黃立輝

（寧鄉(xiāng)縣水利水電勘察設(shè)計(jì)院長(zhǎng)沙市410600）

1 概述

田坪水庫(kù)位于湖南省寧鄉(xiāng)縣青山橋鎮(zhèn)，是一座規(guī)模較大的中型水庫(kù)，總庫(kù)容0.44億m3。其主壩為漿砌石重力壩，河床段壩高40.5 m。壩址為中生代燕山期花崗巖，兩岸巖體為粗粒結(jié)構(gòu)，河床巖體為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)。左岸壩段和右岸壩段分別筑于強(qiáng)風(fēng)化巖中部和下部，河床段基礎(chǔ)開(kāi)挖至弱風(fēng)化巖上部，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和弱風(fēng)化花崗巖巖性差別較大（飽和極限抗壓強(qiáng)度分別為43 MPa和110 MPa，巖石干密度分別為2.41 g/cm3和2.69 g/cm3）；壩基巖體中主要發(fā)育有兩組節(jié)理：①組產(chǎn)狀為60°SE∠40°～65°；②組產(chǎn)狀為50NW∠25°～35°。工程勘測(cè)時(shí)，沿壩軸線鉆孔，壓水試驗(yàn)測(cè)定的強(qiáng)風(fēng)化中、下部和弱風(fēng)化巖體中的巖石透水率q分別為（17～43）Lu和（3～13）Lu。

大壩于1975年建成蓄水，壩基排水系統(tǒng)一直處于正常運(yùn)行中，在1998年7月，大壩經(jīng)歷了的建庫(kù)以來(lái)最高水位249.5 m（超設(shè)計(jì)洪水位0.1 m）的考驗(yàn)，2003年水庫(kù)大壩處險(xiǎn)時(shí)，在壩體標(biāo)準(zhǔn)廊道上游側(cè)增設(shè)了防滲帷幕，并沿廊道下游側(cè)補(bǔ)鉆了排水孔。

以溢流壩段為例，其剖面如圖1。

大壩特征參數(shù)：

水庫(kù)正常蓄水位：249.2 m，下游尾水位212.8 m；

水庫(kù)歷史最高水位：249.5 m；

水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位：249.4 m（50年一遇）；

圖1 溢流壩段剖面圖（m）

水庫(kù)校核洪水位：249.8 m（500年一遇）；

壩頂高程：251.5 m；

壩底建基面高程：212.0 m。

2 大壩處險(xiǎn)前后壩基不同滲控措施的揚(yáng)壓力狀況

2.1 大壩處險(xiǎn)前壩基滲控措施的揚(yáng)壓力狀況

原設(shè)計(jì)壩基排水為單一排水系統(tǒng)，如圖1所示，在河床和右岸壩段的壩體中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)廊道（凈寬2.5 m，凈高3.5 m，底板高程式219.0 m、圓拱直墻型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）；在廊道上游側(cè)（距壩踵水平距離為5.2 m）布置排水孔，孔徑75 mm、孔距5.0 m，孔深17 m，各孔頂與廊道上游側(cè)排水溝相通；在壩建基面混凝土墊層下，設(shè)置平行和垂直壩軸線的縱、橫向排水溝，縱溝和橫溝的截面尺寸分別為0.3 m×0.3 m和0.5 m×0.5 m，縱溝和橫溝的間距均為5 m。

由于“重建設(shè)，輕管理”的思想影響，建壩時(shí)安裝的簡(jiǎn)陋滲壓觀測(cè)設(shè)施一直沒(méi)啟用，而1998年7月，當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，在廊道涌水最高的排水孔頂進(jìn)行了臨時(shí)測(cè)壓，獲得了有價(jià)值的數(shù)據(jù)（附表）。

附表 單寬溢流壩基揚(yáng)壓力計(jì)算成果表

2003年前，壩基揚(yáng)壓力分布如圖2。

圖2 壩基揚(yáng)壓力分布（m）

水庫(kù)正常蓄水位249.2 m時(shí)，揚(yáng)壓力Uo計(jì)算參數(shù)為：

壩下游正常最低尾水位212.8 m；

壩建基面高程212.0 m；

壩建基面寬（B）35.2 m；

排水孔線至壩踵水平距（b）5.2 m；

廊道底板高程219.0 m；

α0——排水孔線上滲壓折減系數(shù)（按規(guī)范定義）；

H1=249.2-212.0=37.2 m；

H2=212.8-212.0=0.8 m。

原設(shè)計(jì)單寬溢流壩基揚(yáng)壓力（查原設(shè)計(jì)資料所得）、實(shí)測(cè)換算揚(yáng)壓力及現(xiàn)形規(guī)范規(guī)定揚(yáng)壓力值見(jiàn)表1。

實(shí)測(cè)換算α0=（測(cè)壓表安裝高程+表讀數(shù)-212.8）/（H1-H2）=（219.5+3.6-212.8）/36.4=0.283

