水库渗漏原因分析及灌浆防渗处理

□刘 欣 □李延军（洛阳水利勘测设计院）

洛河、伊河中下游类似平原的现代地形，其间分布有众多的小型水库工程，大多数水库工程的挡水建筑物是建于20世纪50～70年代的土石坝，受当时经济技术条件制约及该地区地质条件的影响，许多水库都存在不同程度的渗漏问题，其中部分水库渗漏问题严重，已影响到水库大坝的安全，这些水库是现阶段除险加固工作的主要内容，而正确分析水库渗漏的原因，并采取有效的防渗处理措施是除险加固工作重点。笔者根据自己的工作经验，总结了产生水库渗漏问题的原因，并介绍灌浆技术在水库防渗处理中的工程应用。

一、水库渗漏问题的原因

（一）河床砂砾石层产生的坝基渗漏问题

洛阳盆地内上层广泛发育着由残积、坡积、冲积等成因形成的第四系松散堆积物，厚度较大。下伏地层为晚第三系粘土岩、泥灰岩夹砂砾岩组成，呈近水平层状分布，盆地四周边丘陵地带有基岩零星出露。河流上游山高坡陡，河床坡降大，以切割侵蚀为主，冲洪积堆积层薄，河流中下游河床变宽，坡降小，堆积较厚的砂砾石层，部分厚达30～40m以上，砂砾石层多具有双层结构，即上部全新世形成的松散砂砾石层和下部更新世形成的含泥砂砾石层。

松散砂砾卵石层堆积厚度变化大，分选性差，磨圆度好，结构松散，含泥量＜5%，含砂量一般10%～30%，卵砾石多呈弱风化，粒径一般＜15cm，往往含少量粒径30～50cm的漂石，透水性强～极强，属渗流管涌土。含泥砂砾石层，中密～密实，含泥量一般7%～10%，卵砾石多呈强风化或形成强风化壳，地基承载力高，透水性略小，渗透系数一般＜1×10-2cm/s，多属中等透水层。渗流破坏是砂砾石地基的主要工程地质问题，洛阳市在水利水电工程建设中曾付出过较大代价。如孟津县的五八水库、伊川县的银河水库等建成后，坝脚出现集中渗漏点，伴随砂砾石的跳动，甚至在坝上游粘土铺盖中产生冲蚀洞，严重危害大坝的安全。伊河、洛河上游支流部分水库也正是由于未经坝基防渗处理而直接建坝于砂砾石层上，致坝基渗漏严重，危及大坝安全稳定。

（二）坝肩碎石土层(崩积物、坡积物)产生的坝肩渗漏问题

洛阳盆地大部分沟谷两侧坡麓地带堆积有坡积物或崩积物，堆积厚度变化大，以含泥碎块石、含碎石粉质粘土为主，组成成分杂乱无章，结构松散，含泥量变化大，透水性也变化较大，部分土体属渗流管涌土，部分水库由于开挖不彻底，部分坝基直接置于坡积物或崩积物上，坝基(尤其是坝肩部位)渗漏严重，严重威胁大坝安全。这种现象在山区较为常见，如洛宁县的沁口水库和瓦川水库，两侧坝肩置于强～中等透水性的坡积物上，水库蓄水后形成了较严重的渗漏破坏，在坝后甚至出现了直径有50cm左右(洞口可见的尺寸)的集中渗漏通道。

（三）基岩风化节理裂隙带产生的坝基渗漏问题

洛阳盆地的基岩主要为岩浆岩和沉积岩，由于岩性质坚性脆，在内、外各种地质营力作用下，表层形成了以张性节理裂隙为主的风化带，其渗透系数较大，由于坝基没有很好的清理，坝体与山体结合面及山体风化节理裂隙带极易形成渗漏问题，这种渗漏形态有较普遍的分布。如汝阳县的青山崖水库就是典型的基岩风化节理裂隙带产生的坝基渗漏问题，接触渗漏较严重，已危及大坝安全。

（四）由于填筑质量差或筑坝材料质量差而产生的坝体渗漏问题

洛阳市境内大多数水库工程的挡水建筑物是建于20世纪50～70年代的土石坝，受当时经济技术条件的制约，坝体存在2个主要的问题：一是由于当时大多采用人工填筑(滚碾或蛙式夯打)压实，致使绝大部分的土石坝填筑质量较差，不能满足现行《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）对压实度要求；二是由于没有进行严格的质量控制，部分防渗土料质量较差，土中碎石含量较高或土料含水量过大，碾压不实，有松土层，坝身分层、分段、分期填筑时，各结合面结合不好。因此坝体防渗性能较差，从而产生了坝体渗漏问题。如金水河水库就是由于上述原因产生了坝体渗漏问题，坝后部分坝体长期处于饱和状态，且存在集中渗漏。

（五）因坝体结构不合理(如坝下涵管)而产生的渗漏问题

因坝体结构不合理而产生的渗漏问题主要有以下几种情况：一是坝内涵管与坝结合不严密，沿涵管周边形成渗漏，严重时坝体迎水面形成下陷；二是坝身的涵管，由于其强度和基础变形考虑不周而断裂，有压水流通过裂缝沿管壁及坝坡薄弱部位渗出；三是均质坝坝坡陡，反滤层设计不当，迫使浸润线在坝的背水坡反滤排水体以上逸出；四是复式断面土坝的粘土防渗体与下游透水坝壳之间，缺乏良好的过渡层，使防渗体遭到破坏透水。

