失的現象[1]。如其滲漏量較大，將顯著降低水庫效益；降低軟弱結構面強度，使某些巖土或斷裂帶充填物產生滲透變形；造成相鄰低谷、洼地或壩基揚壓力增加；下游地下水位抬升、建筑物地基浸沒、失穩；引起壩肩、壩體滑動等環境地質問題，造成下游農田浸沒和鹽漬化等，但由于這種滲漏現象通常是徐變漸進的，一般不會立即造成水庫堤防潰決、垮壩等災難性后果。

本文主要論述水庫、堤防、非常溢洪道等永久性或半永久性擋水建筑物的滲漏問題，同時結合工程實踐，提出相應的應急措施和處理方法。

1、滲漏的主要表現形式

土質堤壩的滲漏，常見的有壩基滲漏（Seepagethroughdamfoundation），壩體滲漏（Seepagedam）、涵閘滲漏（Seepageconduitandlock）、接觸滲漏（Seepagecontact）、繞壩滲漏（Seepagethroughdamabutment）和溢洪道滲漏（SeepageSpillway）等，現分述如下：

[壩基滲漏]通常是指水體沿壩基和壩肩透水巖土帶滲流而發生漏失水量的現象。由于土石壩對地基強度的要求不高，因此基礎的防滲處理好壞直接關系到土石壩的運行安全。有些水庫地基基礎復蓋層很深，或其基巖為透水巖土帶，如：未膠結或膠結不好的砂礫石層，砂礫巖、砂巖、巖體風化帶或裂隙透水帶；巖漿巖，非巖溶化沉積巖和變質巖中的斷層、裂隙密集帶；玄武巖、安山巖等噴出巖的柱狀節理，層間裂隙和巖熔洞穴；還有一類為巖溶透水帶，如石灰巖、白云巖、大理巖、頁巖、泥質頁巖等。建設時由于經費或其它種種原因對地質情況未予探明或探知后未得到妥善處理，結果在運行多年后，隱患逐步暴露并造成壩基、壩肩嚴重漏水。如我市安吉縣老石坎水庫（大（二）型），其非常溢洪道的三級自潰壩就位于厚度2~10m，透水性較強（>33LU）的鈣質頁巖的風化破碎帶上，由于原工程施工時，原壩基未進行徹底處理，部分壩基未挖至基巖，兩岸山坡及中間分隔墩的墩體均為厚度1~15m的強風化巖，而隔墩周邊的擋水墻又是采用整體性和防滲性能相對較差的漿砌塊石和地產的325＃水泥砌護，結果在“99.6.30”洪水期間出現了全壩段、大面積的集中滲漏；湖州市區妙西鄉的盛塢、利山水庫，91年市區旄兒港臘山段施工圍堰等均存在著上述情況。

[壩體滲漏]主要是指水體透過壩身滲流而造成水量流失的現象，由于土質堤壩是由土料構筑的，而土料具有一定程度的透水性，在持續高水位下，如果填筑的土料選擇不當或夯壓不實，滲透到壩體內部的水分即會相應增加，浸潤線和出逸點也會明顯抬高，如不及時處理，就可能發生滑坡、漏洞、塌坑等，因而對土質堤壩的安全和穩定危害很大，其演變過程通常是從潤濕散浸集中滲漏流土、管涌潰決。如湖州市區南埠鄉庫容2萬m3的銀家塢山塘曾在91年洪災中發生潰決，事后勘查，發現該山塘潰決的主要原因是壩型不合理（反拱型）、加上壩身單薄，白蟻洞穿土壩拱端，發生持續高水位時，蟻道貫通壩體并形成集中滲漏和流土，最后導致潰決。99.6.30洪水期間，長興、安吉二縣有十幾只發生潰決，也是由于堤身單薄，背水坡堤腳有塘，加上白蟻危害。洞穿堤身，最后在高水位時發生漏水、塌坑、流土而最終潰決。

