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摘 要：将水利水电工程事故案例按地质因素分别进行统计，得出渗透变形近半数，可见渗透变形对水利水电工程的安全有较大影响，值得进一步研究。
关键词：水利工程 事故统计 地质诱因 渗漏 措施
中图分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）007-003-02
1 引言
随着我国社会经济的发展，作为重要的基础设施，水利工程在历年的防洪抗旱、农田灌溉、城乡供水、发电以及改善生态环境等方面发挥了巨大作用，水库大坝的安全性要求越来越高。但是，地质条件、设计问题、施工问题、运行管理不当等造成的水库大坝的缺陷和溃坝风险一直无法避免。
本文通过收集水利工程事故案例，分析事故原因，提出解决措施，为今后水利工程事故的研究和大坝的风险管理提供技术参考，服务于我国水库的除险加固。
2 统计分析
通过分析国内外609个水利工程事故案例，得出引发水利事故的原因可归结为地质条件、设计问题、施工问题、运行管理问题等。由于同一事故的诱发原因通常具有多元性，无法以单一因素解释，因此对每个事故包含的所有诱发因素均进行记录。经统计，得出包含地质条件诱因的案例共350个占案例总数的57.47%，故着重对事故地质诱因展开研究。
水利工程事故中主要工程地质问题有区域稳定问题、岩体稳定问题、与地下渗流有关的问题及与侵蚀淤积有关的工程地质问题四个方面。具体来讲，这四大方面涉及以下11个工程地质因素：活断层、地震、水库诱发地震、砂土液化、地面沉降与地裂缝、斜坡岩土体稳定、地下洞室围岩稳定、地基岩体稳定、渗透变形、岩溶及岩溶渗漏。将350个事故案例按这些地质因素分别统计，最终得出渗透变形占50%，地基岩体稳定占19%，地震占13%，斜坡岩土体稳定占5%，岩溶及岩溶渗漏占4%，其它共占9%（见图1）。可见，渗透变形对水利水电工程安全有较大影响，值得进一步研究。
图1 基于地质诱因分类的统计
3 渗透机理
库坝区渗漏是指库水沿岩石空隙、裂隙、断层等向库盆以外或通过坝基（肩）向下游渗漏水量的现象。在一定的地质条件下，水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏，使堤坝、围堰土体饱和，降低坝体的有效应力，从而降低抗剪强度，可能导致坝坡失稳；坝区渗漏在不少情况下往往还会导致坝基产生渗漏变形，在渗流过程中，地下水一方面对坝体产生扬压力，降低其抗滑能力，另一方面还会将岩体中的可溶性成分和颗粒物质带走，使坝基的强度和稳定性降低，对坝基岩体稳定也会产生很大影响。
造成水沿坝基渗漏的原因主要有两个：(1)水库蓄水形成的巨大压力差——水头；(2)存在着过水通道。从绝对意义上来说，坝基渗流不可能完全消除，仅有大小之别而已，渗流量与以上两个因素成正向依从关系。但渗流与大坝安全的关系不只取决于渗流量大小，有许多坝的渗流破坏和失事，是在几乎观察不到有渗流的情况下发生的，如法国的马尔帕塞薄拱坝和我国的梅山连拱坝都是如此，这其实是水库蓄水造成地基中孔隙水压力过高，地基承载力降低，再遇上不利条件，共同造成的结果。因此，渗流问题造成的大坝破坏分为以下两类：(1)因渗流量太大，引起对坝基和坝体的冲刷造成的破坏；(2)因孔隙水压力太高，引起坝基承载力降低乃至崩塌造成的破坏。
针对渗漏产生机理及其破坏机理，预防砂土类渗透变形，通常采取两方面的措施，即降低水力梯度和保护渗流出口。降低水力梯度可采用加长渗流途径和排水减压两类措施；渗流出口则采用特殊结构的反滤层进行保护。
4 措施
4.1 “上堵”措施
4.1.1 垂直防渗措施
