混凝土壩基滲流控制效果及耐久性分析研究

邢林生，李濤，徐建清，朱錦杰

（國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(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)計尚難于做精確的計算。滲控工程為地下隱蔽工程，施工過程中往往不能完全達(dá)到設(shè)計要求。相對于常規(guī)水工建筑物的設(shè)計和施工，壩基滲控工程具有很強(qiáng)的實踐性，從已建工程中吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，對完善壩基滲控工程的設(shè)計和施工、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)計原則和主要措施，對一些已運(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。

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)避可能帶來的副作用，保證大壩的長期安全運(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)生右壩座錯動事故，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、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，個別壩孔距較大，如響洪甸大壩1～6號壩段，孔距6～12 m。帷幕灌漿孔深大多為0.3～0.7倍壩高，個別因地質(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 實測滲漏量與估算值比較

一些大壩為了檢驗壩基帷幕的防滲性能，或者對壩基強(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，曾做過壩基滲漏量計算。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巖體中，計算得出的只能是一個近似值，雖不能完全代表壩基的真實滲流性態(tài)，但將估算值與壩基實測滲漏量進(jìn)行對比，可大致對帷幕防滲能力進(jìn)行評判。由表2可見，6座大壩的實測值都遠(yuǎn)小于估算值，說明這幾座壩的帷幕整體防滲效果良好。壩基實測滲漏量遠(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，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，實測壩基滲漏量僅為2 m3/d。青銅峽大壩基巖破碎，蓄水5年后水庫淤積量已占總庫容的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，實測壩基滲漏量很小。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年實測滲漏量僅為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個排水孔中有水排出的為164個，其中電廠18～21號機(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個排水孔中，蓄水后有水排出的僅150～250個，總滲漏量由10個左右的排水孔所控制。八盤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個壩段（編號3～30號壩段）之中，左側(cè)8號、9號兩個壩段壩基滲漏量較大，1991年統(tǒng)計，占全壩基總滲漏量的36.6%。新安江大壩蓄水初期，417個排水孔中大部分無水排出，而右側(cè)2號、3號壩段滲漏量較大，約占全壩基總滲漏量的35%；2009年壩基397個排水孔中滲漏量較大的都位于1～6號壩段，其中3號壩段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測值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18～20號機(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、9號壩段壩基被2條斷層切割，擠壓破碎帶、裂隙、層間錯動面縱橫交錯。新安江大壩2號、3號壩段基巖內(nèi)有多條厚度不等的頁巖夾層，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防滲處理，但運(yùn)行實踐表明，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、3號壩段和陳村大壩8號、9號壩段之所以壩基滲漏量較大，可能與來自側(cè)向的壩基地下滲流有一定關(guān)系。

2.3 總滲漏量隨時間變化趨勢

在庫水位年內(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。如豐滿大壩壩基滲漏量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)，如豐滿大壩曾幾次對帷幕進(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，庫區(qū)總體植被良好，產(chǎn)沙量少。陳村水庫設(shè)計總庫容24.7億m3，平均年輸沙量140萬m3。蓄水運(yùn)行十多年后實測庫容與原設(shè)計庫容對比，幾乎沒有變化，蓄水運(yùn)行32年后，2002年實測壩前淤積物少。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（見圖1），隨著時間的推移，壩基總滲漏量又進(jìn)一步減少，2009年為15.4 m3/d。新安江水庫蓄水運(yùn)行15年后，總庫容因淤積僅損失0.1%，而淤積物主要停留在干、支流的水庫末端，壩前沒有明顯淤積。該壩1959年蓄水運(yùn)行以來，為保證壩基排水通暢，曾多次對排水孔進(jìn)行疏通，使其處于正常工作狀態(tài)。實測壩基滲漏量逐年減少（見圖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 實測揚(yáng)壓力與設(shè)計采用值比較