[涵閘滲漏]是指水體通過涵閘破損斷裂部位或因周邊止水失效，或因閘身不均勻沉陷導致閘體變形并在其周邊接觸處發生的水體流失現象。如：我市導流西大堤埭溪老翻水站一側就有一閑置不用的5m大閘，因基礎沉陷、閘身變形，造成閘身周邊漏水，93年洪水期間，該閘的漏水量高達2.0m3／s。至于水庫涵閘漏水的情況更是屢見不鮮，如：1996年春，我市最早興建的一座西羊山水庫，就因大壩不均勻沉降造成分級臥管斷裂和底孔閘門嚴重漏水；安吉縣大河口水庫1998年則因高水位時涵洞高壓水流洞穿頂部上緣一處廢棄的放水涵管的封口閘板，造成出水段背水坡一側大面積滲流，其滲流最高達50L/S。

[接觸滲漏]主要是水體沿壩體與山體結合部或風化巖層處向下游地區滲流的現象，最典型的為位于長興煤礦的東風水庫，該水庫右壩頭與山體結合部位為強風化帶，由于建庫時未做防滲處理而且巖層又傾向下游，從而形成集中滲漏，91年洪水期間，其滲流最高達10~12L/S。市區的盛塢、革命等水庫也有類似情況。

[溢洪道滲漏]如加以歸類也可列入接觸滲漏，最常見的有三種。一是水庫大壩加高時，對原遺留的臨時溢洪道部位未作妥善處理，結果在結合層面上發生滲水，如80年代初市區喬溪鄉紅旗水庫的左壩頭發生的滲水就屬于這種類型；二是溢洪道位于土基或風化巖基上而基礎又未作很好處理，結果在高水位時造成庫水沿溢洪道基部向下游滲流，如：安吉縣椅子塔、楊樹塢，長興縣顧渚、牛角沖水庫、市區石橋塢、三澗頭等十多座小（二）型水庫和山塘就屬于這種情況；三是對溢洪道與壩體導水墻和底板結合部，未作有效的防滲處理，導致高水位泄洪時，水流向壩體一側滲流，如：市區妙西鄉霞幕山水庫的滲漏就是由上述二、三種原因合并產生的。

2、滲漏成因分析

造成土質水庫堤壩滲漏的原因錯綜復雜[2]，但概括起來，無非有以下幾種原因：

2.1設計上的缺陷

五、六十年代群眾性水利運動時，我國和各省市曾成功地修建了一大批水利工程，其豐功偉績也是有目共睹的，但囿于當時的技術和認識水平，加上片面地追求高速度和“土法上馬”，許多小型水利工程采取“邊勘測、邊設計、邊施工”的方法，致使許多工程缺乏規范的圖紙，即倉促上馬；在設計思想上則片面追求“多快好省”，并盲目照搬蘇聯經驗，大量采用了壩下涵管、經濟管徑和經濟邊坡而未認真考慮放水、檢修、泄洪和電站擴容等需求，致使溢洪道和放水涵管尺寸偏小，壩身過于單薄或壩坡偏陡，部分水庫防滲體斷面偏小；少數小（二）型水庫甚至未在壩后設置反濾措施，從而導致出逸點偏高和大面積散浸及漏水。

2.2施工上的缺陷

主要是五六十年年代開展的群眾性水利運動中，缺少必要的質量監測和控制手段，致使輾壓強度不夠；或填筑土料多雜質并有較大土塊（豬肝土等）未予充分粉碎夯實；或每層填筑厚度過大（≧40cm），分段施工接頭處又未能作有效搭接；另一種常見的通病是大壩經多次加高時，新老土結合部往往未作有效處理，從而出現結合層面上的分層現象并導致水平向滲水；三是大壩加高時，防滲體（心墻、斜墻等）與壩體和兩側山坡結合部未筑嵌槽或作妥善處理；四是溢洪道與壩體、山體的連接部分以及導水墻等，未作有效的防滲或截滲處理；壩后排水反濾體質量差或失效，從而造成浸潤線和出逸點抬高，滲水從坡面上逸出。如：安吉縣天子崗水庫、長興縣宿子嶺水庫（中型）的滲漏就是這種情況；五是壩下涵管未設截水環或設置過少，加上基礎軟硬不一，導致涵管變形折斷和漏水等。

