混凝土面板堆石壩運行期存在的滲流問題及成因研究綜述

孫玉蓮，蘭駟東，嚴俊，宋祿根

（1.內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利與土木建筑工程系，內(nèi)蒙古呼和浩特010070；

2.北京市京密引水管理處，北京101400；

3.中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京100048；

4.云南建工水利水電建設(shè)有限公司，云南昆明650224）

混凝土面板堆石壩運行期存在的滲流問題及成因研究綜述

孫玉蓮1，蘭駟東2，嚴俊3，宋祿根4

（1.內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利與土木建筑工程系，內(nèi)蒙古呼和浩特010070；

2.北京市京密引水管理處，北京101400；

3.中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京100048；

4.云南建工水利水電建設(shè)有限公司，云南昆明650224）

混凝土面板是作為面板堆石壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，承受較大的水頭落差，其對于壩體滲流的安全穩(wěn)定性至關(guān)重要，但是在運行期常存在一些滲流問題。本文在研究混凝土面板壩運行期滲流安全的基礎(chǔ)上，分析了國內(nèi)外混凝土面板壩滲流破壞的典型案例，總結(jié)了面板破壞的主要滲流問題模式，包括裂縫滲流、局部破損滲漏和防滲設(shè)計缺陷滲漏等，并在此基礎(chǔ)上，對不同破壞模式的成因進行了分析，研究成果可為同類工程防滲設(shè)計及滲流控制提供參考。

混凝土面板堆石壩；運行期；滲流問題；成因分析

1 研究背景

混凝土面板堆石壩是用堆石或砂礫石分層碾壓填筑成壩體、并用混凝土面板作防滲體的壩的統(tǒng)稱，因其使用當?shù)夭牧现危哂杏行Ы档凸こ淘靸r、對壩基地質(zhì)要求不高、壩體穩(wěn)定性好等特點，近些年來，被廣泛應(yīng)用于水利水電工程擋水建筑物?；炷撩姘宥咽瘔蔚姆罎B體系多是混凝土面板+趾板+地基防滲體（如防滲墻或灌漿帷幕等），其中混凝土面板是作為壩體的主要防滲結(jié)構(gòu)，承受較大的水頭落差，其對于壩體滲流的安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。

但是，根據(jù)多年來混凝土面板堆石壩的建設(shè)情況來看，混凝土面板在澆筑過程中和水庫蓄水后常因多種原因發(fā)生裂縫，例如澆筑過程中混凝土自身的干縮性、擠壓邊墻混凝土對面板混凝土的約束、墊層料密實度差異性大變形大、未設(shè)置陽離子乳化瀝青、架立筋的影響、擠壓邊墻混凝土未濕潤或濕潤不充分、養(yǎng)護不足、基礎(chǔ)不平整等因素均可能造成面板的局部裂縫［1-4］；在蓄水后，面板支撐體在自重和水壓力作用下產(chǎn)生不均勻沉降和水平位移，導(dǎo)致面板和墊層間脫空，也會導(dǎo)致面板裂縫［5］，等等。事實上，由于上述種種原因，面板在澆筑完成、水庫蓄水之前已產(chǎn)生許多裂縫，這些裂縫如果貫穿了面板，水庫蓄水后就會通過裂縫漏水。在面板裂縫為數(shù)不多、寬度不大的情況下，漏水流量較小，則漏水可通過堆石體，排向下游，不致立即影響壩體的安全。但當面板內(nèi)鋼筋在通過裂縫處，長期經(jīng)受漏水的銹蝕，或因止水破壞等原因，面板形成較大的裂縫，則可能對壩體的安全穩(wěn)定性造成影響。另外，在面板壩最大變形期、蓄水期或受強震的影響，大壩容易發(fā)生面板縱向擠壓破壞，這種破壞方式下，一般為局部面板擠壓破損，截滲效果喪失，形成壩體的局部滲漏，滲漏量大大增加的同時，容易對堆石體和下游造成沖刷，對水庫大壩的安全運行不利。

本文在研究混凝土面板壩運行期滲流安全的基礎(chǔ)上，分析混凝土面板壩滲流破壞的典型案例，總結(jié)面板滲流破壞的主要模式，包括裂縫滲流、局部破損滲漏和滲控設(shè)計缺陷滲漏等，并在此基礎(chǔ)上，對不同破壞模式的成因進行分析，研究成果可為同類工程防滲設(shè)計及滲流控制提供參考。

