CN109281330A - 一种渗流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渗流控制方法，包括以下步骤：步骤1、对砂砾石坝基应首先查明砂砾覆盖层的平面和空间分布情况，以及级配、密度、渗透系数、容许渗透比降的物理力学指标，在地震区，还应进行标准贯入试验、剪切波速、动力特性的指标的试验；步骤2、根据坝型、坝高、工程的重要性、施工条件、施工机械设备能力及砂砾石层的特性选择几种技术上可行的方案。本发明的渗流控制方法，可根据具体情况，选择不同的技术方案，最终保证砂砾石坝基的安全，该方法具有操作简便，灵活的特点，适合推广应用。

Description

一种渗流控制方法

技术领域

本发明涉及一种渗流控制方法，具体地说，涉及一种用于砂砾石坝基的渗流控制方法。

背景技术

砂砾石坝基分为均质地基、双层地基和多层地基。均质地基级配和透水性都均匀，一般不会在下游产生承压水；双层地基的表层为弱透水层(如：黏土、壤土等)，底层为强透水性(如：砂卵石、卵砾石等)时，蓄水后因下游渗水出口受阻于弱透水层，便在强透水层中产生承压水，如不采取渗流控制措施，弱透水层可能被承压水顶穿，产生流土破坏；多层地基为强、弱透水层互为夹层，蓄水后可能形成几个承压水层，其渗透稳定条件更差。当地基中含有砂透镜体或夹砂层时，有可能产生震动液化或过大变形，影响坝的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗流控制方法。在拟定砂砾石坝基的处理方案时，应达到以下目的：

(1)保证坝基及下游土层的渗透稳定；

(2)控制渗流量不超过容许值；

(3)降低坝体浸润线；

(4)改变砂砾石坝基的性质，使其达到设计所要求的变形及抗剪强度等要求；

(5)减少坝下游的浸没等。

同时还应根据坝型、坝高、工程的重要性、施工条件、施工机械设备能力及砂砾石层的特性选择几种技术上可行的方案，通过技术经济比较选定处理方案。

其具体技术方案为：

一种渗流控制方法，包括以下步骤：

步骤1、对砂砾石坝基应首先查明砂砾覆盖层的平面和空间分布情况，以及级配、密度、渗透系数、容许渗透比降的物理力学指标，在地震区，还应进行标准贯入试验、剪切波速、动力特性的指标的试验；

步骤2、根据坝型、坝高、工程的重要性、施工条件、施工机械设备能力及砂砾石层的特性选择几种技术上可行的方案；

当砂砾石层厚度小于20m时，宜采用明挖回填截水槽；当砂砾石厚度在100m以内时，可采用防渗墙；当啥砾石很深时，采用帷幕灌浆；或上层采用明挖回填截水槽或混凝土截水墙，深层采用帷幕灌浆的形式。

进一步，所述明挖回填截水槽具体为：当透水坝基深度小于20m时，采用明挖回填黏土或混凝土截水槽，土截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑，其压实度应不小于坝体同类土料，底宽根据回填土料的容许渗透比降、土料与基岩接触面抗渗流冲刷的容许渗透比降和施工条件确定。一般砂壤土的容许渗透比降取3，攘土取3～5，黏土取5～10，槽底的最小宽度按施工方法和施工机械而定，最小宽度不小于3m，土截水槽开挖边坡坡度，依地层条件一般取1:1.0～1:2.0。土截水槽下游坡与地基接触面应符合反滤原则。如果地基土的透水性较截水槽土料的透水性大数百倍或更大，则两种土料之间必须设置反滤层，以防止截水槽土料在渗透作用下剥蚀，发生渗透破坏。或者在基岩表面挠筑一层混凝土盖板或喷混凝土。土截水槽要求嵌入基岩或相对不透水层，不小于0.5m，所有全风化或严重节理裂隙破碎带均需清除。当地质条件和施工条件允许时，截水槽的深度可加深。