2.3地質上的缺陷

由于受經費和開工期限制約，絕大部分小（二）型水庫及重要山塘在營建前均未作地質勘探，部分水庫由于建于溶巖或復蓋層很深的地區，施工時又未很好開挖或無法挖到新鮮基巖；發現問題后也未修筑防滲鋪蓋或實施帷幕灌漿，最后導致壩基滲漏和壩后沼澤化，如：安吉縣姚塢水庫、市區陸家莊水庫就是這種情況。還有些水庫堤防為了減少填筑方量和節約投資，常將嚴重風化或節理發育破碎的部分山包、崗垅未作處理或略作處理后，即作為壩體的一部分，從而造成壩體滲漏，如：湖州市梅峰鄉的三八水庫，其主副壩和連接的山包在水庫滿蓄或庫區下大雨、暴雨時，其山體坡腳處就有二、三處集中的滲水漏洞，滲流量可達5~6L／s。

2.4材料上的缺陷

在五六十年代興建水庫時，由于“三材”十分匱乏，為趕進度部分圬工建筑物被迫采用地產“土水泥”和石灰作膠結材料，如麗水地區縉云縣在前后大搞冬修水利運動時，就曾“土法上馬”采用陶、木、素混凝土或用凝灰巖鑿成外方內圓的涵管作為放水建筑物，由于這些涵管強度低，抗腐蝕能力差，結果留下了漏水和剝蝕的隱患；部分水庫由于缺乏優質土料，甚至采用含水量及腐植質極多的水稻土、淤泥質粘土、腐質土或砂壤土作為壩體填筑材料，從而造成壩體不均勻沉陷和漏水，如：市區南埠鄉陸家莊水庫壩體壩基漏水十分嚴重，81、82年進行套井回填處理時發現：用沖抓抓取的土樣中有不少為黑色發臭并帶有稻根的水稻土，干容重r≤1.2g／m3。

2.5運行管理上的缺陷

實行聯產承包責任制后，不少小（二）型水庫和山塘長期處于無人管理的狀態，致使啟閉設施、涵閘、拉桿嚴重失修和銹蝕，如：市區青山鄉的六十畝、梅峰鄉的三八、五四等水庫即是如此，結果在汛期或干旱季節無法正常啟閉，從而造成無益棄水或大量漏水。

2.6蟻害、獸害

早在2300多年前，韓非子就提出了“千里金堤，潰于蟻穴”的著名論斷。1998年長江洪水，荊江大堤，以及“99630”洪水杭州、德清的西險大塘均曾發生數十處漏水、跌窩等險情后，經查明其絕大多數均為黑翅土棲白蟻危害所致。根據我市1975年5至6月對全市96座水庫山塘普查的結果，有白蟻的達78座，蟻害率高達81.25％。歷史上我市對河口、老石坎、天子崗、石沖、五豐等一批大中型水庫均曾發生過嚴重的白蟻危害。如安吉縣良朋鄉的石沖水庫在八十年代即發現白蟻危害，后采取局部毒土灌漿和毒餌殺滅后仍未奏效，1996年4月防汛檢查時，發現水庫大壩有十多處被白蟻洞穿，并在中端一處老山包上挖出一直徑2×1.2×1m的特大型蟻巢；又如：市區南埠鄉95年一座新建的福塢水庫，在開挖齒槽兩側時，就在開挖的上緣部分發現2個直徑為0.5×0.5×0.5m的黑翅土棲白蟻的大型蟻巢，由于土棲白蟻具有廣布性、隱蔽性、漸進性和再生性，從其入侵、滋生、繁衍、擴展并產生危害一般需8－9年，因而常常會被人們忽視，如果不及時加以殺滅、挖除或采取灌漿充填和毒土處理，就有可能在持續高水位時發生漏水、跌窩和潰決。

3、緊急狀態時的主要對策

“上堵（截）下排”，是水庫堤防防滲搶險時必須遵循的一個基本原則，即在迎水面迅速查明漏水部位，并及時截斷漏水來源，同時在背水坡滲漏部位，采用反濾導滲和壓滲，以防止流土和險情進一步擴大[3]。切忌在背水坡滲水處用不透水材料進行強堵，以免釀成更大的險情。一切搶險方案和預案均需按照這個原則進行制定。根據我市“83、84、91、92”和“99.6.30”洪水期間一批水庫堤防的搶險實踐經驗表明，如遇險情，必須迅速抽調1至數名富有實踐經驗，有一定權威和能相互協調的技術人員以及一名頭腦冷靜并能果斷決策的領導到現場指揮，在查明原因并制定切實可行的搶險方案后，為防止險情擴大，必須立即調集勞力、搶險物資，統一指揮搶險，切忌群龍無首，眾說紛紜和猶豫不決，以免貽誤戰機。