表1中的上猶江、梅山和響洪甸大壩建設(shè)時期較早，設(shè)計時未對主排水孔中心線處或帷幕后揚(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處或帷幕后長時段實測揚(yáng)壓力情況見表3。與設(shè)計采用值相對比，青銅峽、安砂、八盤峽、西洱河二級、烏江渡5座大壩的壩基實測揚(yáng)壓力系數(shù)全部滿足設(shè)計要求。劉家峽壩基曾有4個測孔實測揚(yáng)壓力系數(shù)超過設(shè)計采用值，施工復(fù)查發(fā)現(xiàn)，這4個孔都位于帷幕影響范圍之內(nèi)，對應(yīng)所在部位排水孔中心線處的實際揚(yáng)壓力系數(shù)應(yīng)低于這4孔的測值。楓樹壩和陳村大壩絕大多數(shù)測孔實測揚(yáng)壓力系數(shù)低于設(shè)計采用值，超限孔分別只有1個和2個。太平哨大壩實測揚(yáng)壓力超限孔較多，約占總測孔數(shù)的32%（2007年統(tǒng)計）。其它大壩有少數(shù)壩段或少數(shù)測孔實測揚(yáng)壓力系數(shù)超限，其中多為時段性超限，常年超限壩段或測孔較少，如富春江和湖南鎮(zhèn)大壩各1孔，云峰大壩55個壩段有3個壩段的測孔常年超限。許多大壩通過觀測計算得出的壩基揚(yáng)壓力系數(shù)有大致相同的變化規(guī)律，即較高庫水位時的揚(yáng)壓力系數(shù)往往小于較低水位時的揚(yáng)壓力系數(shù)，這可能與地下水滲流滯后于庫水位變化有關(guān)。這一現(xiàn)象說明，一些大壩的某些部位雖然實測揚(yáng)壓力系數(shù)超限，由于對應(yīng)庫水位較低，因而對大壩不會產(chǎn)生實質(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，或為了與帷幕前設(shè)計揚(yáng)壓力采用值進(jìn)行比較，有些壩在帷幕前設(shè)置了觀測孔。位于多泥沙河流上的青銅峽大壩，壩踵附近4個測孔實測揚(yáng)壓力系數(shù)多年平均值為0.35～0.66；鹽鍋峽壩踵附近5個測孔揚(yáng)壓力系數(shù)為0.45～0.93；劉家峽壩踵設(shè)計揚(yáng)壓力系數(shù)采用值為0.70，在壩踵附近布置3個測孔，有2孔多年實測揚(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年實測為0.775。這3座壩的長系列監(jiān)測資料說明，位于多泥沙河流上的大壩，設(shè)計時壩踵揚(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，實測帷幕前揚(yáng)壓力分布情況與壩踵按全水頭至主排水孔中心線處按陡傾直線變化的假設(shè)不盡相符，一些大壩實測值超過假定值，呈比較平緩的曲線狀變化。安砂大壩4號、5號、9號、10號壩段帷幕前測孔實測揚(yáng)壓力為全水頭，其中5號壩段1個測孔實測揚(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、24號壩段帷幕前2個測孔實測多年平均揚(yáng)壓力系數(shù)約為假定值的1.1倍；湖南鎮(zhèn)大壩24號壩段帷幕前一個測孔，在接近正常蓄水位時的實測揚(yáng)壓力系數(shù)約為所在部位假定值的1.36倍，12號壩段距離壩踵7.9～9.2 m的3個帷幕前測孔，已緊靠帷幕，實測揚(yáng)壓力系數(shù)常年超過0.9，接近全水頭。從“量相當(dāng)”的概念來分析，雖然帷幕前實測揚(yáng)壓力超過假定值，沿水流方向整個壩基的總揚(yáng)壓力可能仍小于假定值；但從“效應(yīng)相當(dāng)”的概念來分析，壩踵至帷幕是一個應(yīng)力敏感區(qū)域，實際揚(yáng)壓力超過預(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，對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。在長期的運(yùn)行過程中，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)壓力滿足或基本滿足設(shè)計要求。有的大壩在運(yùn)行中對帷幕和排水系統(tǒng)進(jìn)行了及時維護(hù)，對部分壩基做過帷幕補(bǔ)強(qiáng)、排水孔掃孔或增設(shè)了排水設(shè)施。長系列監(jiān)測資料反饋?zhàn)C明，多數(shù)大壩的滲控措施總體效果和耐久性較好。

