如何正确理解和确定防渗标准？

一个坝是否作堵漏处理和将这种处理做到什么程度,取决于坝基岩土的透水性大小。只有其透水性较大、会发生较大漏水量时才有必要作堵漏处理。为此,需预先得知坝基岩土的透水性,透水层的分布范围,然后根据设计水头,用达西定律V=ki推导的计算公式计算渗流量。

式中 q——单宽渗流量(m3/s)；

K——渗透系数(m/s)；

H1——坝前设计水位(m)；

H2——渗流出水点处的水位,有排水孔时为第一道排水孔口平均高程,无排水孔时为坝后设计水位(m)；

L——为渗流途径长度(m)。

渗透系数K值和透水率值都是用来表征地层透水性大小的两个指标。K值表示的是水在地层中流动的快慢,通常用m/d、cm/s来表示,可称为“速度型”表示法。但并非是水的真实流速,而是一种综合的、平均的表示方法。可以用它直接参与计算,使用方便。但测定此值却相当麻烦,需作抽水试验,要打许多钻孔观测稳定水位,用很长时间才能求算出来。多在不能自立孔壁的散粒状地层如覆盖层中采用。

透水率表示的是在1MPa压力下、每米钻孔长度、每分钟透过的水量。当透水量为1L时记作1Lu……,这可称作“数量型”表示法。在基岩中作压水试验可以很快求得此值。因这种试验是法国地质工程师吕荣(M.Lugeon)1932年首次提出来的,国际上通称吕荣试验。但它不能直接参与渗流量计算,还需换算成K值。大致是：

1～3Lu 相当于K值为10-5cm/s；

5～20Lu相当于5×(10-5～10-4)cm/s；(www.xing528.com)

＞30Lu相当于n×10-3cm/s(n=1～9)

这位法国地质工程师当初提出的需作防渗堵漏处理的标准是：当地层透水性大于1Lu时,超过30m高的坝需作灌浆处理,小于1Lu时无需进行。后来的许多研究者和实践者都认为此标准偏高。如第十五届国际大坝会议主席P.隆德指出,1～3Lu的指标在许多情况下可以放宽,尤其在帷幕的下部。澳大利亚灌浆工程师豪斯比提出当水的价值在当地不十分珍贵时,土石坝可放宽到7～10Lu,混凝土坝可放宽到5～7Lu,并指出这仅适合于地层的浅部,深部可允许有更大的Lu值。德国库茨纳尔博士认为,小于5Lu时灌浆不会产生效果,5～10Lu甚至25Lu是否需要灌浆和能否产生降低渗漏量的效果都是难以肯定的。美国垦务局1977年出版的《混凝土拱坝和重力坝设计准则》和1981年出版的《重力坝设计》中,对灌浆帷幕的设置条件和防渗标准都未作明确规定,而是要看试行灌浆的注灰量情况。当某批灌浆孔不再明显吃浆时就终止灌浆。哈扎公司顾问工程师J.L.Snerard提出的不明显吃浆的标准是不大于50kg/m。

可以看出,他们在作这些表示时,都既考虑了允许渗漏量问题,也考虑了灌浆能否产生效果问题,而不是非要达到某一透水率不可。

在用公式(1)进行渗漏量计算时,K与L两参数的取值最为关键,它们的正确与否,在非常大的程度上决定着决策结果。以往都是把施测或换算的K值与所考虑的最短渗流途径L直接参与计算,结果将会比实际发生的渗漏量大许多倍。

只有在均质的、各向同性地层中以及渗流方向与最大渗透性方向完全一致时,这种计算才是正确的。然而,在实际中这样的情况几乎是不存在的。无论是在具有片状、脉管状或串珠状孔洞空隙特征的岩层里,还是在具有蜂窝状空隙特征的覆盖层里,q或K值在不同方向上都有巨大差别。仅就中、细砂而言,有试验资料得出垂直方向的透水性K2仅为水平方向最大透水性K1的1/40。在基岩中的差别将会更大一些；最大透水性多发生在主要透水裂隙的走向线上,与此相垂直的方向上趋近于零。而我们在现场所能施测到的只能是最大透水性。只要地层是不均质、各向异性的,它都会使参与计算的K值减小,使L值增大,即应分别对K值乘个小于1的α、对L值乘个大于1的β系数,将计算公式变成：

α与β称为不均质系数,为最大透水性与最小透水性之比,二者互为倒数。对于垂直与水平渗透性之比达1∶40的地层,不均系数α应为0.025。对于一般地层不均质系数若均取1∶2即取α为0.5,绝不会偏小,有数十倍的安全储备。不妨一律取α为0.5。

对于渗流途径L的取值,应把实际的L值转换成“等效”的βL值,理论上应为βL=K2/K1L。按上述假定的不均系数为1∶2,β应为2。于是有：

这才是堵漏处理前应当采用的与实际较为贴近且有足够安全储备的渗漏量计算公式。做了堵漏处理之后,假如地层的透水性降低了50%,就相当于地层中的100个同样大小的透水孔隙有50个被堵塞住了,即防渗效率达到了50%,漏水量就会在原来的基础上减少50%。如果已能被允许,就可到此为止。否则,差多少就再使防渗效率提高多少。此时,即可不去顾及q或K值还有多大,还有多少孔段“超标”。预先规定q或K值,只是为了便于控制施工进程,使各方面都有一个便于掌握的一个参照指标,而不是最终目的。最终目的是要渗漏量合格。

可见,当原坝基的透水性已经很小、不会发生大的渗漏量时,即可不做堵漏处理。以避免为追求q值全部达标,越是好的岩石越要多做灌浆(因灌浆效果差)这种极不合理的现象发生。对于透水性较大、可灌性较好的“坏岩石”,灌浆可极大地提高防渗效率,因此作灌浆堵漏处理才是完全必要的。