邢林生，李濤，徐建清，朱錦杰

（國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州310014）

0 引言

混凝土壩基滲流控制的效果及耐久性，直接關(guān)系到大壩的穩(wěn)定和安全。由于壩基巖體裂隙滲流的復(fù)雜性，壩基滲控工程設(shè)計(jì)尚難于做精確的計(jì)算。滲控工程為地下隱蔽工程，施工過(guò)程中往往不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。相對(duì)于常規(guī)水工建筑物的設(shè)計(jì)和施工，壩基滲控工程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，從已建工程中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)完善壩基滲控工程的設(shè)計(jì)和施工、提高滲控效果和耐久性具有重要意義。本文概述混凝土壩基滲控設(shè)計(jì)原則和主要措施，對(duì)一些已運(yùn)行多年的混凝土壩基滲控效果和影響耐久性的主要因素進(jìn)行分析研究，以求得出可供借鑒參考的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。

1 壩基滲控原則和主要措施概述

眾所周知，壩基帷幕灌漿可以延長(zhǎng)滲徑，減小滲透流量，但在帷幕帶上將承受較集中的水壓力，其下游側(cè)巖體的穩(wěn)定性需要加以關(guān)注；壩基排水系統(tǒng)能及時(shí)排除壩基滲水，消減滲透壓力，但使?jié)B透壓力更集中作用在帷幕與排水孔之間的狹窄地區(qū)內(nèi)，加劇了局部地區(qū)的水力坡降。滲控設(shè)計(jì)需根據(jù)具體地質(zhì)條件和工程要求，合理采取滲控措施，充分發(fā)揮帷幕與排水的作用，規(guī)避可能帶來(lái)的副作用，保證大壩的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。在表1所列的23座大壩中，絕大多數(shù)大壩采取了堵（帷幕）、排（排水）相結(jié)合的滲控原則。少數(shù)大壩只堵不排，由于各自條件不同，結(jié)果差異很大。20世紀(jì)50年代建成的梅山大壩，建設(shè)年代較早，未設(shè)排水系統(tǒng)，1962年該壩曾發(fā)生右壩座錯(cuò)動(dòng)事故，未設(shè)排水是其事故原因之一。20世紀(jì)60年代建成的桓仁單支墩大頭壩，原設(shè)想利用支墩間的空腔排水，就可以達(dá)到消減滲透壓力的目的，但在運(yùn)行中有部分壩段揚(yáng)壓力超限，后補(bǔ)打排水孔取得了較好的降壓效果。20世紀(jì)70年代建成的安砂大壩，壩基石英砂巖內(nèi)有大量千枚巖和糜棱化千枚巖軟弱夾層，本身滲透系數(shù)不大，但其兩側(cè)有風(fēng)化破碎的石英砂巖接觸帶，是良好的滲水通道，而夾層在高壓滲水作用下性態(tài)容易惡化，由于軟弱夾層層次多、埋藏深、分布廣、不能逐層挖除。經(jīng)過(guò)論證，該壩采取防滲墻下接帷幕灌漿處理措施，而不設(shè)排水系統(tǒng)，多年運(yùn)行表明壩基防滲降壓效果顯著，也未出現(xiàn)夾層惡化現(xiàn)象。

劉家峽、梅山、黃壇口、八盤(pán)峽等大壩的防滲帷幕為一排，云峰、湖南鎮(zhèn)、響洪甸、古田溪一級(jí)、池潭等大壩的大多數(shù)壩段也是一排，其中劉家峽、云峰、湖南鎮(zhèn)大壩的壩高都超過(guò)100 m。新安江和黃龍灘大壩壩基斷裂發(fā)育巖體破碎，烏江渡大壩壩基巖溶發(fā)育溶洞多，這3座壩的防滲帷幕采取了3排。鳳灘和陳村大壩壩基巖石破碎且有泥化夾層，分別采用3排和2～4排防滲帷幕，并在水泥灌漿的基礎(chǔ)上又分別采用聚氨酯和丙凝材料進(jìn)行化灌補(bǔ)強(qiáng)。帷幕灌漿孔距一般為1～3 m，個(gè)別壩孔距較大，如響洪甸大壩1～6號(hào)壩段，孔距6～12 m。帷幕灌漿孔深大多為0.3～0.7倍壩高，個(gè)別因地質(zhì)條件復(fù)雜，如巖溶發(fā)育地區(qū)的烏江渡大壩，局部孔深達(dá)260 m。帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)壩要求為1 Lu，少數(shù)壩高較低的要求為3 Lu，鳳灘、烏江渡、湖南鎮(zhèn)等大壩的全壩基或部分壩基要求達(dá)到0.5 Lu。

表1 23座混凝土壩基主要滲流控制措施Table 1:Main seepage control measures for foundation at 23 concrete dams