2.2 大壩處險(xiǎn)后壩基滲控措施的揚(yáng)壓力狀況

對(duì)壩基增設(shè)防滲帷幕、排水后，揚(yáng)壓力分布如圖3。

圖3 壩基增設(shè)防滲帷幕、排水后的揚(yáng)壓力分布（m）

從圖3可見(jiàn)，排水孔線至壩踵水平距由b=5.2 m變成了b′=7.2 m，其余計(jì)算參數(shù)未變。

水庫(kù)正常蓄水位249.2 m時(shí)，揚(yáng)壓力為U1，排水孔線滲壓折減系數(shù)α1，按規(guī)范取0.25。

則U1=H2=319.36 t

3 對(duì)壩基不同滲控設(shè)計(jì)的評(píng)述

（1）原設(shè)計(jì)單一壩基排水系統(tǒng)完全符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

當(dāng)年，原設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)范可依，設(shè)計(jì)者沒(méi)有采用防滲帷幕加排水的傳統(tǒng)滲控措施，而只采取了如圖1所示的單一壩基排水，其降低壩基揚(yáng)壓力的作用不用置疑，但壩基滲漏量是否可以控制在安全和經(jīng)濟(jì)允許范圍內(nèi)呢？對(duì)此，經(jīng)考證歸納為：①田坪水庫(kù)河床及右岸壩段基礎(chǔ)是良好的花崗巖；②田坪水庫(kù)重力壩實(shí)施單一排水壩段的上游部位壩基中，不存在可能被滲水沖蝕的構(gòu)造（裂隙）填充物；③在廊道上游側(cè)設(shè)置的排水孔（線）距壩踵的水平距離達(dá)5.2 m，能確保壩基滲水不對(duì)基巖產(chǎn)生機(jī)械沖刷；④壩基上游部位經(jīng)固結(jié)灌漿處理的巖體及其下部未經(jīng)固結(jié)灌漿處理的弱風(fēng)化巖體的透水率都小于10 Lu（與滲透系數(shù)K=IE×10-4cm/s相當(dāng)）。顯然，完全符合《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319-2005）7.4.13條的“壩高較低，基巖條件較好且為弱透水層（滲透系數(shù)小于0.1 m/d）時(shí)，也可不設(shè)帷幕而只設(shè)排水，以降低壩基滲透壓力，但應(yīng)在壩基面的上游部位進(jìn)行固結(jié)灌漿”關(guān)于重力壩基可不設(shè)帷幕而只設(shè)排水的規(guī)定。

（2）原設(shè)計(jì)壩基排水孔線上滲壓折減系數(shù)α0取值安全可靠。

依《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C.2.2，當(dāng)壩基地質(zhì)條件良好，未設(shè)防滲帷幕，但設(shè)有排水孔時(shí)，在壩踵處的揚(yáng)壓力為H1，排水孔線上揚(yáng)壓力為H2+α0（H1-H2），壩址處揚(yáng)壓力為H2，其間依次以直線連接，強(qiáng)度折減系數(shù)α0值宜采用0.3～0.45（圖C.2.1b）（注：規(guī)范圖C.2.1b與本文圖2同）。而原設(shè)計(jì)α0取值為0.5，由此確定的大壩結(jié)構(gòu)無(wú)疑是安全的。

（3）增設(shè)的防滲帷幕和排水可謂“合法不合理”。

按《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319-2005）7.4.1“地基防滲和排水設(shè)計(jì)，應(yīng)以……水庫(kù)功能、壩高綜合考慮防滲和排水措施的適應(yīng)性及二者的聯(lián)合作用，確定相應(yīng)的措施”；7.4.3“防滲帷幕應(yīng)符合下列要求：1）……；2）……；3）在帷幕和排水的共同作用下，其壩基揚(yáng)壓力和壩基滲漏量降至允許值內(nèi)”；7.4.5“帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)和相對(duì)隔水層的透水率標(biāo)準(zhǔn)（強(qiáng)制性條文）”。顯然，照搬規(guī)范中的這些條文，2003年在田坪水庫(kù)重力壩壩基增設(shè)防滲帷幕和排水是無(wú)可非議的。只是在既定的標(biāo)準(zhǔn)廊道中，將排水孔線向下游移至距壩踵水平距離達(dá)7.2 m處，非但不能降低壩基揚(yáng)壓力，反而使壩基揚(yáng)壓力增加（詳見(jiàn)本文2.1和2.2），造成了降低大壩穩(wěn)定安全系數(shù)的不良后果。

4 小結(jié)

在基巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件符合要求的情況下，壩基只設(shè)排水是符合《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319-2005）、《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 25-2006）的既能確保重力壩結(jié)構(gòu)安全和壩基滲透穩(wěn)定，又能節(jié)省工程投資、縮短建設(shè)周期的優(yōu)化滲控設(shè)計(jì)。

在對(duì)已建重力壩工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)，如果不能具體分析壩基地質(zhì)條件，而在標(biāo)準(zhǔn)廊道（或稱排水廊道）中盲目增設(shè)防滲帷幕及排水，就完全可能發(fā)生如同田坪水庫(kù)重力壩壩基揚(yáng)壓力增加、大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)降低的結(jié)果。