重⼒坝、拱坝、⼟⽯坝三种不同坝体的防渗处理

摘要：分析重⼒坝、⼟⽯坝、拱坝出现渗漏原因，采取相应措施

⼀、重⼒坝渗漏分析与防渗处理

⼀）、重⼒坝渗漏分析

1、重⼒坝是⽤浆砌⽯(grouted rubble)或者混凝⼟(concrete)材料建筑⽽成的挡⽔建筑物，其剖⾯⼀般做成上游⾯近于垂直的三⾓形断⾯，主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触⾯产⽣抗剪强度或者摩擦⼒，来抵抗⽔库的⽔平推⼒，以达到稳定的要求；同时，也依靠坝体的⾃重产⽣的压应⼒，来抵消由于⽔压⼒所引起的坝体上游侧的拉应⼒，以满⾜坝⾝强度的要求。

2、由于混凝⼟与岩体都是透⽔材料，加上施⼯⽅法、施⼯过程存在差异，故此渗流不可避免

⼆）、重⼒坝防渗处理

地基处理时重⼒坝防渗处理的关键，坝基的固结灌浆和帷幕灌浆是坝基防渗处理的主要措施。

1、重⼒坝坝基固结灌浆

1）、⽬的：△减少坝基的渗透性(permeability)，减少渗透量；

△提⾼基岩的整体性和弹性模量(modulus of elasticity)，减少基岩受⼒后的变形(deformation)；△提⾼岩体的抗压强度和抗剪强度；△在帷幕灌浆前的固结灌浆，可提⾼帷幕灌浆的灌浆压⼒。

2）、固结灌浆的设计：

①灌浆范围：依坝⾼和岩基裂隙分布情况⽽定。

—⾼坝或者裂隙发育，坝基全部灌浆，并适当加⼤范围。

—裂隙很不发育，只在坝踵或者坝趾处灌浆

—只在坝踵处固结灌浆，以加⼤帷幕灌浆的压⼒

—溶洞、溶槽部位，除回填外，应对顶部及周围进⾏固结灌浆。

②排孔形式：梅花形或者⽅格形，对较⼤的断层和裂隙应专门布孔。

③间距：根据地质条件，并参照灌浆试验确定，⼀般为3～6m

④孔深：⼀般为5～8m，局部区域及坝基应⼒较⼤的⾼坝基础，可适当加深，帷幕灌浆区附近，与帷幕灌浆配合，可适当加深，⼀般为8～15m。

⑤灌浆压⼒：以不掀动岩⽯为原则，取较⼤值。施⼯时，应加强监测。⼀般⽆盖重时0.2～0.4Mpa，有盖重时0.4～0.7Mpa 2、重⼒坝坝基帷幕灌浆

1）、⽬的：降低坝底渗透压⼒；防⽌坝基内产⽣机械或者化学管涌；减少坝基和坝肩渗透流量

2）、灌浆材料的选择：

①⽔泥灌浆

●裂隙宽度>0.1mm，地下⽔流≮600m/昼夜，地下⽔对⽔泥⽆

危害性的侵蚀作⽤，采⽤⽔泥灌浆。

●对于裂隙较细，可采⽤超细度的⾼标号硅酸盐⽔泥；

●地下⽔流较⼤时，可⽤速凝剂；

●有侵蚀性的地下⽔，可采⽤特种⽔泥：矾⼟⽔泥。

②化学灌浆

不能采⽤⽔泥时，⽤化学灌浆的⽅法。

(3) 帷幕灌浆设计

①帷幕深度:根据基岩的透⽔性、坝体承受的⽔头和降低坝底渗透压⼒的要求来确定。帷幕本⾝应满⾜相应单位吸⽔率（见表）的要求。

②帷幕深度

●若相对不透⽔层(water-bearing layer)离基岩⾯不深，则帷

幕应钻灌到不透⽔层，深⼊到该层3～5m内。

●若相对隔⽔层较深，帷幕深度按设计要求确定，⼀般可在0.3～

0.7倍坝⾼范围内选择。

③帷幕厚度:

根据能保护帷幕的渗透稳定要求，⽤容许渗透坡降Jc表⽰。其计算公式为：

④实际施⼯的帷幕厚度应⼤于设计帷幕厚度。

（⾼坝设2～3排帷幕灌浆孔；中坝设1～2排帷幕灌浆孔；低坝只设1排帷幕灌浆孔）

注意：当帷幕有多排孔组成时，⼀般仅将其中的⼀排孔钻灌⾄设计深度，其余各排孔的孔深可取设计深度的1/2～1/3。因为只需在上部⽔⼒坡降⼤的部位才需加厚帷幕。

④灌浆孔布置 :灌浆孔孔距和排距应根据地质条件，由试验确

定。

a、孔距⼀般为1.5～4.0m，开始⽤4m孔距，逐渐加密。

b、灌毕后，中间加检查孔，如w值⼤于标准时，在检查孔进⾏灌浆，然后中间再加检查孔，直到w达到标准为⽌。

c、排距宜⽐孔距略⼩。

⑤灌浆压⼒：灌浆压⼒应通过试验确定，通常在帷幕表层段不

宜⼩于1.0～1.5倍坝前静⽔头，在孔底段不宜⼩于2～3倍

坝前静⽔头，但以不破坏岩体为原则

3）、岩基经过防渗处理后，在⼀定程度上还是透⽔的。为了进⼀步降低坝底渗透压⼒，还需设置坝基排⽔。

重⼒坝的岩基排⽔有三种形式：排⽔孔幕、基⾯排⽔、浅孔排⽔

3、重⼒坝防渗实例

A、林州市红旗渠补源⼯程——马家岩⽔库，马家岩⽔库⼤坝坝型为混凝⼟砌⽯重⼒坝，为提⾼坝体的防渗效果、降低坝基扬压⼒，⾃坝基混凝⼟顶部4.4m⾼程起，坝体上游迎⽔⾯和下游原河床512.25m⾼程以下分设混凝⼟防渗⾯板。其中下游防渗⾯板⾯板设计厚度为

1.0m，上游防渗⾯板⾃⾼程500.0m⾄575.0m 厚度从

2.0m渐变⾄1.0m，⾼程575.0m以上厚度变为0.8m，迎⽔⾯坡度为1:0.15；为防⽌砼⾯板裂缝，⾯板沿坝轴线⽅向设伸缩缝，分缝宽度9m，伸缩缝设两道⽌⽔。

B、⼩洋溪⽔库地处贵州省⾦沙县, 是黔北发电总⼚供⽔⽔源⼯程。⽔库坝体为C90 10碾压混凝⼟重⼒坝, 坝顶⾼程为93816 m, 最⼤坝⾼4416 m, 坝顶宽510 m, 最⼤底宽3510 m, 坝轴线长124105m。⼩洋溪⽔库碾压混凝⼟⼤坝灌浆⼯程经过⽣产性试验, 将2 排钻孔调为1 排进⾏灌浆, 孔距为015 m。灌浆结果表明, 在横向缝隙连通性不好的碾压混凝⼟内形成连续性好的幕体是必要的; 从灌⼊量也说明, 对渗漏通道(即顺⽔流⽅向)的封堵长度超过坝轴线⽅向范围, 对坝体的补强作⽤明显。

⼆、拱坝渗流分析与防渗处理

拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平⾯上呈凸向上游的拱形，其拱冠剖⾯呈竖直的或向上游凸出的曲线形。