大多數(shù)壩壩基設(shè)一排主排水孔。新安江、劉家峽、黃龍灘、烏江渡、湖南鎮(zhèn)等壩高超過(guò)100 m的大壩，設(shè)2～3排副排水孔。排水孔的孔距一般為2～3 m。主排水孔孔深一般為帷幕孔深的0.4～0.6倍。

2 防滲降壓效果分析

2.1 實(shí)測(cè)滲漏量與估算值比較

一些大壩為了檢驗(yàn)壩基帷幕的防滲性能，或者對(duì)壩基強(qiáng)滲水區(qū)擬定滲漏量控制值，以及為施工期選擇壩基抽水容量，曾做過(guò)壩基滲漏量計(jì)算。由于壩基巖體并非均勻介質(zhì)，巖塊透水性很弱，而裂隙、節(jié)理、斷層等構(gòu)造面卻是強(qiáng)透水通道，因而將集中在這些通道中的滲流均化到整個(gè)巖體中，計(jì)算得出的只能是一個(gè)近似值，雖不能完全代表壩基的真實(shí)滲流性態(tài)，但將估算值與壩基實(shí)測(cè)滲漏量進(jìn)行對(duì)比，可大致對(duì)帷幕防滲能力進(jìn)行評(píng)判。由表2可見(jiàn)，6座大壩的實(shí)測(cè)值都遠(yuǎn)小于估算值，說(shuō)明這幾座壩的帷幕整體防滲效果良好。壩基實(shí)測(cè)滲漏量遠(yuǎn)小于估算值，與壩前淤積層形成的天然鋪蓋的防滲作用亦有重要關(guān)系，尤其是位于多泥沙河流上的大壩，當(dāng)淤積層滲透系數(shù)小于基巖時(shí)，其作用更為明顯。如黃河上的鹽鍋峽大壩1961年首次蓄水后，壩前淤積層迅速增厚，至1964年淤積已達(dá)30～40 m，淤積層的滲透系數(shù)K為1×10-4～1×10-5cm/s，約為基巖滲透系數(shù)的1/10，防滲效果顯著，實(shí)測(cè)壩基滲漏量?jī)H為2 m3/d。青銅峽大壩基巖破碎，蓄水5年后水庫(kù)淤積量已占總庫(kù)容的87.1%，擋水壩段壩前淤積層厚約38 m，淤積層的滲透系數(shù)僅約基巖滲透系數(shù)的1/100，防滲效果非常顯著，實(shí)測(cè)壩基滲漏量很小。黃河上的另一座大壩劉家峽，1969年首次蓄水只運(yùn)行1年，1970年壩前泥沙淤積層厚即達(dá)45.5 m，雖然淤積層滲透系數(shù)與基巖接近，但因淤積層厚度大，也有明顯防滲效果，該壩施工期涌入基坑的地下水量達(dá)700 m3/d，1970年實(shí)測(cè)滲漏量?jī)H為13 m3/d。

2.2 壩基滲漏量的不均勻分布

壩基滲漏量不均勻分布現(xiàn)象比較普遍。葛洲壩大江工程第一階段蓄水后，灌漿廊道413個(gè)排水孔中有水排出的為164個(gè)，其中電廠(chǎng)18～21號(hào)機(jī)部位排水孔滲漏量占總滲漏量的48.3%。葛洲壩二江泄水閘壩基1464個(gè)排水孔中，蓄水后有水排出的僅150～250個(gè)，總滲漏量由10個(gè)左右的排水孔所控制。八盤(pán)峽大壩排水孔大多數(shù)滲漏量微小，但右安裝間機(jī)組壩段較大，占總滲漏量的90%以上。陳村大壩28個(gè)壩段（編號(hào)3～30號(hào)壩段）之中，左側(cè)8號(hào)、9號(hào)兩個(gè)壩段壩基滲漏量較大，1991年統(tǒng)計(jì)，占全壩基總滲漏量的36.6%。新安江大壩蓄水初期，417個(gè)排水孔中大部分無(wú)水排出，而右側(cè)2號(hào)、3號(hào)壩段滲漏量較大，約占全壩基總滲漏量的35%；2009年壩基397個(gè)排水孔中滲漏量較大的都位于1～6號(hào)壩段，其中3號(hào)壩段2000～2009年的平均滲漏量占灌漿廊道總滲漏量的25.8%。

表2 6座混凝土壩基滲漏量的估算值與實(shí)測(cè)值Table 2:Estimated values and measured values of seepage at foundation of 6 concrete dams

