【摘 要】文章基于我國土石壩工程的實際情況，分析了土石壩工程滲流破壞的的類型及成因，并提出了相應的加固措施。
【關鍵詞】土石壩；滲流破壞；加固
【中圖分類號】 【文獻標識碼】A 【文章編號】1007-7723（2005）03-
【收稿日期】2005-02-19
【作者簡介】程小平（1962—），男，研究生學歷，深圳市東深投資控股有限公司水工建筑工程師、水利工程監(jiān)理工程師，主要從事水利工程設計、施工、管理工作。
1 前言
土石壩是最普遍采用的一種壩型。不論是在全世界，還是在中國，與其他壩型相比較，土石壩都占絕對的優(yōu)勢，與世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%，在中國土石壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%，且大多是在建國后的第一個五年計劃(1953～1957年)和第二個五年計劃〔1958～1962年〕大躍進時期以及十年“文革”期間修建，這些工程都是在“三邊”(邊勘測、邊設計、邊施工)工作方式下進行并完成的。特別是小型水庫更是存在“四不清”(來水域、流域面積、庫容、基礎的地質情況均未調查清楚)就動工修建。不少的工程雖然完成，但工程質量很差，“后遺癥”很多，留下了隱患，經(jīng)過了近40年的運行，造成了大批的病險水庫。
根據(jù)1981年的統(tǒng)計資料，我國由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%。至1981年全國有2391座水庫失事，其中大型11座，其余為中小型，由于中小型水庫缺少水文地質資料，漫壩沖垮者最多，占51.5%，其次就是滲漏導致垮壩，占29.1%，說明由于滲漏而造成的潰壩問題是相當嚴重的。
2 滲流理論
水工建筑物的滲流控制主要包括控制理論和控制技術兩方面，控制理論是滲流理論在工程實踐中的發(fā)展和運用，是向實踐反饋的結果，滲流理論包括滲流的基本原理、滲流場的分析方法、土體滲透穩(wěn)定性三大部分，是滲流控制理論的基礎。滲流控制技術是滲流基礎理論的實施措施，如灌漿技術[1]，反濾壩技術[2]等。土石壩是擋水建筑物，它和滲流并存，從一定的意義來說，土石壩的發(fā)展史就是滲流控制理論的發(fā)展歷史。
1856年，達西( Darcy)解決了土的基本滲透理論，構建了近代土石壩理論的雛形，導致了土石壩設計理論的飛躍，1886年，P.Forchciness發(fā)現(xiàn)土中滲流規(guī)律符合拉普拉斯方程、達西定律的方程式：
代入不可壓縮流體在剛性介質中的連續(xù)性方程，且當各向滲透系數(shù)取為常數(shù)時:
當土體各向同性，即
1925年，太沙基發(fā)現(xiàn)：由于土壤孔隙水的消散引起粘土固結的理論，進一步他又提出了有效應力的概念，成為了土力學理論的奠基石，也是現(xiàn)代土石壩滲流控制理論的核心。
3 滲流破壞機理
壩體和壩基的滲流控制是保證土石壩安全的一項重要措施，由于填筑土石壩的土料和壩基的砂礫是散粒體結構，顆粒間存在大量的孔隙，都具有一定的透水性。水庫蓄水后，在水壓力的作用下，水流必然會沿著壩身土料、壩基土體和壩端兩岸地基中的孔隙滲向下游，造成壩身、壩基和繞壩的滲漏。若這種滲流是在設計控制之下，大壩任何部位的土體都不會產(chǎn)生滲透破壞，則為正常滲流，此時滲流量一般較小，水質清澈透明，不含土壤顆粒，對壩體和壩基不致造成滲透破壞；反之對能引起土體滲透破壞，或滲流員過大且集中，水質渾濁，透明度低，使壩體或壩基產(chǎn)生管涌，流土和接觸沖刷等滲透破壞，這種影響蓄水興利的滲流則為異常滲流。
對于已建壩，如何確定異常滲流極其危害性是一個比較復雜的問題，首先要對壩址的工程水文地質有比較充分的了解，壩的設計及施工完善程度也與滲漏有密切的聯(lián)系，可是由于地質勘探的有限鉆孔只能揭示壩址地層的有限情況，局部的弱點，例如節(jié)理、裂隙，溶洞、斷層及強透水帶的情況往往難以弄清，另外，壩的防滲體和排水設施設計的正確程度，以及施工質量難以達到理想的境界，由于施工而引起的滲流薄弱環(huán)節(jié)更非人們所能預料，而且，土石壩內(nèi)防滲體開裂也是經(jīng)常遇到的問題。
水庫建成蓄水后，大壩及其他建筑物連同山體，構成擋水防滲體系。土石壩的防滲體系發(fā)生破壞。產(chǎn)生管涌流土等事故的原因，滲流控制理論分析認為一般有以下幾點：
(1) 壩體填土與排水體之間的反濾層設計不正確，層間系數(shù)過大，或施工時有錯斷混層現(xiàn)象，或填土不夠密實，過大的滲流使填土向排水體流失，都會造成反濾層破壞失效。許多實例證明，反濾層在整個的防滲體系中是至關重要的一個環(huán)節(jié)，即使前面的防滲體裂縫或出現(xiàn)滲漏通道，只要反濾層工作正常，排水降壓，滲漏破壞就不至于擴大。