进一步，所述防渗墙的类型有：混凝土防渗墙、板桩灌注防渗墙、槽板式防渗墙、高压旋喷灌浆防渗墙。

进一步，所述防渗墙的布置包括平面布置和剖面设计。

进一步，所述防渗墙的构造包括：防渗墙与防渗体的结合、防渗壤的入岩深度、防渗墙与高喷灌浆防渗墙的连接、防渗墙与岸坡及混凝土建筑物的连接、防渗墙拐点处的处理。

进一步，所述帷幕灌浆具体为：灌浆帷幕设计应根据现场灌浆试验及室内浆液性能试验，确定灌浆孔距、灌浆压力、浆液稠度变化范阁、浆液的各种基本性质以及钻孔与灌浆的各项技术经济指标，作为灌浆设计的重要依据。当基岩裂隙宽度大于0.20mm，应采用水泥灌浆；裂隙宽度小于0.l5mm应采用化学灌浆或超细水泥灌浆，化学灌浆作为水泥灌浆的加密措施。受灌地区的地下水流速不大于600m/d时，采用水泥灌浆。大于此值时，在水泥浆液中加速凝剂或采用化学灌浆，但灌浆的可行性及其效果应根据试验确定。当地下水有侵蚀性时，应选择抗侵蚀性水泥或采用化学灌浆.化学灌浆应采用低毒或元毒材料，并分析是否会对环境造成污染。

进一步，还包括下游排水设施及盖重。

进一步，当坝基基岩较破碎、透水性较大时，除做灌浆帷幕外，同时进行固结灌浆处理.对于高坝及重要的大坝，在防渗体范围内坝基均布设固结灌浆，又称铺盖灌浆.当坝基存在以下情况时，需进行固结灌浆：

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的渗流控制方法，可根据具体情况，选择不同的技术方案，最终保证砂砾石坝基的安全，该方法具有操作简便，灵活的特点，适合推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

垂直防渗措施选择的原则：①一般当砂砾石层厚度小于20m时，宜采用明挖回填截水槽；②当砂砾石厚度在100m以内时，可采用防渗墙；③当啥砾石很深时，可采用帷幕灌浆；或上层采用明挖回填截水槽或混凝土截水墙，深层采用帷幕灌浆的形式。

明挖回填截水槽。当透水坝基深度小于20m时，可以采用明挖回填黏土或混凝土截水墙(槽)。土截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑，其压实度应不小于坝体同类土料，底宽根据回填土料的容许渗透比降、土料与基岩接触面抗渗流冲刷的容许渗透比降和施工条件确定。一般砂壤土的容许渗透比降取3，攘土取3～5，黏土取5～10，槽底的最小宽度按施工方法和施工机械而定，最小宽度不小于3m，土截水槽开挖边坡坡度，依地层条件一般取1:1.0～1:2.0。土截水槽下游坡与地基接触面应符合反滤原则。如果地基土的透水性较截水槽土料的透水性大数百倍或更大，则两种土料之间必须设置反滤层，以防止截水槽土料在渗透作用下剥蚀，发生渗透破坏。也可在基岩表面挠筑一层混凝土盖板或喷混凝土。土截水槽要求嵌入基岩或相对不透水层，一般不小于0.5m，所有全风化或严重节理裂隙破碎带均需清除。当地质条件和施工条件允许时，截水槽的深度可加深。

防渗墙(含高压旋喷灌浆防渗墙)。根据我国目前防渗墙施工的技术水平，当透水坝基深度小于130m时，可采用防渗墙防渗。防渗墙的主要类型有：①混凝土防渗墙。混凝土防渗墙是沿坝体延伸的，在松散透水地基中连续造孔，以泥浆固壁，往孔内灌注混凝土而建成的墙形防渗建筑物。它是对闸坝等水工建筑物在松散透水地基中进行垂直防渗处理的主要措施之一。防渗墙按分段建造，一个圆孔或槽孔浇筑混凝土后构成一个墙段，许多墙段连成一整道墙。墙的顶部与闸坝的防渗体连接，两端与岸边的防渗设施连接，底部嵌入基岩或相对不透水地层中一定深度，即可截断或减少地基中的渗透水流，对保证地基的渗透稳定和闸坝安全，充分发挥水库效益有重要作用。②板桩灌注防渗墙。将加厚的钢板桩按设计要求打至隔水层后，用液压拔桩器将钢板桩缓缓拔起，同时通过焊接在桩体上的灌浆管，自桩底灌注浆体，注满钢桩余处的空间而建成的地下防渗建筑物。防渗墙的厚度一般仅为10～30cm，故又被称为薄防渗墙。板桩灌注墙灌注的浆体一般为水泥膨润土砂浆。适用于较浅的坝基覆盖层(<10m)，要求墙下、地基中无孤石。由于其成墙速度很快，也特别适用于土堤或小型土坝抗洪抢险时的紧急加固工程。③槽板式防渗墙。槽板式防渗墙是用冲击钻、抓斗或其他方法开挖槽孔，采用泥浆固壁，并用导管在泥浆下浇筑混凝土或黏土混凝土形成的连续防渗墙。适用于各种地基，不论地下水位的高低，渗透比降>30，最大可达到100。④高压旋喷灌浆防渗墙。高压旋喷灌浆防渗墙是采用高压水或高压浆液形成高压喷射流速，冲击、切割破碎底层土体，并以水泥基质浆液冲填掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，以提高坝基防渗或承载力。高喷灌浆浆液宜使用水泥浆，水灰比可为1.5:1～0.6:1。并可加入膨润土、黏土、粉煤灰、砂等掺和料。适用于淤泥质土、粉质黏土、粉土、砾石、卵(碎)石等松散透水地基。