滲漏量較大的排水孔通常位于壩基斷層構(gòu)造發(fā)育地帶。葛洲壩大江電廠(chǎng)18～20號(hào)機(jī)壩段的基巖內(nèi)有3條斷層，巖體破碎，構(gòu)成強(qiáng)透水區(qū)。八盤(pán)峽大壩右安裝間基巖內(nèi)，有2條斷層和層間擠壓破碎帶，機(jī)組壩段基巖巖層走向順河向，透水性強(qiáng)。陳村大壩8號(hào)、9號(hào)壩段壩基被2條斷層切割，擠壓破碎帶、裂隙、層間錯(cuò)動(dòng)面縱橫交錯(cuò)。新安江大壩2號(hào)、3號(hào)壩段基巖內(nèi)有多條厚度不等的頁(yè)巖夾層，巖質(zhì)疏松，浸水后易軟化崩解，并含有少量親水礦物，建壩前已有局部泥化現(xiàn)象。上述壩基缺陷在施工中都做過(guò)防滲處理，但運(yùn)行實(shí)踐表明，這些部位往往仍是防滲薄弱環(huán)節(jié)。另外，新安江大壩2號(hào)、3號(hào)壩段和陳村大壩8號(hào)、9號(hào)壩段之所以壩基滲漏量較大，可能與來(lái)自側(cè)向的壩基地下滲流有一定關(guān)系。

2.3 總滲漏量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

在庫(kù)水位年內(nèi)和年際變化幅度平穩(wěn)、壩基排水孔工作正常情況下，許多大壩的壩基滲漏量呈逐年減少而趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。如豐滿(mǎn)大壩壩基滲漏量1956年為321.1 m3/d，1971年為105.8 m3/d，1995年降低為73.6 m3/d；烏江渡大壩壩基總滲漏量1983年為30.6 m3/d，1995年為7.5 m3/d，2005年為5.8 m3/d；劉家峽大壩混凝土壩段1970年壩基總滲漏量為13 m3/d，2006年降低為1.73 m3/d。壩基總滲漏量逐漸減少與帷幕的補(bǔ)強(qiáng)灌漿有關(guān)，如豐滿(mǎn)大壩曾幾次對(duì)帷幕進(jìn)行較大規(guī)模的補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理，每次灌后總滲漏量都有所減少。就大多數(shù)壩而言，壩基總滲漏量呈逐年減少并趨于穩(wěn)定的原因，大致可以歸為兩個(gè)方面：一是隨著壩前淤積層的增厚和壓密，它的防滲效果越來(lái)越顯著，沖淤基本平衡后，滲漏量趨于穩(wěn)定；二是地下滲流攜帶的微細(xì)顆粒充填帷幕中的孔隙，使帷幕的防滲能力增強(qiáng)，同時(shí)地下滲流的溶蝕作用使帷幕防滲能力有所減弱，兩者逐漸平衡，滲漏量趨于穩(wěn)定。對(duì)于位于多泥沙河流上的大壩，天然鋪蓋的防滲作用可能占相當(dāng)大的比例，而位于少泥沙河流上的大壩，則可能主要是帷幕防滲作用增強(qiáng)并趨于穩(wěn)定的結(jié)果，陳村和新安江大壩是兩個(gè)典型例子。這兩座大壩分別位于風(fēng)景秀麗的黃山北麓和南麓，庫(kù)區(qū)總體植被良好，產(chǎn)沙量少。陳村水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容24.7億m3，平均年輸沙量140萬(wàn)m3。蓄水運(yùn)行十多年后實(shí)測(cè)庫(kù)容與原設(shè)計(jì)庫(kù)容對(duì)比，幾乎沒(méi)有變化，蓄水運(yùn)行32年后，2002年實(shí)測(cè)壩前淤積物少。該壩壩基總滲漏量1980年平均約為36 m3/d，逐年減少，1987年約為21 m3/d（見(jiàn)圖1），隨著時(shí)間的推移，壩基總滲漏量又進(jìn)一步減少，2009年為15.4 m3/d。新安江水庫(kù)蓄水運(yùn)行15年后，總庫(kù)容因淤積僅損失0.1%，而淤積物主要停留在干、支流的水庫(kù)末端，壩前沒(méi)有明顯淤積。該壩1959年蓄水運(yùn)行以來(lái)，為保證壩基排水通暢，曾多次對(duì)排水孔進(jìn)行疏通，使其處于正常工作狀態(tài)。實(shí)測(cè)壩基滲漏量逐年減少（見(jiàn)圖2），1964～1980年期間減少明顯，1984～2008年的25年中，平均約為53 m3/d，近幾年約為35 m3/d（400 mL/s）。

