我国现有水库 8.8 万多座，数量居世界之首，其中中小型水库 8.6 万多座，约占水库总数的 98%，这些中小型水库大部分建成于 20 世纪的 50~70 年代，受当时的经济、技术等条件的限制，建设标准低、工程质量差等问题较为普遍，加上运行时间长、管理设施和手段落后、后期运行投入不足等原因，工程病险问题十分突出。 据统计，全国约有病险水库 3.9 万座，其中中小型病险水库约有 3.8 万多座，占病险水库总数的 97%左右。 大量中小型病险水库的存在，不仅制约水库效益的正常发挥， 而且严重威胁着水库下游人民的生命财产安全。
我国土石坝病险问题主要有坝顶高程不满足规范要求、坝体及防渗体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏、下游排水体及反滤料淤堵、上下游坝坡不稳定、坝顶宽度不够、上下游护坡损坏等等，其中除险加固中最难解决的病险问题是基础处理。土石坝的基础类型有岩基和软基（包括砂砾石基础，细砂、软粘土、红土和湿陷性黄土等基础），土石坝的基础处理措施应根据基础类型来确定。
1 岩基基础处理的常用措施
（1） 坝基固结灌浆。 坝基固结灌浆的设计 ，应根据坝基工程的地质条件、坝高和灌浆试验资料确定。固结灌浆孔的孔距、排距可采用（3～4）m，或根据地质钻探注水试验以后的透水率大小确定。适用范围：对于土石坝固结灌浆范围重点在坝体防渗区与坝基防渗帷幕的结合段一定范围内。
（2） 坝基帷幕灌浆。 帷幕灌浆就是采用钻孔 ，进入坝基一定深度的范围内，通过一定的压力将水与水泥等小颗粒混合浆液或高分子材料组合的化学胶凝浆液灌入施灌范围内封堵岩体中的裂缝而形成阻水帷幕， 以减少坝基渗漏量和降低渗透压力。 帷幕灌浆是基础防渗处理的最常见手段，对保证水库的安全运行起着重要作用。
对于土石坝，帷幕灌浆使用的胶凝材料主要是水泥，特殊情况时使用高分子化学溶液，水泥帷幕灌浆优点在于就地取材，材料价格较低，施工工艺和施工机具简单，效果较好；而化学灌浆一般不用于土石坝基础处理，因其具有一定毒性，对环境有污染。 水泥浆液中还可根据施灌地层岩石裂隙发育的程度和潜水流速大小等不同情况分别掺入早强剂、塑化剂、膨润土、粉煤灰等不同材料，以提高灌浆效果。 我国土石坝设计规范建议采用以下几点控制岩基灌浆质量：
①灌浆帷幕的位置应与坝身防渗体结合在一起； ②灌浆帷幕的设计标准应按灌后基岩的透水率控制，1 级、2 级坝及高坝透水率宜为（3～5）Lu，3 级及以下的坝透水率宜为（5～10）Lu；③帷幕深度应根据地质条件和防渗要求而定， 底部深入相对不透水层宜不小于 5 m；④灌浆帷幕宜采用单排灌浆孔，基岩破碎带部位和喀斯特地区宜采用双排或多排孔。
对于高坝，根据基岩透水情况可采用双排。多排帷幕灌浆孔宜按梅花型布置，排距、孔距宜为（1.5～3.0）m。
帷幕厚度 T 可按 T=H/J 计算。
式中 H———最大设计水头（m）；
J———帷幕灌浆的允许比降，对一般水泥粘土浆，可采用（3～4）
对深度较大的多排帷幕， 根据渗流计算和已有的工程实例可沿深度逐渐减薄。
由于帷幕灌浆是隐蔽性工程， 灌入的浆液在坝基中充填的情况，无法做直观评定，施工质量也难以直观判断。因此，在设计灌浆之前首先需了解清楚坝基的地质情况，坝基的岩性、断层大小走向、岩石裂隙的大小、相对不透水层的埋藏深度、渗透流速大小等。 另外，为了使灌浆设计更符合实际情况，常常在设计前，先在工地进行灌浆实验，根据灌浆实验取得的参数， 论证采用帷幕灌浆方法在技术上的可行性、可靠性及经济上的合理性， 从而提出可靠的施工程序和相应的灌浆材料、工序及最佳浆液的配比、灌浆孔的布置形式、孔距、孔深、灌浆参数、灌浆压力等。
2 软基基础处理的常用措施
2.1 砂砾石坝基处理的常用措施
