水利工程常见渗漏问题及渗控措施技术分析

杨秀海，吕天成

（1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽合肥 230022；2.University of Leeds,Woodhouse Lane,Leeds,LS2 9JT）

水利工程是人们利用水资源的重要形式，在防治水害、水能利用、水流调节中起着非常重要的作用，其中渗透稳定性是影响水利工程安全的主要工程地质问题，也间接影响了工程的设计使用时间。因此，对水利工程防渗技术进行实践总结，提高水利工程质量水平，具有重要意义。

由于受历史条件和生产力水平的限制，我国20 世纪修建的大部分水工建筑物都存在着一定程度的先天不足和后期老化问题。软基地区不同程度都存有较强的透水层，易产生浸没、管涌、流土等渗透破坏等。岩基中的软弱夹层是水工大坝、洞室围岩及岩质边坡等工程的薄弱点，在长期水力作用下的渗透变形问题，更是建基岩体稳定性评价和工程研究的重点[1-2]。渗控措施是水利工程的重点，渗控的目的是隔断水工建筑物两侧的水力联系，降低天然地基的渗透系数及渗漏量，增加水工建筑物的安全性及工程效益。

1 岩土体渗透性分级

水利工程建设前需查明场区地下水的类型、赋存条件、水位分布特征及补排条件，含水层和相对隔水层埋深、厚度、连续性、渗透性，进行岩土渗透性分级[3]。可按渗透系数或透水率的大小进行分级，以表征岩土体渗透性强弱程度，从而为评价工程渗漏的可能性、渗透稳定性和选择地基渗控方案提供依据。水利系统岩土体渗透性分级见表1。

表1 岩土体渗透性分级

2 岩土体渗透变形类型和判别标准

岩土体的渗透变形类型的划分，目前主要以土层中产生的渗透破坏现象为依据，根据土层的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析确定，具体可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四大类。岩基中的渗透破坏主要发生在各类张开裂隙、断裂带及软弱夹层中充填的松软物质，实际渗透破坏特点和过程相对软基表现的隐散和缓慢，临界比降也远较软基大（软基一般0.15~1.6，岩基软弱带则可达2.0~20.0），根据文献[2]，岩基软弱带渗透破坏类型可分为冲刷、流土、劈裂、充填和化学潜蚀五种。

软基中单一土层的渗透破坏形式的最主要的是流土和管涌，接触冲刷、接触流失多出现在多层结构土层、建筑物与地基接触面以及部分岩体软弱带中。粘性土渗透变形主要是流土和接触流失，无粘性土渗透变形类型一般根据土的级配连续情况确定粗细颗粒的区分粒径d，结合不均匀系数Cu、细颗粒含量P、粗细颗粒含量比D/d三个参数，根据GB50487附录M确定。

岩基中对岩体裂隙充填物、断层破碎带和软弱夹层进行渗透稳定评价时，一般都是取样进行室内试验，但由于现场取原状样困难，代表性难以保证，在实际工作中常通过压水试验的P-Q 曲线类型判别，也可判断出岩体中的软弱物质是否产生渗透变形。当压水试验出现A（层流）、B（紊流）及C（扩张）型曲线时，可判断在某个压力作用下，软弱夹层出现劈裂破坏，在试验压力作用下裂隙状态产生变化(原有裂隙加宽，隐裂隙劈裂)，岩体渗透性的这种变化是暂时的、可逆的，随着试验压力的下降裂隙又恢复到初始状态，呈现出一种弹性扩张性质，岩体裂隙本身其实并没有物质被带出。当出现E（充填）型曲线时，间裂隙状态发生了变化，岩体由于裂隙被部分堵塞造成渗透性减小。但当出现D（冲蚀）型曲线时，即可判断裂隙出现渗透破坏，充填物被冲蚀，对这类渗透稳定问题要予以高度重视，并进一步加以研究论证[4]。另一种渗透破坏类型是化学潜蚀。当岩体软弱带中含有易溶盐类（如岩盐、钾盐、石膏等）以及某些难溶性盐类（如方解石、菱镁矿、白云石等）时，在流动水的作用下，尤其是在地下水循环比较剧烈的区域，矿物逐渐被溶蚀，被水流带走而使岩体的完整性和强度均受到影响。

有关岩土体渗透特性的研究，可根据原位渗透试验、压水试验和室内渗透试验等手段综合确定[5]。其中岩基的软弱夹层的结构构造、物质组成、产出环境、地下水运移条件等与松散地层有很大不同，而且不同工程遇到的具体条件也有很大差别，对一些十分重要的工程，也可进行现场大型渗透破坏试验，但这类试验费用高，过程复杂，试件过流面积难以有效控制，很难全面准确反映软弱岩体渗透特性[6]。