圖1 陳村壩基總滲漏量變化圖Fig.1 Graph of seepage at foundation of Chencun dam

2.4 實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力與設(shè)計(jì)采用值比較

表1中的上猶江、梅山和響洪甸大壩建設(shè)時(shí)期較早，設(shè)計(jì)時(shí)未對(duì)主排水孔中心線(xiàn)處或帷幕后揚(yáng)壓力系數(shù)提出統(tǒng)一采用值。其它20座大壩主排水孔中心線(xiàn)處或帷幕后長(zhǎng)時(shí)段實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力情況見(jiàn)表3。與設(shè)計(jì)采用值相對(duì)比，青銅峽、安砂、八盤(pán)峽、西洱河二級(jí)、烏江渡5座大壩的壩基實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。劉家峽壩基曾有4個(gè)測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)采用值，施工復(fù)查發(fā)現(xiàn)，這4個(gè)孔都位于帷幕影響范圍之內(nèi)，對(duì)應(yīng)所在部位排水孔中心線(xiàn)處的實(shí)際揚(yáng)壓力系數(shù)應(yīng)低于這4孔的測(cè)值。楓樹(shù)壩和陳村大壩絕大多數(shù)測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)低于設(shè)計(jì)采用值，超限孔分別只有1個(gè)和2個(gè)。太平哨大壩實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力超限孔較多，約占總測(cè)孔數(shù)的32%（2007年統(tǒng)計(jì)）。其它大壩有少數(shù)壩段或少數(shù)測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)超限，其中多為時(shí)段性超限，常年超限壩段或測(cè)孔較少，如富春江和湖南鎮(zhèn)大壩各1孔，云峰大壩55個(gè)壩段有3個(gè)壩段的測(cè)孔常年超限。許多大壩通過(guò)觀(guān)測(cè)計(jì)算得出的壩基揚(yáng)壓力系數(shù)有大致相同的變化規(guī)律，即較高庫(kù)水位時(shí)的揚(yáng)壓力系數(shù)往往小于較低水位時(shí)的揚(yáng)壓力系數(shù)，這可能與地下水滲流滯后于庫(kù)水位變化有關(guān)。這一現(xiàn)象說(shuō)明，一些大壩的某些部位雖然實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)超限，由于對(duì)應(yīng)庫(kù)水位較低，因而對(duì)大壩不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性不利影響。

圖2 新安江壩基總滲漏量變化圖Fig.2 Graph of seepage at foundation of Xin’anjiang dam

表3 20座混凝土壩基揚(yáng)壓力系數(shù)Table 3:Uplift pressures at foundations of 20 concrete dams

為了掌握壩踵至帷幕的揚(yáng)壓力分布情況，或?yàn)榱伺c帷幕前設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力采用值進(jìn)行比較，有些壩在帷幕前設(shè)置了觀(guān)測(cè)孔。位于多泥沙河流上的青銅峽大壩，壩踵附近4個(gè)測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)多年平均值為0.35～0.66；鹽鍋峽壩踵附近5個(gè)測(cè)孔揚(yáng)壓力系數(shù)為0.45～0.93；劉家峽壩踵設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力系數(shù)采用值為0.70，在壩踵附近布置3個(gè)測(cè)孔，有2孔多年實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)小于采用值，有1孔超限，但逐年有所下降，1988年以前平均為0.80，2007年實(shí)測(cè)為0.775。這3座壩的長(zhǎng)系列監(jiān)測(cè)資料說(shuō)明，位于多泥沙河流上的大壩，設(shè)計(jì)時(shí)壩踵揚(yáng)壓力作用水頭做適當(dāng)折減是可行的。位于少泥沙河流上的大壩，實(shí)測(cè)帷幕前揚(yáng)壓力分布情況與壩踵按全水頭至主排水孔中心線(xiàn)處按陡傾直線(xiàn)變化的假設(shè)不盡相符，一些大壩實(shí)測(cè)值超過(guò)假定值，呈比較平緩的曲線(xiàn)狀變化。安砂大壩4號(hào)、5號(hào)、9號(hào)、10號(hào)壩段帷幕前測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力為全水頭，其中5號(hào)壩段1個(gè)測(cè)孔實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)約為所在部位假定值的1.8倍；陳村大壩8號(hào)、24號(hào)壩段帷幕前2個(gè)測(cè)孔實(shí)測(cè)多年平均揚(yáng)壓力系數(shù)約為假定值的1.1倍；湖南鎮(zhèn)大壩24號(hào)壩段帷幕前一個(gè)測(cè)孔，在接近正常蓄水位時(shí)的實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)約為所在部位假定值的1.36倍，12號(hào)壩段距離壩踵7.9～9.2 m的3個(gè)帷幕前測(cè)孔，已緊靠帷幕，實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力系數(shù)常年超過(guò)0.9，接近全水頭。從“量相當(dāng)”的概念來(lái)分析，雖然帷幕前實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力超過(guò)假定值，沿水流方向整個(gè)壩基的總揚(yáng)壓力可能仍小于假定值；但從“效應(yīng)相當(dāng)”的概念來(lái)分析，壩踵至帷幕是一個(gè)應(yīng)力敏感區(qū)域，實(shí)際揚(yáng)壓力超過(guò)預(yù)想假定，有可能造成壩踵應(yīng)力損失和引起壩踵部位壩基面張開(kāi)，對(duì)于高壩尤其需要加以重視。