常见的砂砾石坝基， 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特性。 砂砾石坝基常见的问题是渗透稳定问题， 解决的主要方法是做好防渗和排水。 防渗方式包括垂直防渗和水平防渗， 其中常见的垂直防渗包括设置软粘土截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等，水平防渗主要为上游水平防渗铺盖；排水措施主要包括水平排水层、排水沟、减压井、透水盖重等。 这些措施可以单独使用也可以综合使用。
各种垂直防渗措施能比较可靠而有效地截断坝基渗透水流，解决坝基渗透稳定问题，宜优先采用。
（1） 粘性土截水墙。 当坝基砂砾石层不太深厚时，截水槽是最常用而又稳妥可靠的防渗措施。一般布置在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游 1/3~1/2 坝顶宽处），横贯整个河床并延伸到两岸。 槽身开挖断面呈梯形，切断砂砾石层直达岩基，岩面经处理后回填粘性土料， 槽下游侧按级配要求铺设反滤料，槽底宽应根据回填土料的容许渗流坡降、与岩基接触面抗渗流冲刷的容许坡降以及施工条件确定。截水槽上部与坝的防渗体连成整体，下部与岩基紧密结合，形成一个完整的防渗体系。截水槽的最大开挖深度一般不超过 20 m。
（2） 混凝土防渗墙。 混凝土防渗墙是指在大坝基础用冲击钻或抓斗造孔，形成完整的孔槽，在槽孔中浇注混凝土， 最后形成一道连续的混凝土防渗墙体， 根据施工方法的不同分为桩柱式和槽板式两种成墙方式。 深厚砂砾石地基采用混凝土防渗墙是比较有效和经济的防渗措施， 混凝土防渗墙具有工程量小、受地层条件制约较少、施工技术较易掌握、造价较低、运行可靠等优点。
设计原则：①适用于坝高 60 m 以内，坝身质量差，渗漏范围普遍的均质坝、心墙坝和斜墙坝；②防渗墙应与坝体防渗体连成整体；③防渗墙应布置在坝体防渗体内，一般沿坝轴线偏上游布置；④防渗墙底应支承在坚实的基岩上，而且要嵌入不透水或相对不透水岩面以下（0.5～1.0）m，对风化较深和断层破碎带可根据坝高和断层破碎情况加深； ⑤防渗墙的抗压强度、抗渗性能及弹性模量应满足规范要求；⑥冲击钻造孔的设计墙厚一般取 0.8 m，抓斗造孔一般取 0.6 m。 对需设置钢筋笼的防渗墙，槽宽不能小于 0.5 m。
（3） 帷幕灌浆。 近年来在砂砾石冲积层采用水泥粘土灌浆建造防渗帷幕已取得了成功的经验。
（4） 高喷灌浆。 高喷灌浆是利用置于地层的能量高度集中的射流，通过冲切、劈裂、剪切、挤压、充填、渗变、掺搅、升扬、置换、固化等综合作用，强制性地破坏原地层， 将地层颗粒在一定范围内重新排列组合，在其周边形成天然反滤层，使浆液的扩散限制在一定有限范围内， 同时射流带入的固化剂与地层颗粒就地搅拌，形成所需性状的防渗结体。喷射形式一般为旋转喷射、定向喷射、摆动喷射三种。目前，我国在砂砾石基础进行高喷灌浆已取得了一定的成功经验。
高喷灌浆具有可灌性好、可控性好、连接可靠、机动灵活、适应地层广、处理深度较大、对施工场所要求不太高等优点，但当防渗深度较大时，由于钻孔偏斜旋喷墙下部容易开岔， 高压旋喷灌浆防渗性能不如混凝土防渗墙。
设计原则：①适用于最大工作深度不超过 40 m的软弱土层、砂层、砂砾石层地基渗漏的处理，也可用于含量不多的大粒径卵石层和漂石层地基的渗漏处理，在卵石、漂石层过厚、含量较多的地层不宜采用；②灌浆孔轴线一般沿坝轴线偏上游布置；有条件放空的水库，灌浆孔位也可以布置在上游坝脚部位；③凝结的防渗板墙应与坝体防渗体连成整体， 伸入坝体防渗体内的长度不小于 1/10 的水头；防渗板墙的下端，应落到相对不透水层的岩面。
（5） 防渗铺盖。 用粘性土料修筑铺盖与坝身防渗体相连接，并向上游延伸至要求的长度，也是土石坝砂砾石基础常用的防渗措施。 铺盖的作用是延长渗径， 从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许范围以内。当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗措施的条件或其造价昂贵难以实现时， 适于采用铺盖防渗。 当上游有天然铺盖或坝前淤积物较厚可以利用时更值得考虑。 铺盖不能像垂直防渗措施那样可以完全截阻渗流，其防渗效果有一定的限度，故多在中、小工程中使用，对高坝多和其他完全防渗措施配合使用。