⼀）、拱坝的防渗处理

1、固结灌浆：提⾼基岩的整体性和强度，降低地基的透⽔性。减⼩地基变形，增加岩体的抗滑稳定性。

拱坝坝基的固结灌浆孔⼀般按全坝段布置。对于⽐较坚硬完整的基岩，也可以只在坝基的上游侧和下游侧设置数排固结灌浆孔。孔距⼀般为3～6m，在岩⽯破碎地区还应适当加密，孔深⼀般为5～15m。固结灌浆压⼒，在保证不掀动岩⽯的情况下，宜采⽤较⼤值，⼀般为(0.2~0.4)MPa，有混凝⼟盖重时，可取（0.3~0.7）MPa。

2、接触灌浆：对于坝体与陡于50°~60°的岸坡间和上游侧的坝基接触⾯以及基岩中所有槽、井、洞等回填混凝⼟的顶部，均需进⾏接触灌浆，以提⾼接触⾯的强度，减少渗漏。接触灌浆应在坝体混凝⼟浇筑到⼀定⾼度、混凝⼟充分收缩、钻排⽔孔之前进⾏。有条件时，可利⽤帷幕灌浆孔与部分固结灌浆孔进⾏接触灌浆。

3、防渗帷幕

●深度：拱坝的帷幕灌浆孔深度应伸⼊相对隔⽔层以下3～5m；

若相对隔⽔层埋藏较深，孔深可采⽤（0.3~0.7）倍⽔头。

●排数：帷幕灌浆孔⼀般⽤l排到3排。孔距是逐步加密的，开

始约为6m，最终为1.5~3.0m，排距宜略⼩于孔距。

●位置：帷幕位置⼀般布置在压应⼒区，并尽可能靠近上游坝⾯。

防渗帷幕还应深⼊两岸⼭坡内，两岸帷幕原则上应延伸⾄正常蓄⽔位与相对隔⽔层相交处，或与蓄⽔前的天然地下⽔位线相

交处。暂向岸坡延伸20~50m或更远，待蓄⽔后根据坝基的渗

漏情况决定是否再⾏延伸。

●材料：⽔泥、化学材料灌浆。

●压⼒：灌浆压⼒在保证不破坏岩体的条件下取较⼤值，通常在

顶部段不宜⼩于1.5倍、底部不宜⼩于（2～3）倍坝前静⽔头。

4）、坝基排⽔——降低渗压(弱透⽔性的微裂隙岩体排⽔孔则可显著地降低渗压)

