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摘要：本文分析了水库堤坝防渗处理的原则与技术措施，并结合深层搅拌法和灌浆法工程案例阐述了水库堤坝防渗施工技术应用。
关键词：水库；堤坝；防渗；施工技术
渗流是水库堤坝的主要破坏形式之一。据统计[1]，我国水库堤坝中90%以上为土石坝，因渗流破坏引起的病险堤坝比例达到54%。另据统计[2]，1998年长江中下游洪水灾害中渗流险情占总险情比例超过80%，重大险情以致决口事故的比例也非常高。以上事实足以说明，防渗处理并消除渗流险情对于保障水库堤坝安全具有极为重要的作用。堤坝防渗施工是解决堤坝渗漏险情的实际行动，施工技术又是施工中关键要素，因此本文对相关内容进行了分析和探讨。
1 水库堤坝防渗处理原则与技术措施
1.1 防渗处理原则
防渗处理也就是渗流控制，对于土石坝而言要想完全不渗不漏是做不到的，其实也是没有必要的。渗流控制就是将渗流状态控制在允许范围内，在这个范围内堤坝不会发生危险的破坏和险情，并可保障堤坝在相当长一段时间内安全。渗流控制的原则可以归为“前堵后排，保护渗流出口”[2]。前堵即采用水平防渗（延长渗径）和垂直防渗（截断渗流）措施来保护堤坝安全。后排就是通过控制渗流加快排出，以减小渗流压力（渗流坡降）的措施。保护渗流出口也就是通过设置反滤层来阻止水流中的细颗粒被带出渗流出口，防止堤坝内的防渗层破坏。下面就对这几种技术进行简略分析。
1.2 水平防渗措施
水平防渗是在堤坝上游坡脚至河滩部位采用黏土铺盖、抛土、放淤等措施，以减少和堵截坝基渗漏、绕坝渗漏和接触渗漏。粘土铺盖长度至少要达到水头高度的5～8倍才有效，渗水严重时必须加长到8～10倍；铺盖厚度在坝址坡脚处要达到4～5m，前端也要1～2m。抛土和放淤可以在不放空水库下进行，多用于临时抢险，但防渗层厚度也不应少于1m。水平防渗比较简单，容易操作，但防渗效果不如垂直防渗稳定，中小型水库或在坝基透水层很厚情况下仍不失为经济、有效的防渗手段。
1.3 垂直防渗措施
垂直防渗效果比较显著，一般可以比较彻底地解决堤坝渗漏问题，类型很多，包括防渗（幕）墙、垂直铺膜等。防渗墙按照成墙机理可分为以下几类[2]：（1）置换法，采用机械开槽后再置换为防渗材料的成墙方法。开槽方式也不少，如抓斗法、射水法、锯槽法、气举反循环法等。防渗材料一般采用塑性混凝土，成墙厚度25～30cm。（2）高压喷射灌浆法，钻孔结合高压射流破坏、分割土体，灌浆液与土体混搅形成连续的凝结体。按照灌浆形式分为旋喷、摆喷和定喷3种；也可以分为单管法、二管法、三管法等。成墙厚度12～15cm。（3）深层搅拌法，利用深层搅拌机械将水泥与土搅拌混合成水泥土搅拌桩，按照水泥状态分为水泥浆深层搅拌法和水泥粉深层搅拌法两种，前者应用较为普遍。成墙厚度25～30cm。（4）振动成桩法，利用振动成桩机将刀具或模具挤压到土体中成墙，按成型原理分为振动沉模法、超薄防渗墙法、板桩灌注法、振动切槽法等，成墙厚度7.5～15cm。（5）劈裂灌浆法，钻孔结合灌浆压力劈开堤坝坝身，同时灌入黏土泥浆封闭孔洞、裂缝及结构疏松土层，从而形成连续防渗帷幕。垂直铺膜法是利用开槽机开出槽孔，然后放入整卷土工膜，形成土工膜防渗体。常用土工膜有聚乙烯（PE）土工膜、聚氯乙烯（PVC）土工膜和复合土工膜等。
1.4 减压排渗措施
采用水平防渗措施只能保持渗流稳定，坝基下游仍有一定的渗透坡降，所以必须结合减压排渗措施。减压排渗主要采用减压井、排渗沟等进行减压排水并降低渗透坡降。减压井用于坝基下有强透水层或透镜体等特殊含水层，一般平行布置在堤坝轴线靠近下游坝脚处，其深度要进入强透水层内，使渗透水经滤管、引水管和上部排水口引出。减压井可单独设置，也可结合压渗平台一起使用。透水层较薄时可采用排渗沟排水。排渗沟由明沟或暗管组成，截穿透水层后将水引出。