3 影響滲控效果和耐久性的因素

表1所列的23座大壩自首次蓄水以來(lái)都已運(yùn)行了30多年，40年以上的有13座，50年以上的有6座。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，多數(shù)大壩壩基總滲漏量逐漸減少并趨于穩(wěn)定，壩基揚(yáng)壓力滿(mǎn)足或基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。有的大壩在運(yùn)行中對(duì)帷幕和排水系統(tǒng)進(jìn)行了及時(shí)維護(hù)，對(duì)部分壩基做過(guò)帷幕補(bǔ)強(qiáng)、排水孔掃孔或增設(shè)了排水設(shè)施。長(zhǎng)系列監(jiān)測(cè)資料反饋?zhàn)C明，多數(shù)大壩的滲控措施總體效果和耐久性較好。

在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，也有少數(shù)大壩蓄水不久即因壩基防滲降壓效果差而進(jìn)行較大規(guī)模的處理，有的大壩壩基滲流產(chǎn)生異常突變危及到壩體的安全，個(gè)別大壩的壩基失穩(wěn)事故與壩基滲流性態(tài)惡化有關(guān)。影響大壩滲控效果和耐久性的因素很多，以下從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行三個(gè)方面做大致的分析。

3.1 設(shè)計(jì)

大壩設(shè)計(jì)時(shí)，全面分析壩基防滲帷幕和排水系統(tǒng)的作用，根據(jù)具體情況采取必要的滲控措施，這無(wú)疑是決定滲控效果及其耐久性最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。梅山連拱壩1962年右壩座錯(cuò)動(dòng)事故就是一個(gè)典型事例。該壩由16個(gè)拱圈和15個(gè)垛，以及左、右岸重力墩組成。1962年11月6日凌晨，右岸壩基出現(xiàn)大量滲漏水，總滲漏量約70 L/s，14號(hào)垛河床側(cè)一個(gè)未封堵的固結(jié)灌漿孔產(chǎn)生噴水，水平射程約11 m，壓力水頭約31 m。實(shí)測(cè)14號(hào)垛底部距壩踵27 m處滲壓力約為0.7倍水深，距壩踵39 m處達(dá)0.13倍水深。在11月6、7、8日3天之內(nèi)，14號(hào)垛和15號(hào)垛基礎(chǔ)上抬14.1 mm然后又轉(zhuǎn)為下沉，13號(hào)垛頂部向上、下游和左、右岸方向強(qiáng)烈擺動(dòng)，左、右方向最大擺幅58.1 mm。壩頂和壩基產(chǎn)生幾十條裂縫，最長(zhǎng)一條為28 m，寬6.6 mm；大壩上游面前緣沿基巖接觸面產(chǎn)生一條延伸101 m的裂縫，壩基和岸坡多處節(jié)理裂隙張開(kāi)，最大開(kāi)度17 mm，大壩處于危險(xiǎn)狀態(tài)，被迫放空水庫(kù)進(jìn)行加固。這次事故與右壩座地形單薄、巖體受多組裂隙切割為滲水提供通道，以及帷幕灌漿質(zhì)量差等有關(guān)，同時(shí)，壩基未設(shè)排水系統(tǒng)是一個(gè)重要原因。由于時(shí)代局限性，當(dāng)時(shí)認(rèn)為連拱壩壩基接觸面不大，不需要在帷幕后設(shè)排水孔，并將垛間巖石面用混凝土覆蓋，在計(jì)算承擔(dān)90%水荷載的壩垛穩(wěn)定時(shí)，僅考慮基礎(chǔ)面上的浮托力，而未計(jì)滲透壓力。此次事故前，水庫(kù)持續(xù)高水位運(yùn)行40 d，庫(kù)水滲過(guò)防滲能力薄弱的帷幕和細(xì)小裂隙，聚積到壩基內(nèi)，由于未設(shè)排水系統(tǒng)，滲水沒(méi)有出路，結(jié)果變成巨大的側(cè)向推力和揚(yáng)壓力，直至壩基裂隙張開(kāi)基巖錯(cuò)動(dòng)，巨大壓力才得以釋放。加固時(shí)對(duì)帷幕進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌漿，并增打了250個(gè)垂直排水孔，為了增強(qiáng)排水減壓效應(yīng)，后來(lái)又在兩岸壩基增打了水平向排水孔。該壩蓄水僅4年，第一次較長(zhǎng)時(shí)段高水位運(yùn)行時(shí)就發(fā)生壩座錯(cuò)動(dòng)事故，教訓(xùn)深刻，經(jīng)驗(yàn)寶貴，加固后該壩安全運(yùn)行至今。