防渗墙：(1)混凝土防渗墙。在强透水坝基中建造混凝土防渗墙，彻底截断坝基渗漏通道，是常用的坝基渗漏处理方法。槽段接头处理是防渗墙施工的关键部位和技术难点，特别是在埋藏深度大、承受水头高、地质条件复杂的深厚覆盖层中，应加以注意。
(2)粘土防渗墙。其抗渗强度较低，在中高坝工程中应用不多，在处理中低水头土石坝渗漏中，墙体所承担的水头不高，水力梯度不大，粘土防渗墙具有造价低、防渗效果较好等优势，广泛应用。
(3)塑形混凝土防渗墙。适用于低水头大坝和临时围堰，具有低强低弹高抗渗特性，能适应较大坝基、坝体变形，有效改善防渗墙整体应力状态及与其他防渗设施联结部分的应力集中和差异变形。
(4)高强混凝土防渗墙。适用于高水头、高应力条件的高坝深基础防渗，具有高强低弹高抗特性，保证墙体具有较高的强度及一定的柔性。
(5)自凝灰浆防渗墙。造孔用水泥和膨松土为主要材料拌合泥浆固壁，造孔完成后，孔（槽）内固凝壁泥浆会自动硬化，形成防渗墙，因不用清孔，不存在槽孔之间的搭接质量问题。
(6)泥浆槽防渗墙。在水下或深层河床冲积层中建造防渗墙的一个重要施工方法就是泥浆槽方法，其它方法往往是不经济的。
(7)连锁井柱防渗墙。用人工分层挖井，井内分层浇筑混凝土井圈，達到基岩后，再填素混凝土或粘性土，然后逐个相连构成防渗墙。
(8)水泥土薄墙。又称多头小直径深层搅拌桩截渗技术，施工中不需开槽，不会引起原地层破坏和应力释放，主要适应于粘土砂土、粉质粘土、含少量直径>50mm砾石层、淤泥，且在汛期也不影响施工。
灌浆：(1)高压喷射灌浆。最大的优点是机动灵活，可以直接在地基的某一深度建造符合设计要求的防渗体，不需要对地基进行开挖。
(2)充填式灌浆。利用灌浆浆液的重力，使浆液注入到坝体的孔隙及空洞内。可以有效处理坝基渗漏、坝下建筑物渗水、坝坡裂缝。
(3)劈裂灌浆。将坝体沿坝轴线最小主应力面劈开，灌注泥浆，形成竖直连续的防渗帷幕，通过灌浆过程中的劈裂充填作用、浆坝互填作用、坝体湿陷固结作用、坝体内部应力调整作用，提高坝体的渗透稳定性和变形稳定性。
(4)膏状稳定浆液。具有较大黏性和较好稳定性，在透水体灌注时浆液扩散范围可以控制，可避免浆液过多流失，形成的结石强度高，防渗性好，抗化学溶蚀能力强。 (5)膨胀浆塞灌浆法。操作简单,无需较高的灌浆压力,且因其在坝面施工,不受水库运行条件限制，没有辅助工程, 工效高、进度快、总体造价低。
(6)控制性灌浆。改进了传统灌浆工艺，可控制浆液压力、流量、灌浆范围。
其它：(1)混凝土防渗面板。混凝土防渗面板适用于治理大面积坝面渗水，其关键在于控制混凝土开裂，补偿收缩混凝土能较好的解决此问题。
(2)粘土斜墙。对于均质坝、粘土斜墙坝的坝身渗漏，可在迎水面用粘土斜墙做截渗处理，这种处理方法对坝身大面积的渗漏较为有效。斜墙底部应修筑截水槽，深入坝基至相对不透水层。
(3)粘土截水槽。坝体质量较好，不透水层较浅，由于坝基或原防渗体与不透水层连接不好而产生的坝基渗漏，宜采用粘土截水槽处理。截水槽应布置在土坝上游的适当位置，并要与坝身或防渗体有效地连接起来。
4.1.2 水平防渗措施
(1)铺盖。广泛用于覆盖层厚，但可灌性差、无大的集中渗流的地基上，通过增加渗径、减小比降、减小渗流量达到防渗目的，其防渗效果随着坝使用年份的增长、库区淤积的增多而逐渐增大。
(2)水下抛土。一般壤土、粘土、天然含水量较高处于塑态的肥粘土都是良好的水下抛土料。所抛土料在水下浸透、崩解、固结，形成具有一定防渗能力、抗冲刷能力、满足渗透稳定、边坡稳定要求的防渗体。
4.1.3 其它
(1)土工膜。土工膜用于水利防渗工程，具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等显著优点。
