中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311122
摘要：近年来，由于早期修建的水库逐步步入“老龄化”，特别是早期修建的各类中、小型水库，水利工程结构的安全问题日益突显，给水利水电工程结构的安全运行带来严峻挑战，是当前的研究热点和难点。据不完全统计，我国病险水库总量约有6.02万座，数量庞大，这些水库在我国国民经济和社会的发展中扮演了举足轻重的角色。在众多水利工程结构中，大坝坝体作为最重要的挡水建筑物，对大坝下游的防洪保安起着非常重要的作用。在当前病险水库安全鉴定中，合理评估不同运行工况大坝坝体的渗流稳定显得尤为重要。
关键词：土石坝；渗流；防渗加固措施
引言
在水利工程建设过程中，土石坝是常见的坝型，对于水库工程发挥着至关重要的作用，防渗施工技术对于工程整体建设的质量与水平起到了决定性作用，尤其与工程使用年限直接相关。在此情况下，相关单位应该立足于土石坝施工的防渗技术要求，加强相关管理工作，不断创新与完善施工工艺，进而为水利工程建设效果提供充分保障。
1概述
对于水利工程项目而言，土石坝是在利用当地土石原料的基础上，对其做进一步的抛填与碾压堆筑等处理而成的。其优势主要体现在：结构简单、原料可就近获取、施工简便、造价低廉，对于施工建设区域的水文与地质条件等要求较低。而土石坝也有一个较大的缺陷，就是比较容易产生渗漏，一旦发生渗漏现象，如果不及时采取合理有效的处理措施，则可能会影响大坝坝体稳定，甚至发生溃坝，严重威胁人们的生命财产安全。
2土石坝渗流问题研究
2.1筑坝材料渗透性能研究
筑坝材料的性质是影响土石坝坝体渗流的重要因素，对筑坝材料各种性质的研究是土石坝渗流分析的重要部分，国内外学者一般通过实验的方式研究土石坝筑坝材料的各项性质。当粗粒料较多时，粗粒形成骨架，细颗粒充填其中，堆石料的渗透破坏性质取决于粗颗粒的特征；当细颗粒达到一定含量时，将与粗颗粒共同参与骨架作用，粗细颗粒共同作用影响堆石料的渗透破坏性质；当粗粒含量较少时，粗颗粒悬浮在细颗粒中，土的渗透稳定性类似于细粒料。由实验得出结论：处于骨架颗粒孔隙中的细料比较容易在水流的作用下产生冲蚀，从而改变筑坝料的渗透特性，严重的则会引起填筑料脱空、位移，影响大坝的整体稳定。
通过垂直渗透变形仪完成应力对含黏粗粒土渗透变形和临界水力坡度的影响研究，实验表明黏粒含量多少对粗颗粒土渗透变形特性和渗透破坏类型有明显影响：应力越大，试样产生渗透变形的临界水力坡度越大，荷载较小时，荷载大小与临界水力坡度大小成线性关系。并提出利用渗透系数与水力梯度关系曲线的突变关系来判断临界水力梯度的方法。通过实验分析颗粒形状对粗粒土孔隙特质和渗透性的影响，结论是相同级配和孔隙率的情况下，渗透系数随孔隙比表面积的减小而增大，随颗粒圆形度的增大而增大，球形颗粒试样的渗透性最强。
2.2土石坝渗流问题分析
土石坝的渗漏主要有坝体渗漏、绕坝渗流、坝基渗漏；研究土石坝渗漏成因的主要方法有现场调查、资料分析、数值模拟等。可以使用以上方法，对土石坝主要渗漏问题通过排除法进行分析。
土石坝产生渗漏的主要原因有以下几点：①勘测设计问题，由于早期的技术和经济条件的限制，大部分中低土石坝进行设计建设之前没有进行详尽的水文地质勘测，导致在设计时对当地的水文地质情况不了解，没有考虑完善，设计中的防渗措施不合理，在水库建设完成后大坝出现渗漏问题；②施工质量问题，由于土石坝特别是低土石坝施工工艺简单，工程投资较少，加上施工单位的水平良莠不齐，在施工期间如果没有严格按照规范要求进行施工，非常容易产生质量问题，从而导致土石坝发生渗漏，施工中最容易导致土石坝产生渗漏的原因之一是选用的筑坝材料质量不符合规范要求，如含有杂质、透水性大、施工时碾压不密实、压实度无法满足要求等；③输水设施问题，输水涵管产生破损是导致土石坝发生渗漏的另一重要原因，输水涵管出现破损的主要原因有长年使用后出现破裂、涵洞砌筑质量不好、座浆不实、地基不均匀沉降等。
3土石坝防渗加固措施研究
3.1土工膜防渗
土工膜防渗需要用到链条开槽机完成开槽操作，并在垂直方向铺设土工膜防渗，通常情况下，所用原材料多为塑料类，尤其是聚氯乙烯膜（PVC）与聚乙烯膜（PE）的应用最为广泛。在施工过程中，需要将开槽宽度控制在0.17~0.3m的范围内，且开槽深度不能超过12m。相较于黏土、钢筋混凝土等传统材料而言，土工膜是重要的大坝防渗构件，有着广阔的发展前景。该项防渗技术主要应用于砂性土地基，具备高度的经济性、可靠性、便捷性与防水性，且适应变形的能力较强。
3.2高压喷射灌浆防渗
高压喷射灌浆需要用到钻探机钻孔完成具体操作，首先需要按照设计要求将安装有特制合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后使用高压泵喷射浆液破坏原有土体，实现土粒与浆液的充分混合并得到固结体，固结体之间交互连接即可得到连续性的防渗帷幕，主要发挥拦截渗漏的防渗作用。现阶段，该项技术广泛应用于众多防渗工程施工中，尤其在软基加固方面取得了一定的成果，但很少应用于岩石地基的防渗工程。高压喷射灌浆防渗主要适用于以下土质：砂土、淤泥、软弱黏性土和粒径不超过5cm的砂卵石等，在灌浆过程中，其深度宜低于50m，具备施工效率高、防渗效果好、不受水位影响、安全性与可靠性高以及造价成本低廉等显著优势。
3.3混凝土防渗墙
混凝土防渗墙需要用到专门的成槽机械设备，在操作过程中，需要不断地在松散、透水的地基上成槽，以泥浆固壁，在泥浆下向孔内灌注混凝土，从而得到一整道直立且连续的防渗墙，以充分发挥拦截坝基渗漏的重要作用。就目前而言，该项技术不断趋于成熟，在砂层、淤泥层等多个领域都取得了一定的成果。混凝土防渗墙主要应用于地形复杂的基础防渗，同时在土石坝的坝身防渗等工作中也可以起到一定的作用，具备工艺先进化水平高、施工效率高、成墙效果直观、适应范围广、防渗效果显著以及节省成本等显著优势，在实际的施工过程中，需要对接缝质量等细节问题引起足够的重视。
结语
针对土石坝的渗流问题和防渗措施，已经有大量的室内实验和数值模拟研究成果，但是其中大部分是关于中高土石坝的渗流问题和防渗加固的研究，针对低土石坝的渗流问题和防渗加固的研究很少。而据统计资料，目前我国大部分的土石坝为低土石坝，并且由于早期建造时的资金和技术问题，低土石坝多数是“三边”工程，工程质量不高，超过1/3的低土石坝存在渗流问题。因此开展对低土石坝渗流破坏问题和防渗加固措施的研究十分必要。
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