防渗墙设计需具备的基本资料

①坝体或围堰剖面及平面布置图；

②坝体不同运行工况下的上下游水位资料；

③坝体或围堰填料的物理力学指标、渗透系数及容许渗透比降；

④坝基覆盖层的地质剖面，坝基地层的物理力学指标、渗透系数及容许渗透比降；

⑤岩层的风化程度、物理力学指标、透水率等；

⑥地下水水位及水质分析资料；

⑦枢纽工程环境保护要求；

⑧枢纽工程附近混凝土主材及黏土、膨润土料源情况。

防渗墙体结构设计

①防渗墙的布置

a平面布置。防渗墙应用于坝基防渗时，墙体与防渗体相连接，故其轴线一般随。防渗体的铀线进行布置，平面上，为避开不良地质条件或其他原因，防渗墙轴线可布置成折线或曲线型，但直线布置是最经济的。

b剖面设计。布置在坝基中的防渗墙可设计成封闭式或悬挂式。封闭式防渗可完全截断透水地基的渗流，而悬挂式防渗墙只能增加渗役，元法完全封闭透水地基的渗流。

高坝或堰体，有时布置两道防渗墙，这两道墙共同作用，按一定比例分担水头，如瀑布沟水电站大坝坝基采用两道各厚1.2m的防渗墙，这种布置一定要使水头分配合理，避免造成单道墙水头过大。

严寒地区防渗墙在顶部冻土层以上可不浇筑混凝土，回填黏土或采用其他防渗型式。

②防渗墙的构造

a防渗墙与防渗体的结合。防渗墙与防渗体相接时，为增加接触渗径的长度，防渗墙伸入防渗体内的长度宜为1/10坝高，高坝可适当降低，或根据渗流计算确定，低坝不应小于2m。在墙顶宜设置填筑含水率略大于最优含水率的高塑性土区。防渗墙与防渗体的连接，一般采用插入式或廊道式。

伸入防渗体内的防渗墙多采用现浇方式，为改善与土体的结合.墙顶部位做成楔形，现浇墙与槽孔防渗墙间的连续多采用键槽形式，也有加止水和插筋的。

当墙顶有灌浆且检查廊道时，一般是将墙插入廊道底板，两侧回填塑性材料。

b防渗壤的入岩深度。防渗墙嵌入基岩深度，一般为0.5～1.0m，对风化较深或断层破碎带应根据其性状及坝高予以适当加深。

对于风化程度高、裂隙发育的岩石，一种是穿过破碎岩石伸入新鲜基岩；另一种则是伸入一定深度后下接灌浆帷幕进行处理。近年来的工程实践表明，设计越来越趋向于防渗墙本身的柔性化，墙底约束程度也趋于减弱。

c防渗墙与高喷灌浆防渗墙的连接。有时，坝基的防渗结构，一部分采用混凝土防渗墙，相邻部分采用高喷灌浆防渗墙。防渗墙与高压喷射灌浆防渗墙连接时可采用搭接式或插入式，其搭接长度视承受的水头大小确定，一般为3～8m。

d防渗墙与岸坡及混凝土建筑物的连接。对于深部岩体，元论两岸的坡度怎样，都可以采用墙体入岩的方式连接。在岩体埋藏较浅的部位，可采用混凝土齿墙或黏齿墙连接，防渗墙与混凝土建筑物连接时可预留槽孔位置，防渗墙槽孔施工完毕后将预留孔作端孔处理，进行刷洗后浇筑混凝士。