根據多次實戰經驗來看，堤防搶險堵漏的主要手段是：“臨水截滲，穩定壩坡”。即在迎水面離堤腳2－3米處拋石以加固堤腳、消殺水勢，同時可采用土工膜（布）、彩條布貼面截滲或用有內襯塑料薄膜的編織袋加土封堵；如庫水深，風浪不大，附近又有豐富的粘性土料時，也可在迎水坡一側或利用船排，由上而下，由里而外慢慢倒土，使其在漏水一側沉積固結，以達到封堵閉氣的目的；如庫水位較淺也可在水面以下用松木椿和土袋筑一圍堰，然后在圍堰內倒土夯實并做好標識。如發現滲水漏洞時，也可用棉絮或鐵鍋覆罩，然后用土袋封堵，必要時也可采取沉船封堵。在背水面滲水處則可用有反濾導滲能力的土工布、編織袋（布）攤鋪貼護并加壓塊石或砂石料進行壓滲，本辦法能最大限度地調配和使用勞力，并可避免窩工，同時還可避免背水坡修筑的燕子窩（月堤）在持續高水位或迎背水坡水位差過大時產生的土體松軟、坍塌和滲水面積進一步擴大的危險。如果一時調集不到土工織物和砂石料時，也可利用各地盛產的蘆竹、蘆葦、柳條、松枝、稻草、麥桿等梢料用繩索扎緊后，分層貼鋪在滲水部位，以防土體被水流帶出。“99.6.30”洪水期間，我們在導流東大堤搶險時，即采用上述辦法并取得較好的效果。

對于水體較深的水庫特別是涵管嚴重漏水、啟閉機又無法正常啟閉的情況下，可采用雙層編織袋，中間襯以舊棉絮，再用尼龍線或聚乙烯線縫綴成米字形，并在四角各系長繩，底綱上則懸吊塊石作為沉子，然后在岸邊和用船排1—2只將襯有棉絮的編織袋緩緩投入滲漏部位，利用負壓和牽引繩索使編織袋緊貼漏水部位，再拋置土袋貼坡加固，如：我市城區南埠鄉的陸家莊水庫、菱湖區青山鄉的六十畝水庫、梅峰鄉的“三八”水庫均曾采用此法進行搶險并取得較好的效果。當水庫堤壩發生持續高水位時，由于滲透流速加大，滲透坡降變陡，如滲透坡降大于地基表面弱透水層或壩體防滲層允許的滲透坡降時，會在背水坡壩腳附近發生滲流破壞并形成管涌和流土，這時的搶護原則為“反濾導滲，控制涌水，留足滲路”，這樣可使粉細砂層不再破壞，又可降低滲水壓力，從而使險情得以穩定。其常用的搶險辦法為為：反濾壓蓋，即用土工織物，砂石、梢料反濾壓蓋，并以制止涌水帶出細沙和使渾水變清，穩定險情為原則；也可在管涌流土處搶筑反濾圈井或減壓濾井，前者適用于管涌流土數目不多，面積不大的情況，后者適用臨背水頭差較小，高水位持續時間短，管涌或流土周圍地表堅實、完整、滲透性較小且未遭破壞和出險處較少的地段，常用的有無濾層圈井或用無底木桶、鐵桶緊套在出水口上面，四周再用袋圍筑；當背水坡腳出現分布范圍較大的管涌群時，也可搶筑月堤，截蓄涌水直到制止涌水帶沙和險情穩定；也可修筑透水壓滲臺或水下拋填反濾層等。對流土搶護（俗名“牛皮脹”），則可在隆起部位鋪墊稻草、蘆竹、柳枝等梢料，然后上壓土袋或塊石。

