坝基防渗灌浆技术：排水沟与反滤层

排水沟通常与排水层连接起来联合运用。但对于水头较小、较低的堤坝也可以单独使用。在多数情况下，在堤坝趾部做一道有效的排水沟，并在沟边做一层有镇压保护的反滤层，就可大大降低剩余水在土层中的出逸比降，从而消除管涌的可能。只有在坝后被一层不太厚的低透水性地层所覆盖，而水头较大、坝体较高时，才需采取进一步排水措施如打排水减井等。

当覆盖的弱透水层很薄时，应将其挖穿，否则也应将沟底置于透水性稍大的地层上。最简单的，是顺坝线在坝趾部只作一条，若求效果更好一些，可从坝基下开始做成间隔的、纵横相连的网格状排水沟。在沟内，可采用预埋的穿孔或开槽的暗管，但大多是采用回填反滤料。

如果采用穿孔或开槽暗管，就要在管的周围铺设反滤料或包裹纱网，既不能使土体进入管内，又要使水能顺利进入。被认为能满足这一要求标准的反滤料设计准则为

如果采用回填反滤料，需要的排水量较小时可用一种经过精心设计的且洗净的混合级配料；若需排走的水量较大，则需做成分层反滤层，将最粗的砾料铺在沟的中心。分层反滤层的设计可用式（3-1）或式（3-2）准则。

对排水沟的最重要要求，是要在排水沟内能在较小的水头和水力坡降下，输送走全部流入其内的渗流量。必须首先计算所有可能流入沟内的水量，然后再根据所要求的排水沟的水力条件，制订出一个有足够输水能力的、合适的排水沟断面和填料类型。根据限定的渗流场，流入排水沟内的渗流量可按照流网法进行分析，也可采用达西定律近似求得。对于多孔介质（包括具有细小裂隙的透水岩体）内水流的运动，达西定律的一般形式是：

式中　q——单位时间内的渗流量；

　　　i——与水流方向相一致的水力坡降；

　　　A——与水流方向正交的横截面面积。(www.xing528.com)

通过达西定律，可估算出从土和其它地层中流入排水沟的渗流量；也可用来估算排水沟内的渗流量。当然，这里需要对有关的参数预先提出接近合理的数值，如：①补给排水沟水量的地层的平均渗透系数K；②在地层引起水流运动，并把水送到排水沟内的平均水力坡降i；③向排水沟内汇集渗流的介质的平均横截面面积A。根据所有这些已知的数据，估算出渗流量的可能最大值以后，再来分析排水沟内的水力条件。

当利用达西定律来研究沟内的渗流时，如果把式（3-3）改写成如下形式，其中最重要的因素就显示出来了。

式中q为流入排水沟的渗流量。通常，总进水量的估计值应再乘上一个5～10的安全系数，用来照顾在估计含水层的渗透系数时所引起的误差，以及其它一些由于难以精确确定所引起的误差。排水沟内的允许水力坡降i，由设计者根据确保建筑物安全的需要防护标准来确定。排水沟的水力坡降i常会受到截面的几何形状、方向和其它一些因素的影响，在坝的竖向排水管中水力坡降值常取为1左右。

式（3-4）中的与KA，都可理解为排水沟应该具有的起码输水能力。适当地估算好q/i值（允许一个恰当的安全系数）后，在设计排水沟时，只要把面积A和渗透系数K予以最符合要求和最经济的组合，就可给排水沟提供出所需要的输水能力。一种方法是：先选定一个K值（它代表一种滤料的渗透系数），而后计算所需要的滤料厚度A；或者先选定一个实用的滤料厚度A，而后再确定所需最小的渗透系数K。

从式（3-4）中可以明显地看出，排水沟的输水能力直接随沟的断面积A和填料的渗透系数K值而变化。当为了满足排走较大水量的要求，提高排水沟的输水能力时，如果是增大沟的断面或填料厚度，一般说来就将成比例地增加沟的造价。如改换填料，有时可使其渗透系数成百倍、千倍地增加，而并不提高或可很少提高沟的造价。因此，每当需要排除大量的水时，大多是用提高填料的粗度和渗透性来解决。

通常作为导水填料的材料是各种砂、砾石和直径5cm或更大一些的石子。露天开采的砾石和高度透水的反滤层粒料的渗透系数是肥粘土的50亿～100亿倍［19］。这反映了渗透性是控制多孔介质中水流速度的一个工程性质，也是工程材料中变化最大的一个性质（其它的工程性质，诸如容重和抗剪强度只能在一个不很大的范围内变化）。还需要指出，粒径大小相同，而形状不同的粒料，它们的渗透性可能相差很大。例如，在美国西部（1973）曾生产并供应一种工厂生产的、冲洗过的砂和细砾石的混合料，其渗透系数为3～6m/d；而另外有一种细屋面砾石、豆砾石和粒径达2.5cm的同样大小的碎石和砾石，它们的渗透系数达900～30000m/d［19］。

需要再一次强调，当在排水沟内采用豆砾石和较粗的高渗透性反滤料时，必须符合式（3-1）准则，以确保不会发生堵塞和管涌危险。这一准则通常要求在粗料与被保护土之间放置一层细粒料，即做成级配的分层反滤层（图3-1）。此种反滤层的外层细料通常只有很小的输水能力，在计算排水沟的过水断面时可以不把它考虑在内（将它的输水能力作安全储备）。排水沟不但必须不受管涌和土的侵入危害，还必须有足够的输水能力以便将流过来的全部水量顺利地排走，不致产生水头的过多增长。如果上述基本准则和概念在反滤层和排水沟设计与施工中都得到遵守，建筑物就能长期安全运转，而不至于有渗流破坏的危险。