1.5 出口保护措施
设置反滤层可以保护堤坝防渗体不受到破坏。从安全性和经济性考虑，很多专家都倾向于把大坝心墙下游侧的反滤层作为渗流控制的第一道防线[3]。反滤层一般设置在堤坝防渗体与坝壳之间，可以只设置反滤层，也可再增设过渡层，其材料为一定级配组成的砂砾料。
2 水库堤坝防渗施工技术
如前所述，水库堤坝防渗施工技术种类众多，本文以深层搅拌法和灌浆法为例阐述堤坝防渗施工技术。
2.1 深层搅拌法施工技术
深层搅拌法又称为水泥搅拌桩法，主要适用于处理黏土、粉质黏土、砂土以及粒径小于0.05m的砂砾层、淤泥等土层。某小（一）型水库坝基局部地段夹层中含砂层透镜体，渗透性较大，为了解决永久性渗漏问题，决定采用水泥搅拌桩进行防渗处理。设计墙厚0.3m，墙高12m。采用三头深层搅拌桩机，桩径为440mm，钻杆中心距为325mm。施工时三轴同步送浆和搅拌，正向掘进注浆搅拌，反向注浆提升搅拌，往复一次成墙，也就是“两喷两搅”工艺。其施工流程为：通水通电→场地平整→测量放样→设备安装及调试→主机就位→掘进注浆搅拌→反向注浆提升搅拌→成墙移机。根据测量放样点将主机移动就位，控制桩位偏差在±5cm内，垂直度偏差不超过1/200，深度偏差在±0.2m内。水泥浆采用32.5MPa矿渣硅酸盐水泥配制，水灰比为1：0.65，水泥含量约14%，并采用比重计检测控制水泥用量。掘进钻进速度为0.5～1.0m/min，反向提升速度为1.0～1.5 m/min。注浆流量为80～140L/min，正向掘进注浆量为70%，反向提升喷浆量为30%。每次成墙移机步幅为950mm，搭接长度为136mm。为保证成桩质量，掘进至桩底喷浆搅拌数秒再提升。
2.2 灌浆法施工技术
某小（二）型水库采用均质土坝，渗透系数达2.4×10-4cm/s，所以需要进行防渗处理。经过比较采用黏土水泥浆进行灌浆防渗处理。防渗墙布于坝轴线上，设计双排孔，排距为0.6m，孔距为1m，每孔扩散直径为1.2m，墙高19.8m以内。浆液配制时，先以水泥15%～20%、其余为黏土的比例混匀，然后按水料比2：1、1.5：1、1.2：1、1：1进行灌浆，2：1为开灌比，1：1用于封孔，中间比例可按照实际情况选用。注浆方式采用从上至下分段灌注，也就是分两序施工。上段兼压浆作用，下套管0.5～1m深；上段灌浆2h后再进行下段钻孔。采用循环与纯压结合方式灌浆，灌浆压力对土体控制在0.1～0.2MPa，对基岩控制在0.2～0.5 MPa。施工过程中出现裂缝、吃浆大、无回浆、无压力等情况，改用浓浆灌注，若2h后无改善须等待24h再行复灌。当灌注压力达到设计压力，并且吸浆量<4L/min（土体）或1 L/min（基岩），再续灌20min结束灌浆。
3 结语
水库堤坝渗漏不仅造成水资源的极大浪费，还会引起管涌、流土、接触冲刷、接触流土等各种险情，因此必须重视堤坝防渗处理。随着水利工程建设实践的不断发展，目前已形成丰富的防渗处理技术体系。本文对此进行了概略介绍和讨论，可供有兴趣的读者参详和借鉴。
参考文献：
[1] 刘运化，杨超，段祥宝，等. 无粘性土及粘性土渗透破坏试验与渗透变形分析[J]. 水电能源科学，2013，31（7）：104-107.
[2] 毛昶熙，段祥宝，李思慎，等. 堤防工程手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，2009.