e防渗墙拐点处的处理.对于水头较高和重要工程，防渗墙的拐点可能造成较大的应力集中，需进行局部加固，可采用旋喷桩或混凝土桩支顶，也可用施工短墙支撑。

防渗墙的结构分析

防渗墙结构分析的目的是确定墙体的厚度及其与地基连接的形式，墙体厚度主要由防渗要求、抗渗耐久性、墙体应力和变形以及施工设备等因素确定，其中最重要的是抗渗耐久性和结构强度两个因素。

①按容许水力梯度确定。防渗墙在渗透作用下，其耐久性取决于机械力侵蚀和化学溶蚀作用，因为这两种侵蚀破坏作用都与水力梯度密切相关。目前防渗墙厚度主要据其容许水力梯度、工程类比和施工设备确定，即：

式中:一一防渗墙的容许水力梯度；

J_MAX一一防渗墙破坏时的最大水力梯度；

K一一安全系数。

刚性混凝土防渗墙的可达80～100，塑性混凝土防渗墙的多采用50～60。

②按防渗墙的强度确定。作用在防渗墙上的荷载有墙的自量和墙上部土的重力、上下游的水压力和土压力，在地震时还有地震力，以及墙身上下游两侧砂砾石层压缩变形，对墙上下游两侧面产生的向下剪力等，根据防渗墙的结构型式和工作条件，主要可纳为以下三种受力状态：

a心墙坝下覆盖层中的防渗端。其主要荷载是墙体承受上部心墙土体传来的荷重及水压力，主要受力作用是偏心受压。

b斜墙坝下的防渗墙或土石坝补强、施工围堰等工程的防渗墙.这时上部土体的荷童不占主要地位，而静水压力起着主要作用，主要受力作用是弯曲作用。

c上述两种状态下受地震荷载的情况。

防渗墙的应力状态还与施工和蓄水过程有关，当防渗墙上、下游的围士因受上部坝体的荷重而产生沉降时，先期建造的防渗墙两侧将产生向下的剪力，会使墙体承受远比墙顶荷载及墙身自重大很多的压力.

防渗墙两端有泥浆固壁形成的泥皮时，在一定程度上可减小围土与墙身之间的摩擦力，其摩擦系数在考虑墙面不平整后可假定伪0.2左右.在进行防渗墙的结构分析时，应考虑泥皮的作用。

当墙体材料为塑性混凝土等塑性材料时，则应采用非线性有限元方法计算。

防渗墙的动力有限元分析，可采用直接积分法，求解在实测地震波形作用下的地震应力，计算中可考虑墙体和围士材料的线性或非线性两种情况，其中非线性动力分析可采用等效非线性法。

防渗堆的耐久性分析

①防渗墙的溶蚀

a防渗墙在长期水头作用下，混凝土中的氧化钙将不断被溶出，当氧化钙的溶出量达到混凝土中氧化钙总量的25％～30％时，强度将大幅度降低，渗透系数大幅度增大，严重影响防渗墙的正常工作。

b防渗墙混凝土中的氧化钙的溶出速度与墙体承受的渗透比降、混凝土的龄期、混凝土的渗透系数、构成混凝土的水泥与掺合料的品种和用量、外加剂的品种和用量、环境水的硬度等有关，在这些影响因素中最重要的是渗透比降和墙体的渗透系数。

c不同的墙体材料有着不同的极限渗透比降，H贝伊尔给出的安全系数为2，该系数巳被国内外工程实践证明是适宜的，当按容许比降确定的墙厚，透过墙体渗出的水量极微，而溶出的氧化钙就更微不足道了。

d几种防渗墙防渗材料，其抗溶蚀性能由强到弱依次为：粉煤灰混凝土、普通混凝土、塑性混凝土、黎土混凝土、固化灰浆。

②防渗墙使用年限估算。防渗墙使用年限估算以梯比利斯研究所公式应用较多。

渗水通过防渗墙混凝土使石灰淋蚀而丧失强度50％所需的时间T(a)为

式中：a一一淋蚀混凝土中的石灰，使混凝土的强度降低50％所需的渗水量，m³/kg，根据苏联学者B.M.莫斯克文研究a＝l.54m³/kg，按柳什尔的资料，a＝2.2m³/kg；