在擬定滲控補(bǔ)強(qiáng)加固處理設(shè)計(jì)方案時(shí)，也需深入研究工程具體情況，采取合理而有效的措施。太平哨大壩1979年蓄水運(yùn)行后，即發(fā)現(xiàn)壩基揚(yáng)壓力超限現(xiàn)象比較普遍，1982年后36個(gè)壩段中有13個(gè)壩段超限。當(dāng)時(shí)分析認(rèn)為，主要原因是帷幕灌漿時(shí)，因孔內(nèi)堵塞進(jìn)漿少，以及灌漿所用礦渣水泥易被地下滲流帶走。為了增強(qiáng)帷幕防滲能力，1994年鉆孔191個(gè)，對(duì)帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿，共耗用水泥11500 kg。灌后檢查帷幕體的透水率均小于1 Lu，同時(shí)對(duì)154個(gè)排水孔進(jìn)行掃孔，但處理后仍有12個(gè)壩段揚(yáng)壓力超限，至2007年超限壩段增加到17個(gè)。實(shí)踐表明，該壩僅依靠增強(qiáng)帷幕防滲能力并不能有效降低壩基揚(yáng)壓力，目前正計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有排水孔掃孔的同時(shí)，有針對(duì)性增打排水孔。

3.2 施工

壩基防滲帷幕的施工質(zhì)量直接關(guān)系到壩基滲控效果和耐久性。云峰大壩帷幕質(zhì)量較差是一個(gè)突出事例，該壩帷幕灌漿組織比較混亂，不僅灌注時(shí)間長(zhǎng)，中途還停機(jī)，水泥有結(jié)塊現(xiàn)象，灌后55個(gè)壩段有23個(gè)壩段揚(yáng)壓力超限。1976年開(kāi)始補(bǔ)強(qiáng)灌漿，歷時(shí)12年取得效果，1988年壩基滲漏量降為1975年的55%，揚(yáng)壓力超限壩段降為5個(gè)壩段。以下是兩個(gè)比較突出且較普遍的問(wèn)題：①帷幕鉆孔施工為隱蔽工程，孔斜控制是決定幕體連續(xù)性的關(guān)鍵工序。池潭、桓仁、八盤(pán)峽、新安江和陳村大壩都曾因部分壩段孔斜合格率低，沒(méi)有形成完整的幕體，其中陳村大壩較為嚴(yán)重，成為帷幕不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的主要原因之一。該壩帷幕鉆孔施工時(shí)單純追求進(jìn)度，操作方法不當(dāng)，有的孔斜達(dá)4°～5°，個(gè)別孔甚至達(dá)9°40'，建基面以下一定深度的幕體嚴(yán)重不連續(xù)。7～17號(hào)壩段主、副帷幕和加強(qiáng)帷幕灌漿完成后，仍有30%～50%的孔段透水率達(dá)1～5 Lu，個(gè)別達(dá)13.2 Lu。后來(lái)該壩具體規(guī)定，孔深20 m、40 m、60 m、80 m時(shí)，孔底最大偏差不得超過(guò)0.2 m、0.7 m、1.2 m、1.7 m，并在施工操作時(shí)加以嚴(yán)格控制。②蓄水條件下進(jìn)行帷幕灌漿，由于受到地下動(dòng)水的影響，若不能排除其干擾，將難于保證灌漿質(zhì)量。新安江大壩1959年蓄水運(yùn)行，1962年對(duì)20號(hào)壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿時(shí)，雖然混凝土與基巖接觸面耗灰量大，為平均單耗的兩倍，實(shí)際上水泥漿液受地下滲流影響，水泥結(jié)石并未能將微細(xì)裂隙堵塞，因而灌后揚(yáng)壓力仍然偏高?；溉蚀髩?967年蓄水運(yùn)行，1968年對(duì)11號(hào)、12號(hào)壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，當(dāng)時(shí)揚(yáng)壓力有所下降，但4個(gè)月后揚(yáng)壓力系數(shù)又高達(dá)0.5，說(shuō)明漿液與巖體膠結(jié)不良，隔一定時(shí)間又被沖開(kāi)。陳村大壩1970年蓄水運(yùn)行，1974年7～17號(hào)壩段丙凝補(bǔ)強(qiáng)灌漿時(shí)，實(shí)測(cè)幕區(qū)滲透流速為53.4～96.6 m/d。為了保證灌漿質(zhì)量，防止丙凝漿液竄入幕后層面裂隙和排水區(qū)中，惡化抗滑條件，灌漿前對(duì)鉆灌方式、灌漿壓力、灌漿待凝時(shí)間、漿液濃度變換等做了大量試驗(yàn)研究，終于達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)灌漿目的，為大壩蓄水具有地下動(dòng)水條件下的帷幕灌漿積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