(2) 防滲體應該直達基巖或底部連續(xù)可靠的粘土層，在開挖截水槽時，不可因施工困難，半途而廢，從而留下隱患。
(3) 土石壩兩岸岸坡不應成臺階狀，應該開搶成較平順的坡度，為減少開挖可以變坡，但是在上下兩坡度轉折處，兩坡角之差不應大于15~20度，若有平臺，則平臺處填土高度與平臺的兩端的填土高度，高差懸殊沉陷量突變，容易產(chǎn)生裂縫，導致滲透破壞。
4 滲流破壞分類
根據(jù)滲流破壞機理不同，滲漏主要分為以下幾種：
（1）壩體滲漏
１）浸潤線從壩坡逸出
這將導致壩坡濕潤或沼澤化，這種現(xiàn)象一般發(fā)生在均質壩或混合土料壩型中，過高的浸潤面增加了滑坡的可能性，同時由于滲流的長期作用和氣溫及降雨的影響，壩坡土體的抗剪強度減小，局部滲透破壞，滑塌的可能性加大。
2）下游壩面出現(xiàn)集中滲漏
壩體在分層填筑時土層較厚，施工機械的功率不足，致使每層填土上部密實，下部疏松形成水平集中滲漏帶，有的壩由于施工組織落后，特別是大規(guī)模的人工填筑施工，由于采用分段包干的填筑方法，土層厚薄不一，上升速度不一致，致使相臨兩段的接合部位出現(xiàn)了少壓或漏壓的松土帶。
3）壩體裂縫滲漏
壩體開裂是形成壩體隱蔽滲漏的原因之一，由于心墻或斜墻后的壩殼一般是強透水的土料，通過裂縫的集中滲漏將在壩殼中擴散，因而難以發(fā)現(xiàn)集中滲漏區(qū)，根據(jù)壩殼浸潤面觀測成果也難以判斷滲漏的存在[3]。
（2）壩后地面滲漏
土石壩外坡壩后地面出現(xiàn)砂沸、砂環(huán)、泉涌、管涌或沼澤化是經(jīng)常遇到的滲漏現(xiàn)象，其成因與地層的構造及未能采取有效的滲流控制有關。
對表層為透水性較小的粉細砂，淤泥或壤土，其下為強透水的砂礫石或砂層地基，若壩后沒有采取排水減壓措施(減壓井、減壓溝)或有排水設施，但是由于這種地層的滲流出逸坡降較大，當出逸坡降人于表層土的臨界坡降時，壩后地面即出現(xiàn)砂沸等破壞現(xiàn)象。
（3）壩基滲漏及防滲設施的非正常滲漏
許多在特殊歷史時期建造的土石壩不是根據(jù)壩工理論按照規(guī)范來進行的，許多土石壩開工建設前未作前期的水文地質工作或地質勘探過于粗糙，因而使得土石壩工程某至大型土石壩工程竟然未作任何防滲處理。
（4）接觸部位滲漏
在壩體與壩基，壩體兩次墻、齒墻與涵管(小型水庫中常見)，壩體與兩岸山坡，防滲設施與破碎基巖之間的各種接觸部位，由于設計和施工等多方面的原因往往容易成為滲漏的捷徑而發(fā)生接觸沖刷甚至垮壩失事。
（5）繞壩滲漏
壩的兩岸山體裂隙、節(jié)理發(fā)育或有斷層和巖溶，或為透水的第四紀堆積層，則繞壩滲流除影響山體本身的安全外，對壩體和壩基亦有不利的影響。
5 加固方法
滲透破壞加固方法的原理是在上游不使或少使來水滲入壩體或壩基，并使?jié)B水在下游通暢排出，但不帶走壩體或壩基上的土粒和不改變壩體或壩基的變形和強度。即上游防滲、下游排水減壓和導滲[4]。
按防滲、排滲、濾土排水的不同，防滲排滲加固方法可分為以下幾種：
(1) 防滲加固方法。在上、中游設置切斷透水壩基的垂直防滲措施有：土質截水槽、混凝土防滲墻、樁柱式防滲墻、粘土防滲墻、防滲板墻、灌漿帷幕、泥漿槽防滲墻、自凝灰漿防滲墻，混凝土防滲墻和灌漿帷幕的組合等等。其中混凝土防滲墻在土石壩壩基、混凝土閘壩基礎、土圍堰堰體與堰基以及病險土石壩的防滲加固方面應用最廣。
(2) 排滲加固方法。防滲加固方法采取后，仍需采用貼坡排水、棱體排水、褥墊排水及其組合，壩體內(nèi)豎向排水層和水平排水層、排水溝、減壓井、透水蓋重等排水設備，排除上游滲水，降低浸潤線及下游壩基上的水頭。
土石壩發(fā)生病害是多種因素共同作用的結果。發(fā)生病害后，應進行安全監(jiān)測，首先要注意檢查滲流破壞跡象，裂縫的發(fā)生和發(fā)展等異?，F(xiàn)象；其次用電測和同位素設備探測隱患，以及使用大壩原型觀測設備進行監(jiān)控。在安全監(jiān)控的基礎上，考慮選用土石壩加固方法。由于土石壩工程情況復雜，機具、材料等具體條件的多變性，以及上述土石壩加固方法很多且都有其適用范圍及局限性的優(yōu)缺點。因此，對每一具體工程病害，都應進行仔細分析，克服盲目性。土石壩的加固方法應是技術上合理、又能滿足施工要求，可采用一種或幾種的組合加固方法。
【參考文獻】
[1] 劉杰．土石壩滲透破壞的原因及控制措施[J]．水利水電技術，1999，（3）．
[2] 宋守度．無粘土反濾料的試驗研究[J]．水利學報，1981，（1）．
[3] 劉杰．土石壩裂縫防止與滲流控制[J]．水利水電技術，1991，（2）．