3 渗漏对水利工程的危害

岩土体微观上发生渗透变形后，在宏观上将形成渗漏，渗漏除损失水量外，还伴随着岩土体工程特性恶化，甚至影响工程的安全。较大的渗漏量可能影响水库、输水工程的功能发挥，造成经济损失，影响工程正常运行；对于软基及岩基中的软弱夹层、易溶盐、岩溶洞隙充填物，在水流长期作用下，可能发生渗透变形或化学管涌，严重时将破坏工程地基的完整性，甚至危及工程安全；另外渗流会在水工建筑物基础下部形成扬压力，过高的基底扬压力不利于建筑物的抗滑、抗浮稳定性。

4 常见渗控措施的选择

防止岩土体产生渗透破坏，应采取渗控措施。在此笔者查阅大量文献资料，现将常见渗控措施概括为灌浆、截渗和排水减压三大措施[7-10]，为方便查阅，现将水利工程常见渗控措施的工作原理、检测方法和详细特征列于表2、表3。

表2 水利工程常见渗控措施工作原理及检测方法一览表

表3 水利工程常用防渗措施特征一览表

4.1 灌浆措施

灌浆措施是改善岩土体的结构特性，提高其抵抗渗透破坏能力，使其变成为不易产生渗透破坏的岩土体。通常用在裂隙岩体和岩溶化岩体的防渗中，为防止岩体内断层破碎带、软弱夹层、裂隙充填特主渗透破坏，可采用水泥灌浆、化学灌浆、局部置换等方法提高这类软弱破碎物质的抗渗性，这类处理措施通常都是和提高力学性质相结合进行的。对砂砾石透水层也可以采用灌浆帷幕或用高压喷射灌浆形成防渗墙的方法，而含裂隙的粘土、粉细砂层则可用多头小直径截渗墙及劈裂灌浆，防渗措施下限可深入到相对不透水岩体中。

4.2 截渗措施

截渗措施是截断岩土体中的渗透水流或减小岩土体的渗透比降，使其小于允许比降。截渗措施可在渗透土层中兴建截渗墙，截断土层中的渗透水流，从而消除产生渗透破坏的前提条件。这一种方法随着施工工艺、设备和方法的不断发展，目前已成为在透水土层地基、强透水岩体中防渗工程的重要型式。截渗墙形式可以按施工工艺、材料类型，分为混凝土防渗墙（刚性或塑性）、粘土截渗墙等。截渗措施亦可用于第四系松散层或裂隙及岩溶化岩体的表面。如建在松散层上的闸坝，可利用坝前天然粘土作为防渗铺盖防渗，也可采用人工防渗料铺盖、混凝土衬砌、就地碾压防渗措施，以减少渗漏量和延长渗径，减小渗透比降。对于岩溶化漏水岩体，一般可同时采取堵洞、混凝土衬砌防、截渗墙等。

4.3 排水减压措施

排水减压措施是宣泄下游多余水头，保护建基岩土体的天然状态不被破坏，是降低基础扬压力的有效措施。如大坝渗控工程一般都包括防渗帷幕和幕后排水两部分，在坝基防渗帷幕下游同时采取排水（孔、幕）措施，则可明显降低坝基扬压力，提高大坝的稳定性。对于可能发生渗透变形的断层破碎带、软弱夹层、夹泥裂隙和溶蚀填充物等部位，应对排水孔采取相应的反滤保护措施，以防止发生软弱层带的渗透破坏。建于第四系覆盖层上的闸坝，当下游坝基出逸比降较大时，常采用排水孔排水降压。

5 结语

（1）为防止水工建筑物基础出现超过设计允许的渗漏，渗控措施应结合坝基的具体地质条件和建筑物型式选取。如建于土基上的闸、坝，一般可采取高喷灌浆、多头小直径截渗墙、劈裂灌浆、防渗墙、粘土斜墙等措施；建于裂隙岩体上的闸、坝一般可采用帷幕灌浆；对于岩溶化建基岩体，除防渗帷幕外，还可同时采取堵洞、混凝土衬砌防、截渗墙等。

（2）在水利工程中渗控技术较为常见，不仅能够起到防止地基渗透破坏、减少施工期基坑涌水等作用，还能起到消除砂土液化、基坑支护、增强地基承载力及稳定性等作用，设计时应结合具体工程特点，最大程度上从多方面发挥出保护工程的积极作用[11]。

（3）防渗措施历来都是水利工作者广泛关注的重点，需加强现场施工过程中质量控制及第三方质量检测工作。应采用量测、试验、监测等手段，按设计要求对施工过程各工序和技术参数进行严格控制，并及时准确地进行记录。施工结束后，应根据不同的渗控方案选择适宜的检测方法进行施工质量检测，分析施工过程检查和质量检查资料，并配合监测成果等其他检查资料，对渗控质量进行综合评价[12]。

（4）要严格执行施工监管。施工时要安排相关的工作人员进行检查和监督，一旦发现问题要及时严肃处理。处理问题要科学得当、做好记录，只有把握好每个环节，才能得到真正有效解决渗漏问题，提高工程质量。