(2)喷射混凝土。广泛应用于竖井平巷、水工涵洞、支护工程以及大坝渗漏处理等，施工技术主要有干喷和湿喷两种喷射方式，湿喷技术发展日趋完善，已成为世界各国喷射技术的发展主流。
4.2 “下排”措施
(1)导渗砂槽法。适用于散浸严重，浸润线逸出点较高的均质土坝以及具有铺垫式反滤设备，有造孔机械，可以适当降低水位施工的土石坝。
(2)导渗培厚法。对坝身渗漏比较严重，散浸面积大，浸润线逸出点明显高于排水设施且坝身明显单薄的，可用导渗培厚法处理。
(3)背水侧渗压盖重。对覆盖层较薄，坝基渗透压力较大的坝段效果明显。
(4)反滤层。近年来反滤层材料中应用较为广泛的为非织造型土工织物，它既可挡土又能排水,它发挥反滤功能主要是由于它能促进天然滤层形成。
(5)排水减压。在坝下游坡脚附近设置排水沟和减压井是降低渗压和提高容许坡降的有效措施。坝基表层为较薄的相对不透水层，且下伏强透水层较薄，宜采用排水沟截穿表层。如相对不透水层较厚，下伏强透水层也很厚，或含水层明显成层则以采用深入下伏强透层的减压井为宜。
5 结语
目前我国水库大坝除险加固形势依然严峻，因地质问题造成的水利工程渗漏同样错综复杂，一旦发现渗漏，必须及时处理。但实际工程中还需要根据实际情况来调整和选择相关的技术手段。
参考文献：
[1] 汝乃華,姜忠胜.大坝事故与安全·拱坝[M].北京:中国水利水电出版社,1995.
[2] 汝乃华,牛运光.大坝事故与安全·土石坝[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
[3] 王民浩.水利水电工程风险辨识与典型案例分析[M].北京:中国电力出版社,2010.
[4] 谭界雄,等.水库大坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,2011.
[5] 张倬元,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2009.
[6] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
关键词：水利工程 事故统计 地质诱因 渗漏 措施
中图分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）007-003-02
1 引言
随着我国社会经济的发展，作为重要的基础设施，水利工程在历年的防洪抗旱、农田灌溉、城乡供水、发电以及改善生态环境等方面发挥了巨大作用，水库大坝的安全性要求越来越高。但是，地质条件、设计问题、施工问题、运行管理不当等造成的水库大坝的缺陷和溃坝风险一直无法避免。
本文通过收集水利工程事故案例，分析事故原因，提出解决措施，为今后水利工程事故的研究和大坝的风险管理提供技术参考，服务于我国水库的除险加固。
2 统计分析
通过分析国内外609个水利工程事故案例，得出引发水利事故的原因可归结为地质条件、设计问题、施工问题、运行管理问题等。由于同一事故的诱发原因通常具有多元性，无法以单一因素解释，因此对每个事故包含的所有诱发因素均进行记录。经统计，得出包含地质条件诱因的案例共350个占案例总数的57.47%，故着重对事故地质诱因展开研究。
水利工程事故中主要工程地质问题有区域稳定问题、岩体稳定问题、与地下渗流有关的问题及与侵蚀淤积有关的工程地质问题四个方面。具体来讲，这四大方面涉及以下11个工程地质因素：活断层、地震、水库诱发地震、砂土液化、地面沉降与地裂缝、斜坡岩土体稳定、地下洞室围岩稳定、地基岩体稳定、渗透变形、岩溶及岩溶渗漏。将350个事故案例按这些地质因素分别统计，最终得出渗透变形占50%，地基岩体稳定占19%，地震占13%，斜坡岩土体稳定占5%，岩溶及岩溶渗漏占4%，其它共占9%（见图1）。可见，渗透变形对水利水电工程安全有较大影响，值得进一步研究。