壩踵附近基礎(chǔ)開(kāi)挖和壩體混凝土施工澆筑中的重大失誤對(duì)壩基滲控效果和耐久性也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。湖南鎮(zhèn)大壩蓄水不久，12號(hào)壩段帷幕高水位運(yùn)行時(shí)失穩(wěn)是一個(gè)典型事例。該壩1979年初蓄水運(yùn)行，1983年4月21日12號(hào)壩段灌漿廊道滲漏量突然大幅度增加，約為上年度相近庫(kù)水位時(shí)的6倍，隨著庫(kù)水位上升滲漏量不斷增大。6月份當(dāng)庫(kù)水位自蓄水以來(lái)首次超過(guò)正常蓄水位時(shí)，滲漏量超過(guò)50 m3/d，滲漏量最大的排水孔達(dá)32.83 m3/d，在這期間，幕后揚(yáng)壓力測(cè)孔水位逐漸上升，有的揚(yáng)壓力系數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)采用值。通過(guò)帷幕前和帷幕后揚(yáng)壓力測(cè)孔間的連通試驗(yàn)證實(shí)，帷幕前后滲水連通性好，壩基面以及淺層基巖部位的帷幕已經(jīng)損壞，成為滲漏通道。隨即采用水溶性聚氨酯對(duì)壩基面附近帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿，滲漏量大幅減少，但帷幕前揚(yáng)壓力測(cè)孔水位仍基本與庫(kù)水位齊平。施工復(fù)查表明，12號(hào)壩段壩基滲流異常突變與以下因素密切相關(guān)：壩基附近基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)有20多m2緩傾角覆蓋層未撬挖，淺層基巖滲透性強(qiáng)；壩踵部位基礎(chǔ)薄層混凝土澆筑時(shí)，受附近開(kāi)挖放炮震動(dòng)影響，混凝土與基巖面粘結(jié)較差，壩基面滲透性強(qiáng)。12號(hào)壩段為后期施工導(dǎo)流過(guò)水缺口，長(zhǎng)期間歇后曾連續(xù)澆筑混凝土高達(dá)51 m，一、二期冷卻工作未能跟上，甲、乙塊之間縱縫張開(kāi)達(dá)1.0 mm，使壩踵部位垂直應(yīng)力受到損失，這些重大缺陷致使帷幕前壩基面和淺層基巖成為滲流通暢的薄弱環(huán)節(jié)。蓄水運(yùn)行僅4年多時(shí)間，在首次正常蓄水位作用下（作用庫(kù)水頭約100 m），壩基面附近帷幕就產(chǎn)生滲透破壞，造成大量滲漏水和揚(yáng)壓力上升。

3.3 運(yùn)行

壩基水泥帷幕是利用水泥結(jié)石對(duì)基巖中的裂隙、斷層進(jìn)行充填而形成的防滲體。在地下滲流長(zhǎng)期作用下，水泥結(jié)石中的CaO被溶解析出，形成Ca(OH)2，隨滲水帶走，水泥帷幕的防滲能力將日趨減弱，這是一種常見(jiàn)現(xiàn)象。20世紀(jì)60、70年代，新安江和豐滿(mǎn)大壩曾對(duì)帷幕溶蝕程度和耐久性做過(guò)量化分析。新安江大壩根據(jù)1969～1973年灌漿廊道內(nèi)20個(gè)孔的析出物資料，推算得出4年中帷幕水泥溶蝕量約為4.6 t，按水泥中30%的鈣離子被溶蝕即認(rèn)為水泥帷幕失效，估算該壩帷幕平均壽命約為33.7年。豐滿(mǎn)大壩1973年帷幕溶蝕帶走的水泥約14.3 t，而1957～1974年平均每年帷幕補(bǔ)充灌入水泥只有7.2 t，即入不敷出。量化分析結(jié)果不僅推動(dòng)了這座壩的帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿工作，并引起工程界對(duì)帷幕溶蝕損害的廣泛重視，許多壩相繼開(kāi)展壩基析出物分析，及時(shí)對(duì)帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿，有的壩選用磨細(xì)水泥和抗溶蝕水泥，取得了比較顯著的效果。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)帷幕溶蝕危害程度的認(rèn)識(shí)逐漸深入。實(shí)測(cè)資料表明，一般情況下，地下滲流對(duì)帷幕既有溶蝕損害作用，也有攜帶微細(xì)顆粒充填作用，兩者作用的綜合效果，每座壩可能各不相同，但僅按水泥溶蝕量估算其壽命，只能是一個(gè)參考值。新安江大壩為了及時(shí)了解帷幕防滲能力衰減情況，1991年和2007年曾分別鉆孔71個(gè)和44個(gè)，對(duì)主帷幕進(jìn)行壓水檢查。對(duì)比兩次檢查結(jié)果，隨著時(shí)間的推移，帷幕總體防滲質(zhì)量沒(méi)有削弱，而在這16年中未對(duì)主帷幕做過(guò)全面補(bǔ)強(qiáng)，只個(gè)別部分做過(guò)處理。如前所述，該壩壩基滲漏量逐漸減少，2009年壩基僅4孔揚(yáng)壓力超限，且都位于左、右兩側(cè)壩段，多方面的資料證實(shí)，該壩帷幕整體耐久性較好。