b一一防渗墙的厚度，m；

c一一lm³混凝土中的水泥用量，m³/kg；

k一一防渗墙渗透系数，m/a；

J一一渗透比降；

β一一安全系敛，查表可得。

帷幕灌浆。当砂砾石很深时，可采用帷幕灌浆。灌浆帷幕设计应根据现场灌浆试验及室内浆液性能试验，确定灌浆孔距、灌浆压力、浆液稠度变化范阁、浆液的各种基本性质以及钻孔与灌浆的各项技术经济指标，作为灌浆设计的重要依据。当基岩裂隙宽度大于0.20mm，应采用水泥灌浆；裂隙宽度小于0.l5mm应采用化学灌浆或超细(磨细)水泥灌浆，化学灌浆作为水泥灌浆的加密措施。受灌地区的地下水流速不大于600m/d时，可采用水泥灌浆。大于此值时，可在水泥浆液中加速凝剂或采用化学灌浆，但灌浆的可行性及其效果应根据试验确定。当地下水有侵蚀性时，应选择抗侵蚀性水泥或采用化学灌浆.化学灌浆应采用低毒或元毒材料，并分析是否会对环境造成污染。

灌浆帷幕的位置

灌浆帷幕的位置应视防渗体的位置和地质条件而定，两者必须紧密连接，均质土坝的防渗帷幕一般设在离上游坝脚1/3～1/2坝底宽处。

钻孔方向

帷幕灌浆的钻孔方向宜尽可能穿过坝基岩体主导裂隙.当主导裂隙与水平面所成的夹角不大时，宜采用垂直孔；反之，则宜采用斜孔，其倾斜方向应与主导裂隙的倾斜方向相反，并应结合施工条件确定。

帷幕深度

①坝基下存在相对不透水层，且埋藏深度不大时，帷幕应深入该层至少5m；

②当坝基相对不透水层埋藏较深或分布无规律时，应根据渗流分析、防渗要求，并结合类似工程试验研究确定帷幕深度；

③喀斯特地区的帷幕深度，应根据岩溶及渗漏通道的分布情况和防渗要求确定；

相对不透水层的标准，对于1、2级坝和高坝，其透水率一般为3～5Lu；对于3级及其以下的中、低坝，一般为5～10Lu。

帷幕厚度

帷幕厚度T可按下式计算。对深度较大的多排帷幕，根据渗流计算和巳有的工程实例可沿深度逐渐减薄。

T＝H/J (4)

式中：H——最大设计水头，m；

J一一帷幕的容许比降，对一般水泥黏土浆，可采用3～4。

帷幕的排数、排距、孔距

防渗帷幕的排数、排距、孔距及灌浆压力，应根据工程地质条件、水文地质条件、作用水头及灌浆试验资料选定。

灌浆帷幕一般宜采用一排灌浆孔。对地质条件差、基岩破碎带部位和喀斯特地区宜采两排或多排，对于高坝，根据基岩透水情况可采用两排或多排孔。多排灌浆帷幕孔宜按梅花形布置。

当帷幕由两排灌浆孔组成时，可将其中的一排钻孔灌至设计深度，另一排孔深可取设计深度的1/2左右。

帷幕排距、孔距一般为1.5～3.0m。

在施工过程中。排距、孔距和灌浆压力及浆液配比灌浆参数还应该根据灌浆资料适时修正。

①孔距与排距的关系：

d＝1.15L (5)

②孔Re与浆浓扩散半径的关系：

d＝1.73R (7)

③幕厚与排数、孔距的关系：

T＝(0.87N-0.29)d (8)

④帷幕排数与幕厚、孔距间的关系：

式中：d一一孔距，m；

L一一排距，m；

R一一浆液扩散半径，m；

N一一帷幕排数；

T一一帷幕厚度；

以上各关系式是在理想均匀条件下的理论计算成果。一般常用下述方法估算帷幕厚度：单排孔厚度约为孔距的70％～80％，多排孔厚度约为两边排孔之间的距离，再加上边排孔距的60％～80％，有时排距取为0.866～1.000倍孔距进行计算。

灌浆压力计算

灌浆压力是控制灌浆质量的重要因素，无论固结灌浆或灌浆帷幕，都应使之不增大基岩裂隙、不抬动岩石或坝体、也不扩散到需要灌浆的区域以外.