2 混凝土面板壩滲流問題典型工程案例

國內(nèi)外已建成運行的混凝土面板壩工程中，有很多都存在一定的問題，如青海溝后砂礫石面板壩發(fā)生過潰壩；國內(nèi)天生橋一級、株樹橋及巴西坎潑斯諾沃斯（Campos Novos）等3座堆石面板壩發(fā)生過混凝土面板斷裂的情況；株樹橋、吉林臺一級、三板溪等混凝土面板堆石壩存在大壩漏水嚴重的問題等。

2.1 水布埡面板壩施工期裂縫水布埡大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高為2 330.0 m。混凝土面板分三期澆筑，其中2005年1月6日—3月27日澆筑第一期面板，面板頂部高程278.0 m；2006年1月21日—4月1日，澆筑第二期面板，面板頂部高程340.0 m；2007年1月4日—3月28日，澆筑第三期面板，面板頂部高程405.0 m。但是在第一期面板施工結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)了5條裂縫，之后到2005年6月發(fā)現(xiàn)了255條裂縫，至2007年工發(fā)現(xiàn)裂縫283條；對第二期面板檢查，發(fā)現(xiàn)了12條裂縫；2007年6月起對壩體3期面板進行檢查發(fā)現(xiàn)了裂縫344條，在水庫低水位運行時，第三期面板共發(fā)現(xiàn)了裂縫619條［6］。統(tǒng)計裂縫結(jié)果，三期面板共發(fā)現(xiàn)裂縫914條。為防止蓄水后現(xiàn)有裂縫處出現(xiàn)滲流問題，對各裂縫分別進行了處理。

2.2 十三陵等水庫止水破壞滲漏嚴重十三陵水庫總防滲面積17.5萬m2，面板接縫總長2.1萬m，實測冬季最低氣溫達-19.0℃，最高氣溫為40.3℃，電站正常運行期間，水位漲落速度約為7～9 m/h，電站于1995年蓄水運行，2000年實測最大滲漏量為5.63 L/s，相當于每天滲漏量占庫容的0.011%。該工程與德國的瑞本勒特抽水蓄能電站、法國拉古施抽水蓄能電站工程類似，但1955年竣工的瑞本勒特上庫因每天滲漏量達到了總庫容的2.13%，1974年不得不進行大范圍修補，并于1993年改建為瀝青混凝土全庫防滲；拉古施電站上庫于1975年竣工，初期實測滲漏量達到100 L/s，相當于每天滲漏量占總庫容的0.432%，從1976—1978年，不得不放空水庫進行處理，并在接縫止水表面增設(shè)新的止水，經(jīng)過3年的處理，滲流量降為11.7 L/s［7］。

2.3 溝后砂礫石面板堆石壩垮壩溝后面板砂礫石壩位于青海省共和縣境內(nèi)的恰卜恰河上游，總庫容330萬。1990年10月大壩全部竣工，同年蓄水至高程3 274.10 m，運行正常；1993年8月23日，庫水位首次超過正常蓄水位達3 277.3 m時潰決，潰壩前8月26日庫水位3 276.7 m時，仍未發(fā)現(xiàn)大壩有明顯異?，F(xiàn)象，27日中午庫水位達防浪墻底板3 277.0 m高程，下午8時在下游壩坡3 260.0m高程以上觀察到大量滲流外逸，晚9時大壩開始潰決［8］。

對71.0 m高的溝后砂礫石面板壩研究認為，它的潰決不單純是面板頂部與防浪墻趾板間的止水斷裂，更主要的是由于上部面板大量脫空，大面積失去防滲能力，當庫水位超過面板頂端，并高于防浪墻址板后，頂部接縫大量漏水，使庫水與面板脫空體相連通，并由墊層料直接進入壩體。因墊層料過粗，起不到防滲作用，墊層料后又無專門的排水體，大量上部滲流從壩頂強透水的水平夾層由下游壩坡直接逸出，而壩頂砂礫石層又是管涌土，不斷管涌破壞，滲流量進一步加大，直沖上部壩坡，壩坡滑塌，導(dǎo)致防浪墻倒塌出現(xiàn)潰口，庫水漫壩而潰決。