地下水中所含硫酸鹽是否對(duì)壩基混凝土產(chǎn)生侵蝕破壞，進(jìn)而影響壩基滲流穩(wěn)定，這是人們關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)硫酸鹽（Na2SO4）與混凝土中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO4時(shí)，產(chǎn)生第一次體積膨脹，CaSO4又與混凝土中的C3A反應(yīng)生成硫鋁酸鈣，產(chǎn)生第二次體積膨脹，巨大的膨脹力導(dǎo)致混凝土脹裂、變酥，甚至成為粉末狀。鹽鍋峽、八盤(pán)峽、劉家峽和紀(jì)村大壩都曾受到不同程度硫酸鹽侵蝕破壞。鹽鍋峽大壩庫(kù)水的硫酸根離子含量達(dá)5000～6000 mg/L；八盤(pán)峽壩址區(qū)地下水中硫酸根離子含量在2000 mg/L以上，閘壩段在4000 mg/L左右，左壩頭在8000 mg/L左右，左岸山頭處高達(dá)12300 mg/L。這兩座壩運(yùn)行不久，基礎(chǔ)廊道混凝土底板、排水孔附近混凝土侵蝕破壞嚴(yán)重，水工金屬結(jié)構(gòu)也遭到嚴(yán)重腐蝕破壞。為了深入全面了解硫酸鹽對(duì)壩基面混凝土和帷幕的侵蝕情況，20世紀(jì)90年代初，這兩座壩采用鉆孔取樣試驗(yàn)研究和電子顯微鏡觀(guān)察等方法做了仔細(xì)檢查，結(jié)果表明，基礎(chǔ)面混凝土與基巖結(jié)合基本良好，混凝土強(qiáng)度沒(méi)有下降，壩基面接觸帶壓水試驗(yàn)透水率小于1 Lu。電子顯微鏡微觀(guān)檢查發(fā)現(xiàn)，混凝土的微小孔隙內(nèi)只有初始階段的硫酸鹽結(jié)晶體。檢查結(jié)果表明，這兩座壩經(jīng)過(guò)25～30年的運(yùn)行，壩基面混凝土遭到硫酸鹽的侵蝕輕微，遠(yuǎn)未達(dá)到肉眼可見(jiàn)的侵蝕程度，對(duì)混凝土強(qiáng)度和壩基帷幕沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響。這兩座壩的檢查結(jié)果說(shuō)明，在混凝土與基巖接觸良好、不具備膨脹空間、滲漏量微小的情況下，硫酸鹽的侵蝕破壞是非常緩慢的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多座大壩較長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)段壩基滲流性態(tài)進(jìn)行的分析研究，可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

①大多數(shù)大壩壩基滲流控制措施的防滲降壓效果顯著，耐久性較好，壩基滲漏量逐漸減少并趨于穩(wěn)定，壩基揚(yáng)壓力滿(mǎn)足或基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，保證了大壩的安全運(yùn)行。

②充分發(fā)揮帷幕和壩基排水的共同作用，使壩基面滲透壓力降至允許值以?xún)?nèi)，是經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的有效滲控原則。若受壩基地質(zhì)條件限制擬不設(shè)排水設(shè)施時(shí)，應(yīng)專(zhuān)題研究論證。

③多泥沙河流上大壩設(shè)計(jì)時(shí)，壩踵處揚(yáng)壓力作用水頭作適當(dāng)折減是合適的。對(duì)于少泥沙河流上的重要大壩和壩高200 m左右及以上的高壩，需對(duì)壩踵至排水孔實(shí)際揚(yáng)壓力分布及其敏感作用做深入分析。

④確保帷幕施工質(zhì)量是關(guān)系到帷幕正常發(fā)揮防滲效果的關(guān)鍵，嚴(yán)格控制孔斜、保證帷幕的連續(xù)性和整體性、采取措施排除地下動(dòng)水干擾，是帷幕灌漿和補(bǔ)強(qiáng)時(shí)需特別加以重視的兩個(gè)問(wèn)題。

⑤壩踵附近基礎(chǔ)開(kāi)挖質(zhì)量、基礎(chǔ)層混凝土澆筑質(zhì)量以及壩體上游側(cè)縱縫灌漿質(zhì)量對(duì)壩基滲控效果和耐久性有直接影響，需對(duì)這幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止蓄水運(yùn)行中帷幕遭受滲透破壞。

⑥隨著時(shí)間的推移，水泥帷幕中的CaO被溶蝕帶走，可能使壩基滲控效果和耐久性受到削弱。應(yīng)定期開(kāi)展壩基析出物和壩基滲流性態(tài)的綜合分析，必要時(shí)及時(shí)對(duì)帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

⑦一些大壩的運(yùn)行實(shí)踐表明，在混凝土與基巖接觸良好、不具備自由膨脹空間、滲漏量微小的條件下，地下水中硫酸鹽對(duì)壩基面混凝土強(qiáng)度和帷幕的侵蝕危害非常緩慢。鑒于這一問(wèn)題的重要性和復(fù)雜性，今后需繼續(xù)加強(qiáng)檢查和分析?！?/p>

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