确定岩层不同深度的灌浆压力值，应通过试验.当缺乏试验资料时可暂按式(6)、式(7)进行计算，在实际灌浆时，可视灌浆情况适时进行修正。

①忽略盖重情况时：

P＝P₀+mh (10)

式中：P——灌浆压力，MPa；

P₀一一表层满浆容许压力，MPa；

m一一灌浆段顶板以上岩石每加厚1m所增加的灌浆压力，MPa；

h——灌浆段顶板以上岩石厚度，m。

以上m及P₀值可表查的。

②有盖重情况时：

P_L＝P+κγh/1000 (11)

式中：P_L一一有盖重时的灌浆压力，MPa；

P一一无盖重时，用各类公式计算出的灌压力，MPa；

γ一一盖重层的容重，kN/m³；

h一一盖重层的厚度，

K——系数，可取1～3。

上述两种或两种以上方式的组合。

下游排水设施及盖重：下游排水设施及透水盖重种类包括：水平排水垫层、反滤排水沟、排水减压井以及坝趾下游透水盖重。应结合坝体及坝基地层性质选择下游排水设施及透水盖重适宜的方式。

水平排水垫层。一般选用透水性较好的砂料，其渗透系数一般不低于10-3cm/s，同时起到反滤作用。通常采用级配良好的中粗砂，含泥量不大于3％，不宜采用粉砂和细砂。也可采用连通砂井的砂沟来代替整片砂垫层。排水盲沟的材料一般采用粒径为3～5cm的碎石和砾石。

确定排水层平面尺寸和厚度时，须考虑加固场地的面积、加固地基单位时间的排水量、排水层材料的渗透系数和地基处理所采用的施工工艺。排水垫层厚度首先满足从土层渗入垫层的渗流水能及时排出，另一方面能起到持力层的作用。一般陆上垫层厚度为20～50cm，水下垫层为80～100cm。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。排水层兼作持力层，应满足承载力要求。

反滤排水沟。双层结构透水坝基，当表层为不太厚的弱透水层，且其下的透水层较浅，渗透性较均匀时，宜将坝底表层挖穿做反滤排水暗沟，并与坝底的水平排水垫层相连，将水导出。如排水放较大，可用排水管将暗沟中的水导出。反滤排水暗沟更有利于削减坝基扬压力，增加下游坝坡稳定，但观测维修较困难，而且缩短了下部透水层渗径，增加渗水出逸披降。反滤排水暗沟的位置宜设在距离下游坝脚1/4坝底宽度以内。

在下游坝脚处设置平行于坝轴线的反滤排水沟，以排泄下层透水层渗水，有效地降低坝体浸润线和坝基承压水头。沿沟四周与坝基接触面填反滤层，再在沟内填堆石或卵砾石，沟底宽应满足减压排水需要并方便施工，一般不小子l.0～2.0m。反滤排水沟宜同下游坝面排水沟分开，分别排水，避免排泄坝面雨水时将泥带人反滤排水沟中。

反滤排水沟不宜用于上部不透水层比较厚，或存在许多透水夹层和渗流集中带的多层结构砂砾石地基。

排水减压井。对于表层弱透水性较厚，或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入强透水层；如表层不太厚，可结合减压井开挖反滤排水沟。

排水减压井系统设计应包括确定井径、井距、井深、出口水位，并计算渗流量及井间渗透水压力，使其小于容许值.同时应符合下列妥求：①出口高程应尽量低，但不得低于排水沟底面，以防排水沟内的泥沙进入井内。②进水花管贯人强透水层的深度，宜为强透水层厚度的50％～100％。③进水花管的开孔率宜为10％～20％。④进水花管孔跟可为条形和圆形，进水花管外应填反滤料，反滤料粒径与条孔宽度之比应不小于1.2，与圆孔直径之比应不小于l.0。⑤减压井周围的反滤层采用砂砾料或土工织物均可。采用在砂砾料作反滤料时，反滤料的粒径应不大于层厚的1.5，不均匀系敖宜不大于5。⑥蓄水后应加强观测，对效果达不到设计要求的地段可加密井系。

