田坪水庫重力壩壩基（增設）防滲帷幕效果評議

黃立輝

（寧鄉縣水利水電勘察設計院長沙市410600）

1 概述

田坪水庫位于湖南省寧鄉縣青山橋鎮，是一座規模較大的中型水庫，總庫容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，兩岸巖體為粗粒結構，河床巖體為中細粒結構。左岸壩段和右岸壩段分別筑于強風化巖中部和下部，河床段基礎開挖至弱風化巖上部，強風化花崗巖和弱風化花崗巖巖性差別較大（飽和極限抗壓強度分別為43 MPa和110 MPa，巖石干密度分別為2.41 g/cm3和2.69 g/cm3）；壩基巖體中主要發育有兩組節理：①組產狀為60°SE∠40°～65°；②組產狀為50NW∠25°～35°。工程勘測時，沿壩軸線鉆孔，壓水試驗測定的強風化中、下部和弱風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，壩基排水系統一直處于正常運行中，在1998年7月，大壩經歷了的建庫以來最高水位249.5 m（超設計洪水位0.1 m）的考驗，2003年水庫大壩處險時，在壩體標準廊道上游側增設了防滲帷幕，并沿廊道下游側補鉆了排水孔。

以溢流壩段為例，其剖面如圖1。

大壩特征參數：

水庫正常蓄水位：249.2 m，下游尾水位212.8 m；

水庫歷史最高水位：249.5 m；

水庫設計洪水位：249.4 m（50年一遇）；

圖1 溢流壩段剖面圖（m）

水庫校核洪水位：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 大壩處險前后壩基不同滲控措施的揚壓力狀況

2.1 大壩處險前壩基滲控措施的揚壓力狀況

原設計壩基排水為單一排水系統，如圖1所示，在河床和右岸壩段的壩體中設置標準廊道（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構）；在廊道上游側（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排水溝相通；在壩建基面混凝土墊層下，設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，輕管理”的思想影響，建壩時安裝的簡陋滲壓觀測設施一直沒啟用，而1998年7月，當水庫水位超過設計洪水位時，在廊道涌水最高的排水孔頂進行了臨時測壓，獲得了有價值的數據（附表）。

附表 單寬溢流壩基揚壓力計算成果表

2003年前，壩基揚壓力分布如圖2。

圖2 壩基揚壓力分布（m）

水庫正常蓄水位249.2 m時，揚壓力Uo計算參數為：

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（按規范定義）；

H1=249.2-212.0=37.2 m；

H2=212.8-212.0=0.8 m。

原設計單寬溢流壩基揚壓力（查原設計資料所得）、實測換算揚壓力及現形規范規定揚壓力值見表1。

實測換算α0=（測壓表安裝高程+表讀數-212.8）/（H1-H2）=（219.5+3.6-212.8）/36.4=0.283

2.2 大壩處險后壩基滲控措施的揚壓力狀況

對壩基增設防滲帷幕、排水后，揚壓力分布如圖3。

圖3 壩基增設防滲帷幕、排水后的揚壓力分布（m）

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

水庫正常蓄水位249.2 m時，揚壓力為U1，排水孔線滲壓折減系數α1，按規范取0.25。

則U1=H2=319.36 t

3 對壩基不同滲控設計的評述

（1）原設計單一壩基排水系統完全符合現行規范的要求。

當年，原設計無規范可依，設計者沒有采用防滲帷幕加排水的傳統滲控措施，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濟允許范圍內呢？對此，經考證歸納為：①田坪水庫河床及右岸壩段基礎是良好的花崗巖；②田坪水庫重力壩實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造（裂隙）填充物；③在廊道上游側設置的排水孔（線）距壩踵的水平距離達5.2 m，能確保壩基滲水不對基巖產生機械沖刷；④壩基上游部位經固結灌漿處理的巖體及其下部未經固結灌漿處理的弱風化巖體的透水率都小于10 Lu（與滲透系數K=IE×10-4cm/s相當）。顯然，完全符合《混凝土重力壩設計規范》（SL 319-2005）7.4.13條的“壩高較低，基巖條件較好且為弱透水層（滲透系數小于0.1 m/d）時，也可不設帷幕而只設排水，以降低壩基滲透壓力，但應在壩基面的上游部位進行固結灌漿”關于重力壩基可不設帷幕而只設排水的規定。

（2）原設計壩基排水孔線上滲壓折減系數α0取值安全可靠。

依《砌石壩設計規范》附錄C.2.2，當壩基地質條件良好，未設防滲帷幕，但設有排水孔時，在壩踵處的揚壓力為H1，排水孔線上揚壓力為H2+α0（H1-H2），壩址處揚壓力為H2，其間依次以直線連接，強度折減系數α0值宜采用0.3～0.45（圖C.2.1b）（注：規范圖C.2.1b與本文圖2同）。而原設計α0取值為0.5，由此確定的大壩結構無疑是安全的。

（3）增設的防滲帷幕和排水可謂“合法不合理”。

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

4 小結

在基巖的工程地質和水文地質條件符合要求的情況下，壩基只設排水是符合《混凝土重力壩設計規范》（SL 319-2005）、《砌石壩設計規范》（SL 25-2006）的既能確保重力壩結構安全和壩基滲透穩定，又能節省工程投資、縮短建設周期的優化滲控設計。

在對已建重力壩工程進行除險加固時，如果不能具體分析壩基地質條件，而在標準廊道（或稱排水廊道）中盲目增設防滲帷幕及排水，就完全可能發生如同田坪水庫重力壩壩基揚壓力增加、大壩抗滑穩定安全系數降低的結果。