在長期運(yùn)行過程中，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、施工和運(yùn)行三個方面做大致的分析。

3.1 設(shè)計

大壩設(shè)計時，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，這無疑是決定滲控效果及其耐久性最為重要的一個環(huán)節(jié)。梅山連拱壩1962年右壩座錯動事故就是一個典型事例。該壩由16個拱圈和15個垛，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號垛河床側(cè)一個未封堵的固結(jié)灌漿孔產(chǎn)生噴水，水平射程約11 m，壓力水頭約31 m。實測14號垛底部距壩踵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號垛和15號垛基礎(chǔ)上抬14.1 mm然后又轉(zhuǎn)為下沉，13號垛頂部向上、下游和左、右岸方向強(qiáng)烈擺動，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，最大開度17 mm，大壩處于危險狀態(tài)，被迫放空水庫進(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，壩基未設(shè)排水系統(tǒng)是一個重要原因。由于時代局限性，當(dāng)時認(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，在計算承擔(dān)90%水荷載的壩垛穩(wěn)定時，僅考慮基礎(chǔ)面上的浮托力，而未計滲透壓力。此次事故前，水庫持續(xù)高水位運(yùn)行40 d，庫水滲過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，直至壩基裂隙張開基巖錯動，巨大壓力才得以釋放。加固時對帷幕進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌漿，并增打了250個垂直排水孔，為了增強(qiáng)排水減壓效應(yīng)，后來又在兩岸壩基增打了水平向排水孔。該壩蓄水僅4年，第一次較長時段高水位運(yùn)行時就發(fā)生壩座錯動事故，教訓(xùn)深刻，經(jīng)驗寶貴，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)計方案時，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個壩段中有13個壩段超限。當(dāng)時分析認(rèn)為，主要原因是帷幕灌漿時，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，對帷幕進(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，同時對154個排水孔進(jìn)行掃孔，但處理后仍有12個壩段揚(yáng)壓力超限，至2007年超限壩段增加到17個。實踐表明，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，目前正計劃對現(xiàn)有排水孔掃孔的同時，有針對性增打排水孔。

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)量較差是一個突出事例，該壩帷幕灌漿組織比較混亂，不僅灌注時間長，中途還停機(jī)，水泥有結(jié)塊現(xiàn)象，灌后55個壩段有23個壩段揚(yáng)壓力超限。1976年開始補(bǔ)強(qiáng)灌漿，歷時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個壩段。以下是兩個比較突出且較普遍的問題：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、八盤峽、新安江和陳村大壩都曾因部分壩段孔斜合格率低，沒有形成完整的幕體，其中陳村大壩較為嚴(yán)重，成為帷幕不能滿足設(shè)計要求的主要原因之一。該壩帷幕鉆孔施工時單純追求進(jìn)度，操作方法不當(dāng)，有的孔斜達(dá)4°～5°，個別孔甚至達(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，個別達(dá)13.2 Lu。后來該壩具體規(guī)定，孔深20 m、40 m、60 m、80 m時，孔底最大偏差不得超過0.2 m、0.7 m、1.2 m、1.7 m，并在施工操作時加以嚴(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20號壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿時，雖然混凝土與基巖接觸面耗灰量大，為平均單耗的兩倍，實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11號、12號壩段帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，當(dāng)時揚(yáng)壓力有所下降，但4個月后揚(yáng)壓力系數(shù)又高達(dá)0.5，說明漿液與巖體膠結(jié)不良，隔一定時間又被沖開。陳村大壩1970年蓄水運(yùn)行，1974年7～17號壩段丙凝補(bǔ)強(qiáng)灌漿時，實測幕區(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，灌漿前對鉆灌方式、灌漿壓力、灌漿待凝時間、漿液濃度變換等做了大量試驗研究，終于達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)灌漿目的，為大壩蓄水具有地下動水條件下的帷幕灌漿積累了寶貴的經(jīng)驗。