2.4 天生橋一級面板堆石壩面板脫空1999年建成的高178 m的天生橋一級面板堆石壩，一、二、三期面板均出現(xiàn)了墊層與面板脫空問題，脫空面板數(shù)分別占各期面板數(shù)的85%、85%及52%，最大脫空高度15 cm。可探深度10 m，大壩建成3年后于2002年6月再次用物探方法對高程760 m以上面板脫空問題進行探測，探測結(jié)果表明，在34塊面板中有64個脫空區(qū)，脫空面積占勘探面積的30%，脫空高度1～5 cm［8］。

天生橋面板壩1999年3月完成大壩填筑。2000年7月水庫水位達高程779.96 m，接近正常蓄水位780 m。觀測結(jié)果大壩最大滲流量為165 L/s，并在逐年減小，2002年減小為70～80 L/s，盡管面板有脫開，接縫有擠壓破碎，橫向裂縫達4 537條，裂縫開度≥0.3 mm的約80條，最大深度達41.7 cm，大壩仍有良好的防滲效果，分析原因，主要是大壩的墊層料較細，與面板共同組成防滲體仍有一定的作用。

2.5 株樹橋面板壩面板斷裂大量滲漏株樹橋水庫位于湖南省瀏陽市，正常蓄水位165.0 m。水庫大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高78 m，1986年動工興建，1990年11月建成并首次下閘蓄水，是我國最早建成的高面板堆石壩之一。水庫投入運用后不久，大壩即出現(xiàn)嚴重滲漏，且滲漏量逐年顯著增大，到1999年7月超過2 500 L/s，引起壩工界的高度關(guān)注。

株樹橋面板壩放空水庫后檢查結(jié)果，有些面板塌陷、斷裂，開挖后進一步觀察，發(fā)現(xiàn)面板已破壞處與墊層之間都存在脫空問題，位于河谷右側(cè)的L8面板，距壩頂61 m高度處面板與墊層脫離最為嚴重。面板斷裂塌陷之處都存在面板與墊層的脫空問題。根據(jù)級配分析結(jié)果，墊層料的顆粒組成曲線，小于5 mm的顆粒含量變化于10%～37%之間，平均值只有25%，滲透系數(shù)變化于2.9×10-1～3.5×10-3cm/s之間，表明墊層料過粗，面板脫空后不能起到第二防滲防線的作用，因此造成大壩出現(xiàn)了過大的滲漏量［8-10］。

2.6 三板溪混凝土面板堆石壩面板破損滲漏三板溪水電站于2006年1月開始蓄水，初期運行水位較低，最高水位約435 m，最大漏水量約30 L/s。2007年6月初至8月兩個多月內(nèi)，三板溪庫水位由433.0 m蓄至472.1 m，離正常蓄水位僅2.9 m，大壩滲流量從25 L/s逐步增至150 L/s，2007年7月30日，滲漏量突變至250 L/s，最高上升至315 L/s。汛后水位回落，漏水量也隨之減小，2008年1月水庫庫水位至死水位425 m時漏水量最初約為150 L/s，以后減小到約100 L/s。

2007年8月通過大壩監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，壩基滲壓、周邊縫開度、裂縫開度、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測量出現(xiàn)一定的突變，主壩面板右MB5等到385.0 m、397.0 m等高程部分監(jiān)測儀器陸續(xù)出現(xiàn)測值異?；蚴?，經(jīng)分析該區(qū)域面板局部出現(xiàn)破損，但底層面板混凝土及底層鋼筋未遭到明顯破壞。2008年1月三板溪水位消落至死水全附近后，潛水員水下檢查發(fā)現(xiàn)：在高程385.0 m附近左MB3—右MB9連續(xù)共12塊面板（長度184 m）一二期水平施工縫部位面板多處破壞，混凝土局部破損、多處鋼筋變凸、外露，部分垂直縫止水發(fā)生破壞，面板破損最大上下寬度近4 m，破損最大深度達41 cm［11-12］。

2.7 吉林臺一級混凝土面板堆石壩滲漏吉林臺一級水電站樞紐工程攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高157.0 m，水庫正常蓄水位1 420.0 m，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫。本電站屬大（1）型Ⅰ等工程。壩頂高程1 425.8 m。上游壩坡坡度為1∶1.7，下游壩坡坡度為1∶1.5，在下游坡設(shè)12 m寬、縱坡為8%的“之”字形上壩公路，最大斷面處下游平均壩坡為1∶1.96。