减压井由井管(滤管和引水管)及上部出水口组成。造井步骤：以冲击钻造孔，用清水固壁(用泥浆固壁会影响以后排水效果)，下井管，回填井管与孔壁之间空隙(在滤管周围填反滤，在引水管周围如为强透水层填砂砾，如为弱透水层填土料)，洗井，进行抽水试验，安装井口井帽。井管由滤管及引水管组成，滤管进入透水层，管周开孔用以进水，开孔面积占表面积12％～15％，外包玻璃丝网或土工织物网。

井距、井径和井深通过计算确定，使位于减压井之间弱透水层底面上的水头<H(高出尾水位的测压管水头)不超过容许值，一般减压井与减压井之间透水层的水头最大，可在此处布设测压管。如发现水头超过设计值，可补打新井，以缩短孔距，降低压力。井距一般20～30m。

井径以保证出流能力和井的各种水头损失不致过大为宜，通常为150～300mm；对于强弱透水层互为夹层，其中存在几个强透水层的坝基，可以设一个减压井穿透各层，同时排泄各层渗水。如有条件，最好布设几个减压井，分别排泄各强透水层的承压水，以免遇到各层承压水的压力不同，形成各层间串水现象。

井口高程应高于排水沟中水位，以防沟中泥水倒灌，淤积减压井。

目前常用井管有无砂混凝土管、铸铁管、塑料井管等。无砂混凝土管易堵；包土工织物作反滤可减少淤堵。塑料井管轻便耐用，应是今后的发展方向。

滤管周围的反滤料，应根据地层砂砾料的级配确定。为减少淤堵，可在滤管与砾石反滤间设土工织物。

下游透水盖重。在表层为弱透水层、下层为强透水层的双层坝基中，蓄水后强透水层惨水在下游出口受阻于弱透水表层，产生承压水，如弱透水层厚度不足以压住承压水，可能被顶穿，导致基础破坏。解决措施除设反滤、排水沟或减压井外，也可在下游坝趾铺设透水盖重，保护弱透水表层不被承压水顶破。

透水盖重多由砂、砂砾、堆石等透水料组成，必要时应在与弱透水层接触面铺反滤。透水压盖厚度按下式计算：

上式适用条件为J_a-x＞(G_s-1)(1-n₁)/K (15)

式中：J_a-x一一表层土在坝下游坡脚点a至a以下范围x点的渗透比降，可按表层土上下表面的水头差除以表层土层厚度t₁得出。

G₁一一表层士的土粒比重；

n₁一一表层土的孔隙率；

K一一安全系数，取1.5～2.0；

t₁一一表层土的厚度；

γ——排水盖重层的容重，水上用湿容重，水下用浮容重；

γ_ω一水的容重。

(5)反滤排水沟及排水减压井的组合。

固结灌浆

固结灌浆的目的

当坝基基岩较破碎、透水性较大时，除做灌浆帷幕外，宜同时进行固结灌浆处理.对于高坝及重要的大坝，一般在防渗体范围内坝基均布设固结灌浆，又称铺盖灌浆.当坝基存在以下情况时，需进行固结灌浆：

作为防渗体基础的表层岩石的完整性在全部或局部范围内有破坏，或岩层节理裂隙发育，需要减弱其透水性，以提高岩层的完整性时。

当防渗体截水槽基础岩层的完整性由于开挖爆破后受到破坏时。

由于对基础岩层的渗透稳定需要保证不被溶解或分解钙质的岩层，或防止有管涌危险发生的岩层时。

固结灌浆设计

灌浆范围

固结灌浆范围决定于防渗体基础岩层的工程地质条件和表层的完整程度、坝高及工程的重要性，可能是防渗体与基础接触面整个范围，或基础面积的大部分，或仅在灌浆帷幕轴线两侧布设。

灌浆施工时间要求

坝基岩体性质差而又重要的大坝，最好在浇筑混凝土盖板前进行第一期低压固结灌浆.待混凝土盖板浇筑后，再用高压进行第二期灌浆，以提高固结灌浆效果.目前大多数工程在混凝土盖板浇筑完成后、帷幕灌浆前一次完成。

灌浆孔布置和深度

灌浆孔的布置，可以采取梅花式的排列、也可以采取正方形或六角形的排列.如果基础岩层表面发现有明显的裂缝，则在施工中可沿这些裂缝进行布孔。Ⅰ序孔距建议5～10m，然后根据灌浆情况，逐序加密。