[3] 刘杰，谢定松. 我国土石坝渗流控制理论发展现状[J]. 岩土工程学报，2011，33（5）：714-718.
关键词：水库；堤坝；防渗；施工技术
渗流是水库堤坝的主要破坏形式之一。据统计[1]，我国水库堤坝中90%以上为土石坝，因渗流破坏引起的病险堤坝比例达到54%。另据统计[2]，1998年长江中下游洪水灾害中渗流险情占总险情比例超过80%，重大险情以致决口事故的比例也非常高。以上事实足以说明，防渗处理并消除渗流险情对于保障水库堤坝安全具有极为重要的作用。堤坝防渗施工是解决堤坝渗漏险情的实际行动，施工技术又是施工中关键要素，因此本文对相关内容进行了分析和探讨。
1 水库堤坝防渗处理原则与技术措施
1.1 防渗处理原则
防渗处理也就是渗流控制，对于土石坝而言要想完全不渗不漏是做不到的，其实也是没有必要的。渗流控制就是将渗流状态控制在允许范围内，在这个范围内堤坝不会发生危险的破坏和险情，并可保障堤坝在相当长一段时间内安全。渗流控制的原则可以归为“前堵后排，保护渗流出口”[2]。前堵即采用水平防渗（延长渗径）和垂直防渗（截断渗流）措施来保护堤坝安全。后排就是通过控制渗流加快排出，以减小渗流压力（渗流坡降）的措施。保护渗流出口也就是通过设置反滤层来阻止水流中的细颗粒被带出渗流出口，防止堤坝内的防渗层破坏。下面就对这几种技术进行简略分析。
1.2 水平防渗措施
水平防渗是在堤坝上游坡脚至河滩部位采用黏土铺盖、抛土、放淤等措施，以减少和堵截坝基渗漏、绕坝渗漏和接触渗漏。粘土铺盖长度至少要达到水头高度的5～8倍才有效，渗水严重时必须加长到8～10倍；铺盖厚度在坝址坡脚处要达到4～5m，前端也要1～2m。抛土和放淤可以在不放空水库下进行，多用于临时抢险，但防渗层厚度也不应少于1m。水平防渗比较简单，容易操作，但防渗效果不如垂直防渗稳定，中小型水库或在坝基透水层很厚情况下仍不失为经济、有效的防渗手段。
1.3 垂直防渗措施
垂直防渗效果比较显著，一般可以比较彻底地解决堤坝渗漏问题，类型很多，包括防渗（幕）墙、垂直铺膜等。防渗墙按照成墙机理可分为以下几类[2]：（1）置换法，采用机械开槽后再置换为防渗材料的成墙方法。开槽方式也不少，如抓斗法、射水法、锯槽法、气举反循环法等。防渗材料一般采用塑性混凝土，成墙厚度25～30cm。（2）高压喷射灌浆法，钻孔结合高压射流破坏、分割土体，灌浆液与土体混搅形成连续的凝结体。按照灌浆形式分为旋喷、摆喷和定喷3种；也可以分为单管法、二管法、三管法等。成墙厚度12～15cm。（3）深层搅拌法，利用深层搅拌机械将水泥与土搅拌混合成水泥土搅拌桩，按照水泥状态分为水泥浆深层搅拌法和水泥粉深层搅拌法两种，前者应用较为普遍。成墙厚度25～30cm。（4）振动成桩法，利用振动成桩机将刀具或模具挤压到土体中成墙，按成型原理分为振动沉模法、超薄防渗墙法、板桩灌注法、振动切槽法等，成墙厚度7.5～15cm。（5）劈裂灌浆法，钻孔结合灌浆压力劈开堤坝坝身，同时灌入黏土泥浆封闭孔洞、裂缝及结构疏松土层，从而形成连续防渗帷幕。垂直铺膜法是利用开槽机开出槽孔，然后放入整卷土工膜，形成土工膜防渗体。常用土工膜有聚乙烯（PE）土工膜、聚氯乙烯（PVC）土工膜和复合土工膜等。
1.4 减压排渗措施
采用水平防渗措施只能保持渗流稳定，坝基下游仍有一定的渗透坡降，所以必须结合减压排渗措施。减压排渗主要采用减压井、排渗沟等进行减压排水并降低渗透坡降。减压井用于坝基下有强透水层或透镜体等特殊含水层，一般平行布置在堤坝轴线靠近下游坝脚处，其深度要进入强透水层内，使渗透水经滤管、引水管和上部排水口引出。减压井可单独设置，也可结合压渗平台一起使用。透水层较薄时可采用排渗沟排水。排渗沟由明沟或暗管组成，截穿透水层后将水引出。