墊層區(qū)（ⅡA），為面板下墊層，水平寬度4 m，采用C2料場篩分砂礫料與砂摻配而成，要求dmax≤80 mm，小于5 mm含量35%～55%，小于0.1 mm含量小于8%，k=10-3～10-4cm/s，Dr≥0.85。墊層料底部向下游方向延伸20～35 m，層厚為2～5 m，以保證趾板及堆石體基礎(chǔ)滲流穩(wěn)定，并確保壩體與基巖的緊密連接。墊層坡面壓實合格后采用陽離子乳化瀝青噴護。

壩頂主堆石區(qū)（ⅢA），采用P1石料場開采的爆破料，要求dmax不大于600 mm，小于5 mm的含量小于20%，小于0.1 mm的含量小于5%，碾壓后孔隙率n≤23%。

次堆石區(qū)（ⅢB），采用P1料場爆破料，壩基和其他建筑物的合格開挖石渣料也可作為壩體次堆石料。要求碾壓后孔隙率n≤23%。

吉林臺一級水電站工程于2001年2月16日正式開工興建，2002年9月15日實現(xiàn)河道截流，2004年12月下閘蓄水，計劃于2006年10月竣工。2004年10月15日，水電站在庫水位1 287.08 m高程下閘蓄水。2004年11月7日量水堰首次過水，滲漏量為36.295 L/s。2004年12月30日，水庫運行至1 343 m水位時，量水堰觀測滲漏量為115.796 L/s，水電站管理單位和設(shè)計單位認為該滲漏量偏大［13-14］。

2.8 紫坪鋪面板壩震后面板破損紫坪鋪面板壩壩高156.0 m，正常蓄水位877.0 m。在2008年“5.12”汶川大地震中，壩體面板發(fā)生了破損：震損后5#—6#面板間縱縫出露在水上、23#—24#面板縱縫從防浪墻底延伸到水下790.0 m，需采用水下施工技術(shù)修復(fù)。修復(fù)方案參考天生橋一級面板修復(fù)經(jīng)驗，去除損壞的面板混凝土，用同等級的混凝土修復(fù)。同時在面板結(jié)構(gòu)縫中設(shè)置剛度相對較低的耐老化橡膠片，厚度較原設(shè)計增加近1倍（約25 mm），以吸收板間傳導(dǎo)的應(yīng)變能，更好地適應(yīng)壩體后期變形。自2008年6月5日—9月14日，完成23#—24#垂直伸縮縫的修復(fù)工作，縱縫垂高94 m，斜長約132 m，修復(fù)水下裂縫長度48 m［15-17］。

2.9 巴西坎潑斯諾沃斯（Campos Novos）面板大壩滲漏巴西坎潑斯諾沃斯（Campos Novos）水電站位于巴西南部圣卡塔琳娜州烏拉圭河的支流卡洛斯河上，是烏拉圭灑流域水電開發(fā)中的一個重要梯級電站。電站的攔河大壩為202.0 m高的混凝土面板堆石壩，壩頂長度為590.0 m。電站廠房裝有3臺機組，每臺機組的裝機容量為293 MW，總裝機容量879 MW?；炷撩姘宥咽瘔蔚膲沃肺挥讵M窄河谷中，岸坡的平均坡度接近45度，建基面為較為堅硬的巖石。壩體上游邊坡為1∶1.3，下游平均坡比為1∶1.4。

大壩建成后于2005年10月開始蓄水，水庫很快升至653 m高程，低于正常高水位7 m，當庫水位升至642 m高程時，沿位于河床中部的16、17號面板的縱縫位置（垂直向）發(fā)生了擠壓破壞，擠壓破壞的位置直達面板頂部，其上緣止于660 m高程（防浪墻底），下緣延伸至水下達535 m高程，破壞高度125 m。此外在656 m高程還觀測到了水平向的面板裂縫。面板破碎后大壩滲流量高達1 400 L/s［18-19］。根據(jù)青海溝后面板壩潰壩模型試驗結(jié)果，可以認為，巴西坎潑斯諾沃斯面板壩16、17號面板擠壓破碎后出現(xiàn)較大的滲流量，與面板與墊層的脫離有直接關(guān)系。此外，分析巴西坎潑斯諾沃斯壩墊層料的顆粒組成曲線，小于5 mm的顆粒組成變化于10%～37%之間，D20的粒徑變化于0.75～10 mm之間，顯然滲透系數(shù)較大，面板一旦脫開且出現(xiàn)破裂，墊層料同樣不可能起到第二道防滲防線的作用，因而出現(xiàn)較大的滲漏量。