根据地质情况，孔、排距可取2.0～4.0m，深度宜取5～10m。

灌浆压力

固结灌浆压力，当无混凝土盖重时，初步可选用0.1～0.3MPa；当有混凝土盖重时，初步可选用0.2～0.5MPa，最终应通过灌浆试验确定。

灌浆标准及检查

固结灌浆标准同帷幕灌浆，灌浆后应进行质量检查，检查孔的数量不宜少于固结灌浆孔总数的5％。

其他

固结灌浆对水泥强度等级和浆液的要求、灌浆方法、灌浆结束标准等成执行。DL/L5148一2001的有关规定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种渗流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对砂砾石坝基应首先查明砂砾覆盖层的平面和空间分布情况，以及级配、密度、渗透系数、容许渗透比降的物理力学指标，在地震区，还应进行标准贯入试验、剪切波速、动力特性的指标的试验；

步骤2、根据坝型、坝高、工程的重要性、施工条件、施工机械设备能力及砂砾石层的特性选择几种技术上可行的方案；

当砂砾石层厚度小于20m时，宜采用明挖回填截水槽；当砂砾石厚度在100m以内时，采用防渗墙；当啥砾石很深时，采用帷幕灌浆；或上层采用明挖回填截水槽或混凝土截水墙，深层采用帷幕灌浆的形式。

2.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，所述明挖回填截水槽具体为：当透水坝基深度小于20m时，采用明挖回填黏土或混凝土截水槽，土截水槽应采用与坝体防渗体相同的土料填筑，其压实度应不小于坝体同类土料，底宽根据回填土料的容许渗透比降、土料与基岩接触面抗渗流冲刷的容许渗透比降和施工条件确定；砂壤土的容许渗透比降取3，攘土取3～5，黏土取5～10，槽底的最小宽度按施工方法和施工机械而定，最小宽度不小于3m，土截水槽开挖边坡坡度，依地层条件取1:1.0～1:2.0；土截水槽下游坡与地基接触面应符合反滤原则；如果地基土的透水性较截水槽土料的透水性大数百倍或更大，则两种土料之间必须设置反滤层，以防止截水槽土料在渗透作用下剥蚀，发生渗透破坏；或者在基岩表面挠筑一层混凝土盖板或喷混凝土；土截水槽要求嵌入基岩或相对不透水层，不小于0.5m，所有全风化或严重节理裂隙破碎带均需清除；当地质条件和施工条件允许时，截水槽的深度能加深。

3.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，所述防渗墙的类型有：混凝土防渗墙、板桩灌注防渗墙、槽板式防渗墙、高压旋喷灌浆防渗墙。

4.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，所述防渗墙的布置包括平面布置和剖面设计。

5.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，所述防渗墙的构造包括：防渗墙与防渗体的结合、防渗壤的入岩深度、防渗墙与高喷灌浆防渗墙的连接、防渗墙与岸坡及混凝土建筑物的连接、防渗墙拐点处的处理。

6.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，所述帷幕灌浆具体为：灌浆帷幕设计应根据现场灌浆试验及室内浆液性能试验，确定灌浆孔距、灌浆压力、浆液稠度变化范阁、浆液的各种基本性质以及钻孔与灌浆的各项技术经济指标，作为灌浆设计的重要依据；当基岩裂隙宽度大于0.20mm，应采用水泥灌浆；裂隙宽度小于0.l5mm应采用化学灌浆或超细水泥灌浆，化学灌浆作为水泥灌浆的加密措施；受灌地区的地下水流速不大于600m/d时，采用水泥灌浆；大于此值时，在水泥浆液中加速凝剂或采用化学灌浆，但灌浆的可行性及其效果应根据试验确定；当地下水有侵蚀性时，应选择抗侵蚀性水泥或采用化学灌浆.化学灌浆应采用低毒或元毒材料，并分析是否会对环境造成污染。

7.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，还包括下游排水设施及盖重。

8.根据权利要求1所述的渗流控制方法，其特征在于，当坝基基岩较破碎、透水性较大时，除做灌浆帷幕外，同时进行固结灌浆处理.对于高坝及重要的大坝，在防渗体范围内坝基均布设固结灌浆，又称铺盖灌浆.当坝基存在以下情况时，需进行固结灌浆。