总之水库渗漏问题的原因是多方面的，而正确分析水库渗漏的原因，对采取有效的防渗处理措施具有十分重要的意义，因此在水库除险加固工作中，为科学分析水库渗漏的原因而充分开展地质勘察工作是十分必要的。

三、灌浆技术在防渗处理中的应用

随着科技的进步和防渗材料的发展及施工技术条件的改善，防渗处理的手段呈多样化，但笔者根据自己的工作经验来看，灌浆技术是一项经济技术合理、适应性广泛的防渗处理手段。从上述产生渗漏问题的原因来看：河床砂砾石层产生的坝基渗漏问题除灌浆以外，可采用防渗墙处理，但两者相比灌浆处理更具经济合理性；坝肩碎石土层(崩积物、坡积物)产生的坝肩渗漏问题除灌浆以外，可采用土工膜处理，但两者相比较，灌浆处理能更彻底地解决问题且时效性更长；对于基岩风化节理裂隙带产生的坝基渗漏问题，灌浆是最好的解决办法；由于填筑质量差或筑坝材料质量差而产生的坝体渗漏问题除灌浆以外，可采用套井处理，但套井处理必须放空库水，且套井造孔时遇到地下水时无法有效截渗和保证填筑质量，相比采用劈裂灌浆对施工条件的要求要低的多；因坝体结构不合理而产生的渗漏问题，如涵管的封堵，与其他手段相比，在减少对坝体的影响和适应性上，采用灌浆封堵有明显的优势。由此可见灌浆技术在水库防渗处理中是一项值得推广应用的技术。

根据灌浆材料的不同，一般可分为粘土灌浆或水泥粘土浆灌浆、水泥灌浆或水泥砂浆灌浆、化学灌浆等，其使用范围和施工工艺简述如下：一是，粘土浆或水泥粘土浆灌浆，适用于坝身和非岩性坝基的堵漏和截流。灌浆孔的布置：一般可在渗漏段沿坝轴线布设单排孔，也可以根据实际需要增加排数；孔距应根据土层的渗水情况和采用的灌浆压力等因素综合考虑；布孔由疏到密；孔深应超过漏水部位3～5m。二是，水泥或水泥砂浆灌浆，适用于破碎岩基的固结灌浆和帷幕灌浆。布孔时孔距与排距必须满足防渗帷幕的连续性，一般可根据坝基的透水性和承受水头压力大小来决定，一般孔距2m左右；帷幕线应布置在心墙坝和斜墙坝截水齿墙中心，或均质坝的坝轴线上游，排数根据实际需要确定。水泥砂浆一般适用于大流量的松散堆石体或类似地质情况的堵漏。三是，化学灌浆，适用于坝基防渗，浆液粘度很低，与纯净水差不多，能灌入0.15mm以下的细缝或0.1mm以下的粉砂，且能缩短凝结时间。

针对土石坝的渗漏问题不同的原因，应根据具体情况采用具体的防渗处理措施。下面以一些工程实例进行简要分析。一是，孟津县五八水库除险加固工程：孟津县五八水库是以供水为主的小型水库，坝型为均质土坝砂壳坝，大坝建于1958年，受技术及历史等原因限制，大坝未经坝基防渗处理而直接建坝于砂砾石层上，坝基渗漏严重，除险加固时对坝基采用水泥帷幕灌浆处理，施工完工后，检查孔压水试验显示施工效果良好，确保了水库的正常运行。二是，洛宁县瓦川水库堵漏灌浆工程：洛宁县的瓦川水库，是一个以灌溉为主的小型水库，其两侧坝肩置于强～中等透水性的坡积物上，水库蓄水后，形成了较严重的渗漏破坏，在坝后出现了直径有50cm左右(洞口可见的尺寸)的集中渗漏通道，已危及大坝安全，此前进行过简单开挖回填处理，未能取得效果，后来为封堵该漏洞，在沿轴线方向布置了单排灌浆孔的进行灌浆堵漏处理，孔距2m，灌浆过程中浆液从漏洞中冒出，经过反复处理，施工结束后，漏洞得到了有效的封堵，消除了安全隐患。三是，汝阳县青山崖水库除险加固工程：汝阳县青山崖水库也是一个以灌溉为主的小型水库，水库蓄水时渗漏问题严重，主要为左、右坝头接触及基岩部位渗漏严重，溢洪道基岩裂隙渗漏，除险加固时将对坝体与坝基的接触段及以下基岩部位采用了单排帷幕灌浆的方式进行处理，取得了良好的效果。

四、结束语

洛阳市及周边地区大量早期兴建的水库工程，由于多种原因影响，较多的水库存在安全问题，尤其是因渗漏而引起的病险土石坝数量占有较大的比例，如何治理好病险土石坝的问题是关系到国计民生的重大问题。而水库渗漏问题的原因是多方面的，正确分析水库渗漏的原因，对采取有效的防渗处理措施具有十分重要的意义，因此在水库除险加固工作中，为科学分析水库渗漏的原因而充分开展地质工作是十分必要的。

针对土石坝各种安全问题，应根据实际情况，采用相应的维修措施。现今对于中小型土石坝的除险加固问题主要是防渗问题，笔者根据目前已实施的工程经验来看，灌浆技术是一项经济技术合理、适应性广泛的防渗处理手段，值得推广应用。但产生渗漏的原因是多样的，因而防渗处理手段也不是唯一的，采取灌浆技术时，还应根据具体的渗漏原因采取其他相应的处理方式使之有机地结合。尤其是对卵砾石层、松散堆积层的地基进行防渗帷幕灌浆，还须不断优化灌浆工艺设计和采用新材料，才能取得良好的灌浆效果。