1.5 出口保护措施
设置反滤层可以保护堤坝防渗体不受到破坏。从安全性和经济性考虑，很多专家都倾向于把大坝心墙下游侧的反滤层作为渗流控制的第一道防线[3]。反滤层一般设置在堤坝防渗体与坝壳之间，可以只设置反滤层，也可再增设过渡层，其材料为一定级配组成的砂砾料。
2 水库堤坝防渗施工技术
如前所述，水库堤坝防渗施工技术种类众多，本文以深层搅拌法和灌浆法为例阐述堤坝防渗施工技术。
2.1 深层搅拌法施工技术
深层搅拌法又称为水泥搅拌桩法，主要适用于处理黏土、粉质黏土、砂土以及粒径小于0.05m的砂砾层、淤泥等土层。某小（一）型水库坝基局部地段夹层中含砂层透镜体，渗透性较大，为了解决永久性渗漏问题，决定采用水泥搅拌桩进行防渗处理。设计墙厚0.3m，墙高12m。采用三头深层搅拌桩机，桩径为440mm，钻杆中心距为325mm。施工时三轴同步送浆和搅拌，正向掘进注浆搅拌，反向注浆提升搅拌，往复一次成墙，也就是“两喷两搅”工艺。其施工流程为：通水通电→场地平整→测量放样→设备安装及调试→主机就位→掘进注浆搅拌→反向注浆提升搅拌→成墙移机。根据测量放样点将主机移动就位，控制桩位偏差在±5cm内，垂直度偏差不超过1/200，深度偏差在±0.2m内。水泥浆采用32.5MPa矿渣硅酸盐水泥配制，水灰比为1：0.65，水泥含量约14%，并采用比重计检测控制水泥用量。掘进钻进速度为0.5～1.0m/min，反向提升速度为1.0～1.5 m/min。注浆流量为80～140L/min，正向掘进注浆量为70%，反向提升喷浆量为30%。每次成墙移机步幅为950mm，搭接长度为136mm。为保证成桩质量，掘进至桩底喷浆搅拌数秒再提升。
2.2 灌浆法施工技术
某小（二）型水库采用均质土坝，渗透系数达2.4×10-4cm/s，所以需要进行防渗处理。经过比较采用黏土水泥浆进行灌浆防渗处理。防渗墙布于坝轴线上，设计双排孔，排距为0.6m，孔距为1m，每孔扩散直径为1.2m，墙高19.8m以内。浆液配制时，先以水泥15%～20%、其余为黏土的比例混匀，然后按水料比2：1、1.5：1、1.2：1、1：1进行灌浆，2：1为开灌比，1：1用于封孔，中间比例可按照实际情况选用。注浆方式采用从上至下分段灌注，也就是分两序施工。上段兼压浆作用，下套管0.5～1m深；上段灌浆2h后再进行下段钻孔。采用循环与纯压结合方式灌浆，灌浆压力对土体控制在0.1～0.2MPa，对基岩控制在0.2～0.5 MPa。施工过程中出现裂缝、吃浆大、无回浆、无压力等情况，改用浓浆灌注，若2h后无改善须等待24h再行复灌。当灌注压力达到设计压力，并且吸浆量<4L/min（土体）或1 L/min（基岩），再续灌20min结束灌浆。
3 结语
水库堤坝渗漏不仅造成水资源的极大浪费，还会引起管涌、流土、接触冲刷、接触流土等各种险情，因此必须重视堤坝防渗处理。随着水利工程建设实践的不断发展，目前已形成丰富的防渗处理技术体系。本文对此进行了概略介绍和讨论，可供有兴趣的读者参详和借鉴。
参考文献：
[1] 刘运化，杨超，段祥宝，等. 无粘性土及粘性土渗透破坏试验与渗透变形分析[J]. 水电能源科学，2013，31（7）：104-107.
[2] 毛昶熙，段祥宝，李思慎，等. 堤防工程手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，2009.
[3] 刘杰，谢定松. 我国土石坝渗流控制理论发展现状[J]. 岩土工程学报，2011，33（5）：714-718.