图1 基于地质诱因分类的统计
3 渗透机理
库坝区渗漏是指库水沿岩石空隙、裂隙、断层等向库盆以外或通过坝基（肩）向下游渗漏水量的现象。在一定的地质条件下，水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏，使堤坝、围堰土体饱和，降低坝体的有效应力，从而降低抗剪强度，可能导致坝坡失稳；坝区渗漏在不少情况下往往还会导致坝基产生渗漏变形，在渗流过程中，地下水一方面对坝体产生扬压力，降低其抗滑能力，另一方面还会将岩体中的可溶性成分和颗粒物质带走，使坝基的强度和稳定性降低，对坝基岩体稳定也会产生很大影响。
造成水沿坝基渗漏的原因主要有两个：(1)水库蓄水形成的巨大压力差——水头；(2)存在着过水通道。从绝对意义上来说，坝基渗流不可能完全消除，仅有大小之别而已，渗流量与以上两个因素成正向依从关系。但渗流与大坝安全的关系不只取决于渗流量大小，有许多坝的渗流破坏和失事，是在几乎观察不到有渗流的情况下发生的，如法国的马尔帕塞薄拱坝和我国的梅山连拱坝都是如此，这其实是水库蓄水造成地基中孔隙水压力过高，地基承载力降低，再遇上不利条件，共同造成的结果。因此，渗流问题造成的大坝破坏分为以下两类：(1)因渗流量太大，引起对坝基和坝体的冲刷造成的破坏；(2)因孔隙水压力太高，引起坝基承载力降低乃至崩塌造成的破坏。
针对渗漏产生机理及其破坏机理，预防砂土类渗透变形，通常采取两方面的措施，即降低水力梯度和保护渗流出口。降低水力梯度可采用加长渗流途径和排水减压两类措施；渗流出口则采用特殊结构的反滤层进行保护。
4 措施
4.1 “上堵”措施
4.1.1 垂直防渗措施
防渗墙：(1)混凝土防渗墙。在强透水坝基中建造混凝土防渗墙，彻底截断坝基渗漏通道，是常用的坝基渗漏处理方法。槽段接头处理是防渗墙施工的关键部位和技术难点，特别是在埋藏深度大、承受水头高、地质条件复杂的深厚覆盖层中，应加以注意。
(2)粘土防渗墙。其抗渗强度较低，在中高坝工程中应用不多，在处理中低水头土石坝渗漏中，墙体所承担的水头不高，水力梯度不大，粘土防渗墙具有造价低、防渗效果较好等优势，广泛应用。
(3)塑形混凝土防渗墙。适用于低水头大坝和临时围堰，具有低强低弹高抗渗特性，能适应较大坝基、坝体变形，有效改善防渗墙整体应力状态及与其他防渗设施联结部分的应力集中和差异变形。
(4)高强混凝土防渗墙。适用于高水头、高应力条件的高坝深基础防渗，具有高强低弹高抗特性，保证墙体具有较高的强度及一定的柔性。
(5)自凝灰浆防渗墙。造孔用水泥和膨松土为主要材料拌合泥浆固壁，造孔完成后，孔（槽）内固凝壁泥浆会自动硬化，形成防渗墙，因不用清孔，不存在槽孔之间的搭接质量问题。
(6)泥浆槽防渗墙。在水下或深层河床冲积层中建造防渗墙的一个重要施工方法就是泥浆槽方法，其它方法往往是不经济的。
(7)连锁井柱防渗墙。用人工分层挖井，井内分层浇筑混凝土井圈，達到基岩后，再填素混凝土或粘性土，然后逐个相连构成防渗墙。
(8)水泥土薄墙。又称多头小直径深层搅拌桩截渗技术，施工中不需开槽，不会引起原地层破坏和应力释放，主要适应于粘土砂土、粉质粘土、含少量直径>50mm砾石层、淤泥，且在汛期也不影响施工。
灌浆：(1)高压喷射灌浆。最大的优点是机动灵活，可以直接在地基的某一深度建造符合设计要求的防渗体，不需要对地基进行开挖。
(2)充填式灌浆。利用灌浆浆液的重力，使浆液注入到坝体的孔隙及空洞内。可以有效处理坝基渗漏、坝下建筑物渗水、坝坡裂缝。
(3)劈裂灌浆。将坝体沿坝轴线最小主应力面劈开，灌注泥浆，形成竖直连续的防渗帷幕，通过灌浆过程中的劈裂充填作用、浆坝互填作用、坝体湿陷固结作用、坝体内部应力调整作用，提高坝体的渗透稳定性和变形稳定性。