壩踵附近基礎(chǔ)開挖和壩體混凝土施工澆筑中的重大失誤對壩基滲控效果和耐久性也會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。湖南鎮(zhèn)大壩蓄水不久，12號壩段帷幕高水位運(yùn)行時失穩(wěn)是一個典型事例。該壩1979年初蓄水運(yùn)行，1983年4月21日12號壩段灌漿廊道滲漏量突然大幅度增加，約為上年度相近庫水位時的6倍，隨著庫水位上升滲漏量不斷增大。6月份當(dāng)庫水位自蓄水以來首次超過正常蓄水位時，滲漏量超過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)壓力測孔水位逐漸上升，有的揚(yáng)壓力系數(shù)超過設(shè)計采用值。通過帷幕前和帷幕后揚(yáng)壓力測孔間的連通試驗證實，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)壓力測孔水位仍基本與庫水位齊平。施工復(fù)查表明，12號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)開挖時有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，受附近開挖放炮震動影響，混凝土與基巖面粘結(jié)較差，壩基面滲透性強(qiáng)。12號壩段為后期施工導(dǎo)流過水缺口，長期間歇后曾連續(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年多時間，在首次正常蓄水位作用下（作用庫水頭約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，這是一種常見現(xiàn)象。20世紀(jì)60、70年代，新安江和豐滿大壩曾對帷幕溶蝕程度和耐久性做過量化分析。新安江大壩根據(jù)1969～1973年灌漿廊道內(nèi)20個孔的析出物資料，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)果不僅推動了這座壩的帷幕補(bǔ)強(qiáng)灌漿工作，并引起工程界對帷幕溶蝕損害的廣泛重視，許多壩相繼開展壩基析出物分析，及時對帷幕補(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)行時間的延長，對帷幕溶蝕危害程度的認(rèn)識逐漸深入。實測資料表明，一般情況下，地下滲流對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，只能是一個參考值。新安江大壩為了及時了解帷幕防滲能力衰減情況，1991年和2007年曾分別鉆孔71個和44個，對主帷幕進(jìn)行壓水檢查。對比兩次檢查結(jié)果，隨著時間的推移，帷幕總體防滲質(zhì)量沒有削弱，而在這16年中未對主帷幕做過全面補(bǔ)強(qiáng)，只個別部分做過處理。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，該壩帷幕整體耐久性較好。

地下水中所含硫酸鹽是否對壩基混凝土產(chǎn)生侵蝕破壞，進(jìn)而影響壩基滲流穩(wěn)定，這是人們關(guān)注的一個重要問題。當(dāng)硫酸鹽（Na2SO4）與混凝土中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO4時，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。鹽鍋峽大壩庫水的硫酸根離子含量達(dá)5000～6000 mg/L；八盤峽壩址區(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研究和電子顯微鏡觀察等方法做了仔細(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)度沒有下降，壩基面接觸帶壓水試驗透水率小于1 Lu。電子顯微鏡微觀檢查發(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)到肉眼可見的侵蝕程度，對混凝土強(qiáng)度和壩基帷幕沒有實質(zhì)性影響。這兩座壩的檢查結(jié)果說明，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

通過對多座大壩較長運(yùn)行時段壩基滲流性態(tài)進(jìn)行的分析研究，可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

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)壓力滿足或基本滿足設(shè)計要求，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內(nèi)，是經(jīng)實踐檢驗的有效滲控原則。若受壩基地質(zhì)條件限制擬不設(shè)排水設(shè)施時，應(yīng)專題研究論證。

③多泥沙河流上大壩設(shè)計時，壩踵處揚(yáng)壓力作用水頭作適當(dāng)折減是合適的。對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，需對壩踵至排水孔實際揚(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水干擾，是帷幕灌漿和補(bǔ)強(qiáng)時需特別加以重視的兩個問題。

⑤壩踵附近基礎(chǔ)開挖質(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)量對壩基滲控效果和耐久性有直接影響，需對這幾個環(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)定期開展壩基析出物和壩基滲流性態(tài)的綜合分析，必要時及時對帷幕進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

⑦一些大壩的運(yùn)行實踐表明，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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