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略論土質堤壩滲漏的主要成因及其相應對策

2023年09月26日

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摘要:滲漏是水庫和堤防工程的常見的病險形式之一。本文扼要論述了土質堤壩滲漏的主要形式、成因,同時結合工程實踐,介紹了幾種緊急狀態時的處理 方法 和相應對策。

關鍵詞:土質堤壩 滲漏 成因 種類 對策
  水庫堤防滲漏(Seepage of Reservior and levee)通常是指水體向圍護區(庫盆、堤防保護區),以外滲流而產生水量漏失的現象[1]。如其滲漏量較大,將顯著降低水庫效益;降低軟弱面強度,使某些岩土或斷裂帶充填物產生滲透變形;造成相鄰低谷、窪地或壩基揚壓力增加;下游地下水位抬升、建築物地基浸沒、失穩;引起壩肩、壩體滑動等環境地質 問題 ,造成下游浸沒和鹽漬化等,但由於這種滲漏現象通常是徐變漸進的,一般不會立即造成水庫堤防潰決、垮壩等災難性後果。
  本文主要論述水庫、堤防、非常溢洪道等永久性或半永久性擋水建築物的滲漏問題,同時結合工程實踐,提出相應的應急措施和處理方法。
1、滲漏的主要表現形式
  土質堤壩的滲漏,常見的有壩基滲漏(Seepage through dam foundation),壩體滲漏(Seepage dam)、涵閘滲漏(Seepage conduit and lock)、接觸滲漏(Seepage contact)、繞壩滲漏(Seepage through dam abutment)和溢洪道滲漏(Seepage Spillway)等,現分述如下:
  [壩基滲漏] 通常是指水體沿壩基和壩肩透水岩土帶滲流而發生漏失水量的現象。由於土石壩對地基強度的要求不高,因此基礎的防滲處理好壞直接關係到土石壩的運行安全。有些水庫地基基礎復蓋層很深,或其基岩為透水岩土帶,如:未膠結或膠結不好的砂礫石層,砂礫岩、砂岩、岩體風化帶或裂隙透水帶;岩漿岩,非岩溶化沉積岩和變質岩中的斷層、裂隙密集帶;玄武岩、安山岩等噴出岩的柱狀節理,層間裂隙和岩熔洞穴;還有一類為岩溶透水帶,如石灰岩、白雲岩、大理岩、頁岩、泥質頁岩等。建設時由於經費或其它種種原因對地質情況未予探明或探知後未得到妥善處理,結果在運行多年後,隱患逐步暴露並造成壩基、壩肩嚴重漏水。如我市安吉縣老石坎水庫(大(二)型),其非常溢洪道的三級自潰壩就位於厚度2~10m,透水性較強(>33LU)的鈣質頁岩的風化破碎帶上,由於原工程時,原壩基未進行徹底處理,部分壩基未挖至基岩,兩岸山坡及中間分隔墩的墩體均為厚度1~15m的強風化岩,而隔墩周邊的擋水牆又是採用整體性和防滲性能相對較差的漿砌塊石和地產的325#水泥砌護,結果在99.6.30洪水期間出現了全壩段、大面積的集中滲漏;湖州市區妙西鄉的盛塢、利山水庫,91年市區旄兒港臘山段施工圍堰等均存在著上述情況。
  [壩體滲漏] 主要是指水體透過壩身滲流而造成水量流失的現象,由於土質堤壩是由土料構築的,而土料具有一定程度的透水性,在持續高水位下,如果填築的土料選擇不當或夯壓不實,滲透到壩體內部的水分即會相應增加,浸潤線和出逸點也會明顯抬高,如不及時處理,就可能發生滑坡、漏洞、塌坑等,因而對土質堤壩的安全和穩定危害很大,其演變過程通常是從潤濕 散浸 集中滲漏 流土、管涌 潰決。如湖州市區南埠鄉庫容2萬m3的銀家塢山塘曾在91年洪災中發生潰決,事後勘查,發現該山塘潰決的主要原因是壩型不合理(反拱型)、加上壩身單薄,白蟻洞穿土壩拱端,發生持續高水位時,蟻道貫通壩體並形成集中滲漏和流土,最後導致潰決。99.6.30洪水期間,長興、安吉二縣有十幾隻發生潰決,也是由於堤身單薄,背水坡堤腳有塘,加上白蟻危害。洞穿堤身,最後在高水位時發生漏水、塌坑、流土而最終潰決。
  [涵閘滲漏] 是指水體通過涵閘破損斷裂部位或因周邊止水失效,或因閘身不均勻沉陷導致閘體變形並在其周邊接觸處發生的水體流失現象。如:我市導流西大堤埭溪老翻水站一側就有一閒置不用的5m大閘,因基礎沉陷、閘身變形,造成閘身周邊漏水,93年洪水期間,該閘的漏水量高達2.0m3/s。至於水庫涵閘漏水的情況更是屢見不鮮,如:1996年春,我市最早興建的一座西羊山水庫,就因大壩不均勻沉降造成分級臥管斷裂和底孔閘門嚴重漏水;安吉縣大河口水庫1998年則因高水位時涵洞高壓水流洞穿頂部上緣一處廢棄的放水涵管的封口閘板,造成出水段背水坡一側大面積滲流,其滲流最高達50L/S。
  [接觸滲漏] 主要是水體沿壩體與山體結合部或風化岩層處向下游地區滲流的現象,最典型的為位於長興煤礦的東風水庫,該水庫右壩頭與山體結合部位為強風化帶,由於建庫時未做防滲處理而且岩層又傾向下游,從而形成集中滲漏,91年洪水期間,其滲流最高達10~12L/S。市區的盛塢、革命等水庫也有類似情況。
  [溢洪道滲漏] 如加以歸類也可列入接觸滲漏,最常見的有三種。一是水庫大壩加高時,對原遺留的臨時溢洪道部位未作妥善處理,結果在結合層面上發生滲水,如80年代初市區喬溪鄉紅旗水庫的左壩頭髮生的滲水就屬於這種類型;二是溢洪道位於土基或風化岩基上而基礎又未作很好處理,結果在高水位時造成庫水沿溢洪道基部向下游滲流,如:安吉縣椅子塔、楊樹塢,長興縣顧渚、牛角沖水庫、市區石橋塢、三澗頭等十多座小(二)型水庫和山塘就屬於這種情況;三是對溢洪道與壩體導水牆和底板結合部,未作有效的防滲處理,導致高水位泄洪時,水流向壩體一側滲流,如:市區妙西鄉霞幕山水庫的滲漏就是由上述二、三種原因合併產生的。

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