(4)膏状稳定浆液。具有较大黏性和较好稳定性，在透水体灌注时浆液扩散范围可以控制，可避免浆液过多流失，形成的结石强度高，防渗性好，抗化学溶蚀能力强。 (5)膨胀浆塞灌浆法。操作简单,无需较高的灌浆压力,且因其在坝面施工,不受水库运行条件限制，没有辅助工程, 工效高、进度快、总体造价低。
(6)控制性灌浆。改进了传统灌浆工艺，可控制浆液压力、流量、灌浆范围。
其它：(1)混凝土防渗面板。混凝土防渗面板适用于治理大面积坝面渗水，其关键在于控制混凝土开裂，补偿收缩混凝土能较好的解决此问题。
(2)粘土斜墙。对于均质坝、粘土斜墙坝的坝身渗漏，可在迎水面用粘土斜墙做截渗处理，这种处理方法对坝身大面积的渗漏较为有效。斜墙底部应修筑截水槽，深入坝基至相对不透水层。
(3)粘土截水槽。坝体质量较好，不透水层较浅，由于坝基或原防渗体与不透水层连接不好而产生的坝基渗漏，宜采用粘土截水槽处理。截水槽应布置在土坝上游的适当位置，并要与坝身或防渗体有效地连接起来。
4.1.2 水平防渗措施
(1)铺盖。广泛用于覆盖层厚，但可灌性差、无大的集中渗流的地基上，通过增加渗径、减小比降、减小渗流量达到防渗目的，其防渗效果随着坝使用年份的增长、库区淤积的增多而逐渐增大。
(2)水下抛土。一般壤土、粘土、天然含水量较高处于塑态的肥粘土都是良好的水下抛土料。所抛土料在水下浸透、崩解、固结，形成具有一定防渗能力、抗冲刷能力、满足渗透稳定、边坡稳定要求的防渗体。
4.1.3 其它
(1)土工膜。土工膜用于水利防渗工程，具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等显著优点。
(2)喷射混凝土。广泛应用于竖井平巷、水工涵洞、支护工程以及大坝渗漏处理等，施工技术主要有干喷和湿喷两种喷射方式，湿喷技术发展日趋完善，已成为世界各国喷射技术的发展主流。
4.2 “下排”措施
(1)导渗砂槽法。适用于散浸严重，浸润线逸出点较高的均质土坝以及具有铺垫式反滤设备，有造孔机械，可以适当降低水位施工的土石坝。
(2)导渗培厚法。对坝身渗漏比较严重，散浸面积大，浸润线逸出点明显高于排水设施且坝身明显单薄的，可用导渗培厚法处理。
(3)背水侧渗压盖重。对覆盖层较薄，坝基渗透压力较大的坝段效果明显。
(4)反滤层。近年来反滤层材料中应用较为广泛的为非织造型土工织物，它既可挡土又能排水,它发挥反滤功能主要是由于它能促进天然滤层形成。
(5)排水减压。在坝下游坡脚附近设置排水沟和减压井是降低渗压和提高容许坡降的有效措施。坝基表层为较薄的相对不透水层，且下伏强透水层较薄，宜采用排水沟截穿表层。如相对不透水层较厚，下伏强透水层也很厚，或含水层明显成层则以采用深入下伏强透层的减压井为宜。
5 结语
目前我国水库大坝除险加固形势依然严峻，因地质问题造成的水利工程渗漏同样错综复杂，一旦发现渗漏，必须及时处理。但实际工程中还需要根据实际情况来调整和选择相关的技术手段。
参考文献：
[1] 汝乃華,姜忠胜.大坝事故与安全·拱坝[M].北京:中国水利水电出版社,1995.
[2] 汝乃华,牛运光.大坝事故与安全·土石坝[M].北京:中国水利水电出版社,2001.
[3] 王民浩.水利水电工程风险辨识与典型案例分析[M].北京:中国电力出版社,2010.
[4] 谭界雄,等.水库大坝加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,2011.
[5] 张倬元,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2009.
[6] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002.