4、水庫堤壩滲漏搶險后的治理

水庫堤壩滲漏經緊急搶險并轉危為安后，應進一步查明病因，并對癥下藥徹底根治。對于壩基滲漏通常可用垂直截滲（混凝土防滲墻、帷幕灌漿）、設置水平或斜坡式鋪蓋，排水減壓；巖溶地區通常采用混凝土堵塞和隔離，以便將滲透比降、揚壓力和滲透壓力控制在允許范圍內；對于壩體和堤防的滲漏，常見的處理方法有壓力灌漿，劈裂灌漿，套井回填，加做粘土或混凝土連鎖截水墻；在迎水面采用土工膜防滲處理；下游面采取導滲溝或采取貼坡排水、褥墊排水或加做反濾層以降低出逸點高度；對于涵管漏水通常可采取環氧樹脂補漏、鋼絲網水泥噴漿加固、化學灌漿或另打隧洞；對于抗滲性較差的斷層破碎帶，通常是在斷層破碎帶與建筑物基巖防滲帷幕軸線的相交處，沿斷層的傾向開挖豎井、斜井或平洞，同時清除軟弱破碎物質再回填混凝土，對于混凝土與斷層上下盤基巖的接觸面則應進行灌漿處理；對于接觸滲漏處的風化巖層則可采取水泥灌漿；對于白蟻巢穴可采取0.2％克蟻星或伊維菌等生物農藥進行毒土沖填灌漿和藥物防治，其處理辦法，在一般技術書刊中均有詳細介紹，故本文不再詳述。

5、討論與小結

（1）滲漏是土質堤壩的常見病、多發病，也是水工程管理單位的心腹之患。通常情況下，有一個從局部散浸滲水集中滲漏流土塌方潰決和量變到質變的過程；對此，務必不能掉以輕心，俗話說：“千里金堤，潰于蟻穴”，因此，必須治早、治好、抓早、抓了。湖州市1998年起，先后對全市500多座山座水庫150多公里重點堤防進行了普查和防治工作，在摸清情況、查明病因后，制訂相應的除險加固方案，并建立和健全工程的資料檔案，然后結合標準化水庫和標準堤建設，根據輕重緩急，分期分批進行治理。由于處理得力，91年以來，全市未發生庫塘潰決的情況，白蟻對土質堤壩的危害率也從1991年的88.9％降低到1999年的7.14％。

（2）防治滲漏的基本原則是“上堵下排，臨背并舉”，這在搶險和汛后處理時都必須嚴格遵循。

（3）土質堤壩滲漏的原因是錯綜復雜的，必須通過“查、辨、問、切”，才能對癥下藥，藥到病除，如91年汛期市區南埠鄉麥塢水庫發生了大面積散浸和集中漏水，為確保水庫安全，曾有人建議用炸藥將溢洪道炸低，以利泄洪和降低庫水位，后筆者到現場查勘后，發現該水庫滲水均處在溢洪道底部以下1米處，經查閱文獻資料，并詢問原施工人員，才知大壩加高時，頂部4米填土均采用透水性較強的砂性土和砂壤土，由于水庫長期處于高水位，再加上連續暴雨，致使水庫出現大面積散浸和十多處小股滲水，但水質十分清沏，后采取降低水位，空庫度汛，汛期結束后，立即組織力量采取套井回填處理，套井回填深度也確定為溢洪道底部以下2米，實際處理深度僅6米，經處理后防滲效果良好，至今未再發現滲漏。

（4）為徹底根除壩下涵管的滲漏，有條件的工程管理單位，最好另打隧洞，以策安全。如：我市市區的陸家莊、利山、照山等3座庫通過另開隧洞后，大大減輕了水庫壩身滲漏的隱患并提高了水庫的騰空和調洪能力。

（5）土棲白蟻危害具有廣布性、漸進性、長期性、重復性、再生性、隱蔽性等特點，對水庫堤防的安全威脅極大，“99.6.30”特大洪水期間杭州至德清段就曾多次發現因蟻害造成的流土、坍方、滲漏等威脅，因此必須做到長防長治，警鐘長鳴，才能保持土質堤防的長治久安。

（6）土工織物和砂石料是水庫堤壩除險治漏的理想材料，今后應列入防汛搶險的必備物資。

參考文獻：

1、崔宗培等，中國水利百科全書，北京：水利電力出版社，1991.31、1655

2、牛運光，土壩安全與加固，北京：水利電力出版社，1998.319-322

3、水利部水利管理司等。防汛與搶險，北京：水利電力出版社，1995.32-83,125-131

4、張俊華等，河道整治及堤防管理，鄭州：黃河水利出版社，1998.130-156