●位置：排⽔孔幕设在防渗帷幕下游侧，⼀般只设1道主排

⽔孔，必要时增设1～2排辅助排⽔孔。

●间距：排⽔孔与防渗帷幕下游侧的距离应不⼩于帷幕孔中

⼼距的1~2倍，且不得⼩于2~4m。主排⽔孔间距⼀般在

3m左右，辅助排⽔孔间距⼀般为3~6m，孔径不宜⼩于

15cm。

●深度：主排⽔孔深度在两岸坝肩部位可采⽤帷幕孔深的

（0.4～0.75）倍，河床部位孔深不⼤于帷幕孔深的0.6

倍，但不应⼩于固结灌浆孔的深度。

●排⽔平洞：对⾼坝以及两岸地形较陡、地质条件较复杂

的中坝，宜在两岸设置多层排⽔平洞，加钻排⽔孔，组成

空间排⽔孔洞系统。

⼆）、拱坝防渗处理实例

A、⼩湾⽔电站枢纽⼯程坝体是混凝⼟双曲拱坝。⼩湾拱坝混凝⼟总量达881．0×104m ，最⼤坝⾼294．5m，⼤坝位于⾼地震烈度区，⼤

坝建成后总⽔推⼒⾼达1660×104t，为降低坝踵处的拉应⼒，防⽌⼩湾⾼拱坝运⾏期上游⾯坝体及坝踵局部开裂漏⽔，避免⾼压⽔进⼈坝体裂缝或坝踵裂缝导致⽔⼒劈裂，需要在拱坝上游⾯坝踵附近及⾼应⼒区域设置辅助防渗体系。本⼯程采⽤喷涂聚脲及粘贴GB柔性板防渗施⼯的情况，实践证明，在⾼拱坝上游坝⾯采⽤综合防渗⽅案及施⼯技术可⾏，⼤⼤提⾼了坝体安全性。⼩湾⽔电站拱坝上游⾯第⼀阶段防渗采⽤喷涂聚脲+GB密封板防渗⽅案，其中GB密封板主要起到混凝⼟裂缝张开后的表⾯聚脲⾃由滑动。避免聚脲厚度变薄，同时起到第⼆层防⽔作⽤。该项⽬的实施获得阶段性验收及相关专家的认可，防渗效果良好。

B、×××砌⽯拱坝中钻孔固结灌浆技术在防渗加固应⽤中( 1) 本灌浆⼯程在298 个灌浆段内共灌⼊⽔泥⼲料386. 7t,平均每⽶耗灰278kg。⽆可置疑, 这些⽔泥对填充砌⽯坝体内的裂隙( 或孔⽳) , 提⾼砌⽯体的强度起积极的作⽤;

( 2) 所有资料表明, 本主坝砌⽯质量较差, 砌⽯间砂浆不饱满, 存在较多的贯通性裂隙, 因此灌浆前钻进及压⽔均⽆回⽔, 绝⼤多数试段透⽔率q> 338Lu, 属极强透⽔等级。经过灌浆后, 砌⽯体透⽔率q 值在0. 1~ 10. 0Lu 之间, 降到微、弱透⽔等级, 检查孔钻取的岩芯呈长柱状, 灰浆充填密实, 可见本⼯程灌浆补强防渗效果显著, 基本上达到⼯程除险加固的⽬的。

三、⼟⽯坝的防渗处理

⼟⽯坝Embankment Dam使⽤当地材料（⼟料、⽯料）采⽤⼀定的

施⼯⽅法（抛填、碾压、⽔⼒）填筑的挡⽔坝。

⼀）、渗透破坏主要形式：

a、管涌：指在渗流作⽤下，⼟中的细颗粒由⾻架孔隙通道中被带

⾛⽽流失的现象。⽆粘性⼟

b、流⼟：指在向上渗流作⽤下，表层局部⼟体被顶起或是粗细颗

粒群发⽣浮动⽽流失的现象。前者多发⽣在表层为黏性⼟或其他细粒⼟组成的⼟层中，后者多发⽣在不均匀砂⼟层中。

c、接触流⼟：指在渗流系数相差悬殊的两种⼟层交界⾯上，由于

渗流垂直于层⾯流动，将渗流系数较⼩⼟层中的细颗粒带⼊渗流系数较⼤的⼟层中的现象。

d、接触冲刷：指渗流沿着渗流系数不同的两种⼟层接触⾯上或是

建筑物与地基接触⾯上流动时，将细颗粒沿接触⾯带⾛的现象。

前两种渗流变形主要出现在单⼀⼟层中，后两种渗流变形则多出现在多种⼟层中。渗流变形可在⼩范围内发⽣，也可发展⾄⼤范围，导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流管道等，危及坝的安全。