铺盖的防渗性能取决于其长度、厚度和透水性，一般是通过计算和实验研究来合理确定各项参数。铺盖土料的渗透系数至少应比地基砂砾石的相应值小 100 倍以上，最好达 1 000 倍。 铺盖长度超过 6～8倍水头以后，防渗效果增长缓慢。铺盖前缘的最小厚度不宜小于（0.5～1.0）m，末端与心墙或斜墙连接处的厚度按容许坡降确定。 由于天然冲积层大多数不是很均匀的， 单纯依靠铺盖难以完全达到预期的效果，因而常和下游坝基的排水减压措施同时使用，以便有效地控制渗流，保证坝的稳定。
设计原则： ①水库具有放空条件， 当地有做防渗铺盖的土料资源；②粘土铺盖的长度应满足渗流稳定的要求，根据地基允许的平均水力坡降确定，一般大于 5～10 倍的水头；③粘土铺盖的厚度应保证不致因受渗透压力而破坏，一般铺盖前端厚度不小于（0.5～1.0）m；与坝体相接处为 1/6～1/10 水头，一般不小于 3 m；④对于砂料含量少、层间系数不合乎反滤要求、透水性较大的地基，必须先铺筑滤水过渡层，再回填铺盖土料；⑤铺盖土料应选用相对不透水土料，其渗透系数应比地基砂砾石层小 100 倍以上，并在等于或略高于最优含水量的情况下压实。（6） 下游排水减压措施。 设置排水的目的是为了防排结合，控制渗流。排水有水平排水和竖直排水两种形式。坝后反滤盖重由透水材料作成，用以平衡坝基扬压力，其长度和高度根据计算确定，通常从坝脚处向下游延伸，与坝基土层之间按要求设置反滤层。
对于成层结构的砂砾石地基， 单纯采用水平防渗措施，常常不能有效地降低渗透压力，特别是当下游坝基有较不透水的土层覆盖时， 在其下卧的砂砾石层中可能产生较大的扬压力，导致管涌、流土以及下游沼泽化。这种情况即使采用垂直防渗措施，若果防渗效果不彻底，也会有类似的情况发生。 此时，可采用排水沟或减压井。当下游侧表土比较薄时，可开挖排水沟深入下部透水层，沟底及边坡设反滤层，表面用块石护砌或做成暗管式。 当表土较厚或坝基深部有强透水层时，则采用减压井较为有效。 减压井是深入坝基透水层中的连续并排的井群， 井径一般大于15 cm。 井贯入强透水层中不应少于其厚度的 25%，一般采用 50%～70%，但 100%效果最好。 出口高程宜尽量降低，但应高于排水沟地面。 井周设置反滤层。 减压井的缺点是增加了坝基渗水量。 减压井与其他防渗排水措施共同使用时，应统一考虑，权衡利弊。
2.2 细 砂 、软粘土 、红土和湿陷性黄土等基础处理的常用措施
对于细砂、软粘土、红土和湿陷性黄土等特殊基础，多采用压重、沙井等处理措施。
3 工程实例
韶山市中塘水库大坝坝基存在渗漏， 设计采用帷幕灌浆作防渗加固处理。 大坝帷幕灌浆孔布置在坝顶中心线上，孔距 2.50 m。灌浆帷幕伸入两岸至水库正常蓄水位与水库蓄水前两岸的地下水位相交处。 设计大坝基础帷幕灌浆孔为 48 孔，坝体内钻土孔长度 476.09 m，基岩钻孔长度 372.98 m；灌浆长度355.70m。 检查孔按帷幕孔的 10%计，共 5 孔，坝体内钻土孔长度 47.6 m，基岩钻孔长度 35.6 m。灌浆孔布置在帷幕轴线上，一般地段均匀布置，在吸浆量大的部位稍作变更。 灌浆深度的确定，一序孔为先导孔，钻入基岩层作压水试验，当吸水率小于或等于10 Lu 时，再钻一段。在坝身处钻孔时必须下套管， 采用循环式自上而下分段灌浆。灌浆段长度采用帷幕全长，灌浆长度在 6 m 以下的采用全段一次灌浆法，6 m以上的采用自下而上分段灌浆法。 灌浆压力控制在0.5 MPa 以内。
4 结 语
针对中小型病险水库大坝（土石坝）坝基所出现的各种问题，我们要根据其基础类型，结合实际情况分析出现的原因，然后提出行之有效的解决措施及方案，严格要求施工程序，确保其病情、险情得到解决。
