土石坝施工渗流分析及防渗措施

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摘要：水利工程中，土石坝是常见的工程项目，在施工过程中土坝及地基中的渗流，由于其机械或化学作用，可能使土体产生局部破坏，称为“渗透破坏”，严重的渗透破坏可能导致工程失事，因此必须加以控制本文就针对土石坝的渗流进行分析，并给出了防治措施。

关键词：土石坝；渗流；控制理论

土石坝是历史最为悠久的一种坝型，目前仍然被广泛应用，发展的态势也是最快的。我国土石坝数量占到大坝总数的93%，优势非常明显。土石坝很依赖当地的资源，就地取材，充分利用当地材料，例如土料、石料和混合料，通过抛填、碾压等方式筑成大坝。关于土石坝的分类，主要有以下几种：土石坝按照材料可以分为土坝、堆石坝以及土石混合坝。土石坝按照施工方法的不同可以分为碾压式、充填式、水中填土坝以及定向爆破堆石坝等。土石坝具有节约运输成本、结构简单便于改造、适应变形的良好性能、施工工序较少等优点。但是土石坝还具有坝身一般不能溢流、填筑粘性土料受气候影响大以及施工导流不如混凝土坝方便等缺点。

一、渗流的发生

1、渗流

因为土石坝所需材料多数都是就地取材，在施工中就是利用这些当地的材料，比如：土料、石料或是混合料，在施工中，把这些材料经过一定的工程处理，采用抛填、碾压等方法建成土石坝，按材料的比例不同，有的称土坝，有的称堆石坝，有的称土石混合坝。填筑土石坝的材料之间都是散体的颗粒结构，这些颗粒之间有着大量的空隙，具有一定的透水性，当坝体工程完工后，水库蓄满水后，水平面沿着坝体上升，这样水流必然会顺着材料间的空隙渗透而产生渗流。如果渗流在控制范围之内，一般渗流都较小，水质也清澈，水流中没有土料颗粒，坝体会维持稳定的状态，不会产生渗透破坏而影响大坝安全。但如果渗流量过大且集中，水质中有土料颗粒，不透明有混浊感，则有可能发生坝体管涌现象，这种情况就是异常涌流，如果积患不除，会对坝体产生严重破坏，决口溃坝的情况都有可能发生，在以往的水利事故中，由渗流引起的坝体破坏占相当大的比例，要进行科学的渗流控制，保证坝体的安全。

2、渗流产生的原因

反滤层的原因。在大坝施工的防渗体中，反滤层是十分重要的一个环节，如果处理不好，很容易发生渗漏，如果填土和排水体这间层间系数过大，或填土不够密实，达不到防渗作用，或在施工时填土有错断混层情况，都会造成填土随着渗流而流失，破坏反滤层，如果反滤层工作平稳，通过排水降压，也不会加大渗漏的破坏。

防渗体施工不达标。在开挖截水槽时，有时会遇到施工困难的情况，有时施工队伍出于工期、成本的考虑，而半途而废，达不到设计的标准，致使防渗体达不到基岩或底部连续可靠的粘土层，这就为安全埋下隐患，蓄水时容易引发渗流。

土石坝两岸有台阶状岸坡。这时要处理成较平顺过度坡，可以变坡，在上下两坡度转折处，控制坡角之差在15～20度。如果存在平台，则平台处填土高度与平台的两端的填土高度，高差十分巨大，沉陷量存在不同，导致产生裂缝，从而对坝体产生渗透破坏。

3、渗流控制理论

渗流是土石坝常见的现象，而且后果十分严重，所以一直以来渗流及渗流控制都是土石坝工程中极其重要的课题。在实践中，不断的研究、发展和运用，形成了渗流控制的系统理论和方法，其中渗流的基本原理、渗流的分析方法、土体渗透稳定性三方面是渗流控制的理论基础，在控制理论的指导下，才有了渗流的一些控制技术，技术是理论的实践和实施措施。目前国内外的渗流研究主要集中在渗流量计算、渗透变形、渗透控制、渗流的数值模拟和渗透变形试验等几个方面，现在可以利用一些高科技设备建立模型、分析模型，在技术应用上，有了灌浆技术、反滤坝技术、土石坝坝坡滑动破坏加固、坝体灌注粘土浆加固、坝体和坝基的密度加固、土工合成材料加固等技术，另外还有防渗墙及其坝体坝基加固技术等，这些控制渗流的技术措施，都在大坝安全方面发挥了巨大作用。

二、土石坝施工中的渗流控制

土石坝施工过程中如何有效地控制渗流：第一，做好基础处理很关键。对大型的土石坝进行填筑施工以前，一般都需要采用一定的方法对地基进行综合处理，如采用防渗墙、帷幕灌浆、振冲以及固结灌浆等。特别是修建的工程处于深覆盖层上的时候，由于基础处理的工程量较大，从而不可预见的因素更多。第二，为了控制施工工期的季节性，应当充分掌握当地的地质情况以及水文气象资料。土石坝在施工中受到水文气象的影响很大：雨期由于土料的含水量较高，施工的强度就会受到严重的干扰；在冬季如果不采取一定的措施土料就会容易上冻，无法进行填筑，并且冬雨季施工虽然投入大，但是产出却很小。因此，必须采取针对性的措施应对冬雨期施工。对于土石坝工程一般不允许漫顶过流，因此，在截流后应当加快施工以在汛前将坝体的全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛，这就导致填筑坝体的施工工期相对紧张。在月平均气温0℃以下北方的冬季施工时，开挖工程、混凝土工程、灌浆工程以及填筑工程由于受到河流、土层冻结的影响，为了安全度汛并按期达到拦河高程，必须提高月填筑强度。第三，保证工程所用料场开采土以及石料的质量。所有进场的材料一定要进行复查，不合格的材料严禁进场，严禁使用，同时做好料场复查和储量计算，以免造成材料短缺而窝工或材料过度囤积而浪费。对于土石坝来讲，料场起着至关重要的重要，更是影响大坝能否顺利填筑的薄弱环节。通过多年的工程时间，与坝址的勘探程度相比料场的地质勘探远远不足，仅仅通过地形勘察或探洞对填筑较大的堆石料进行地质描述是不够的，这样就会容易与招标文件形成较大的出入而不能够保证大坝填筑级配的质量。第四，填筑施工的关键是如何确定一个合理的坝面分区，较大的土石坝体型为坝面的分区流水作业提供了必要的场面。在填筑工序上土石坝工程一般分为辅料、摊铺、洒水、压实、质检等工作。防渗土料的施工在坝面分区的流水作业中，划分填筑区域和流水作业应当根据填筑需要以及实际情况进行合理的划分，同时还要根据采用机械设备和填筑的情况进行调整。对采用平起填筑与临时断面填筑的土石坝工程，不可为一味减少临时断面填筑量而影响大型机械的正常施工，必须要确保填筑质量。第五，在实际施工中主要采用土石坝坝体灌注粘土浆的加固技术，通过灌浆设计以及采用灌浆工艺等确定并采用坝体以及坝基的加固技术。

因此，由于渗流对土石坝的危害极大，因此，在施工的过程中一定要加强对渗流量的控制，确保土石坝施工的安全以及质量。在技术方面进行控制的同时还要加强施工的管理工作，以确保土石坝的施工质量。

参考文献：

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