⼆）、⼟⽯坝防渗处理

1．1、防渗体（指该部位⼟体⽐坝壳其他部位更不透⽔，它的作⽤是控制坝体内浸润线的位置，并保持渗流稳定。）

⼟质防渗体（⼼墙、斜墙）：应⽤最为⼴泛的防渗结构。

其塑性指数Plastic Index>8~10；渗透梯度不致产⽣渗透

破坏；下游坝体浸润线和渗透量低于允许值；满⾜结构和

施⼯要求

●沥青混凝⼟或钢筋混凝⼟防渗体：沥青混凝⼟Asphaltic

可作⼼墙Core或⾯板Deck；钢筋混凝⼟Reforced

Concrete⼀般仅⽤于堆⽯坝。

●沥青混凝⼟Asphaltic⾯板

塑性Plasticity、柔性Flexibilty好；抗渗性能好，10

－7～10－10cm/s；注意与防渗墙、廊道、齿墙等的连接

⽔下沥青混凝⼟⼀般不⽼化

●钢筋混凝⼟Reinforced Concrete⾯板

主要⽤于堆⽯坝，重要坝型；⼯程量⼩；⾯板兼作护坡；

滑模施⼯⾯板快，施⼯⼲扰⼩；⾯板容易检修；⾯板的混

凝⼟耐久性与防渗性；防⽌裂缝底座的地基⼀般为新鲜岩

⽯

1.2、排⽔与地下轮廓

排⽔Drainage：注意反滤Filter

棱体、贴坡、褥垫、⽹状、竖式排⽔

地下轮廓：垂直防渗:截⽔槽Cutoff Trench、混凝⼟防渗墙

Cutoff Wall、帷幕Curtain；⽔平防渗:铺盖Blanket

2、⼟⽯坝的岩基处理II防渗Seepage Control处理

粘⼟截⽔槽或混凝⼟截⽔墙：浅透⽔层

①帷幕Curtain灌浆Grout：较深透⽔层

②普通⽔泥灌浆:宽度>0.15~0.25mm

③超细⽔泥灌浆

④化学灌浆

帷幕灌浆孔布置：梅花形；灌浆⽔泥浆⽔灰⽐：6:1,4:1到1:1,0.6:1 灌浆压⼒：1.2～1.5倍⽔头

3、⼟⽯坝砂砾⽯地基处理：

常见的砂砾⽯基础，其河床段上部多为近代冲积的透⽔砾⽯层，具有明显的成层结构。故做①垂直防渗设施，包括粘性⼟截⽔槽、混凝⼟防渗墙、帷幕灌浆等；②上游⽔平防渗铺盖

三）、⼟⽯坝防渗实例

A、密云⽩河防渗墙

B、加拿⼤马尼夸克防渗墙

C、⼟⽯坝防渗技术

①劈裂灌浆防渗技术：技术机理是在⼟坝中采⽤劈裂灌浆，使⽤⼀定的压⼒，使坝体沿坝轴线⼩主应⼒⾯劈开，灌注泥浆，并使浆坝互压，最后形成lOem～50em厚的连续泥墙；同时泥浆使坝体湿化，产⽣沉陷，增加坝体的密实度；这项技术不仅起到防渗作⽤，也加固了坝体。

②⾼压定向喷射灌浆防渗技术：该技术是在以前引进⽇本⾼压旋喷灌浆法的基础上改进⽽成，⽤于险库坝基防渗，取得了较好的效果。

③⼟⼯合成材料技术：⼟⼯合成材料按⽔⼒特性可分为不透⽔的⼟⼯膜或⼟⼯复合膜和透⽔的⼟⼯织物，前者可以代替防渗体，起到截渗隔⽔作⽤；后者可代替反滤料，起到排⽔反滤作⽤。

④坝基岩溶防渗技术：向钻孔抛填级配料，堵塞漏⽔通道，减⼩渗透流速，形成反滤条件。

⑤倒挂井防渗墙加固技术：采⽤单井开挖，先挖主井，后挖副

井，相互搭接，可构成整体混凝⼟防渗墙。

总结：⽬前，我国的许多⼤中型⽔库属于超期服役阶段，病情险情⾮常严重。这些坝因各种原因形成渗透现象的较为普遍，有些渗透影响了坝⾝的整体性，危及⼤坝安全，应引起我们⾜够的重视。⽆论是重⼒坝、拱坝还是⼟⽯坝，其渗透的原因都有很多，是错综复杂的，必须加强检查观测，及时认真分析研究，以便查明渗透产⽣的原因，有针对性的加以处理。同时应相应地做好设计、施⼯和管理运⾏⽅⾯的⼯作，使⽔库的使⽤寿命延长，更好地为⼈民造福，促进经济的发展。下载本文