2.10 墨西哥阿瓜密爾帕（Aguamilpa）面板壩滲漏墨西哥阿瓜密爾帕（Aguamilpa）面板壩壩高187.0 m，于1993年中期開始蓄水時最大滲漏量約為63 L/s。1994年底，當庫水位高程為219.0 m（防浪墻頂部以下16 m處）時，水庫滲漏量增加到260 L/s。1995年和1996年夏季水位高程略低于200.0 m時滲漏減小到50 L/s以下。1997年在高程198.0～202.0 m的混凝土面板中發(fā)現(xiàn)有一些水平和斜向裂縫，測斜儀資料也表明在幾個高程上的數(shù)據(jù)異常。對混凝土面板進行檢查后發(fā)現(xiàn)，在高程180.0 m處有1條水平裂縫貫穿10塊面板，長度為150 m，最大縫寬為15 mm。該裂縫局部被粉質(zhì)泥沙淤堵，某些地方有明顯滲漏。1994年滲漏量突然增加，估計是因為水庫水位上升接近滿庫促使裂縫張開所致。每年雨季庫水位上升，裂縫張開，1998年和1999年的最大滲漏量分別為214 L/s和173 L/s，最小滲漏量分別小于50 L/s和100 L/s。后期檢查裂縫總長度約為190 m［20］。

2.11 巴西（Barra Grande）面板壩滲漏巴西（Barra Grande）面板壩壩高185.0 m，正常蓄水位647.0 m。大壩2001年7月開始施工，2005年7月5日開始蓄水。7月末到8月初正值雨季，庫水位平均每3 d上升約20 m。9月5日庫水位為617.5 m。2005年9月19日庫水位達到630.3 m時，水庫滲漏量達到220 L/s。3 d后庫水位達到634 m，滲漏量增至428 L/s，中部19/20面板垂直縫發(fā)生擠壓破壞。檢查發(fā)現(xiàn)，破壞延伸至水下約100 m。同時22號面板所在的壩頂防浪墻也發(fā)生擠壓破壞，面板破壞部位發(fā)現(xiàn)面板脫空，脫空間隙最大達12 cm。2005年11月，滲漏量達到1 284 L/s［21］。早期的水下檢查未發(fā)現(xiàn)面板有水平向擠壓破壞。但在后來發(fā)現(xiàn)水平向擠壓破壞后，對該壩又進行了仔細檢查，證實在中部壩高位置存在水平向擠壓破壞。

3 面板壩運行期存在的滲流問題成因總結(jié)

混凝土面板堆石壩運行期存在的滲流問題可以總結(jié)為三類，一類是面板裂縫滲流問題；一類是混凝土面板的局部擠壓破損，還有一類是由于壩體滲控設(shè)計存在問題，如墊層料的設(shè)計等，這三類問題下混凝土面板堆石壩的滲透特性均不相同，但都會導(dǎo)致大壩漏水量增大，局部土石料中的滲透必將較大，對壩體的滲流安全不利。

3.1 面板裂縫成因總結(jié)對目前面板壩出現(xiàn)的裂縫進行分類，可以分為非結(jié)構(gòu)性裂縫、結(jié)構(gòu)性裂縫和其他裂縫。

（1）非結(jié)構(gòu)性裂縫：一般為溫度裂縫和干縮裂縫，其中溫度裂縫是因為混凝土受溫度影響而發(fā)生變形，外界和內(nèi)部各種約束將限制其變形，在超過混凝土的抗裂強度時就會產(chǎn)生裂縫，此種裂縫的直接影響因素是溫差值大小和約束條件，約束條件隨具體工程的不同而異。如晝夜溫差，該類溫差將使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的溫度梯度，引起混凝土內(nèi)部各質(zhì)點間的約束，進而產(chǎn)生表面裂縫，常發(fā)生于混凝土早期強度較低時；季節(jié)性溫差。該類溫差主要是指混凝土固結(jié)溫度與使用期間面板年最低溫度差，會引起混凝土面板變形，在面板與墊層的摩阻力約束下降時產(chǎn)生裂縫。對于干縮裂縫，其成因主要是在混凝土凝結(jié)過程中，多余的拌和用水量逐漸脫離，使混凝土發(fā)生失水干縮，引起體積減小。這一過程中，水泥中各種礦物間的微觀結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生收縮，且與面板內(nèi)部鋼筋或面板與墊層的摩阻力引起的約束相互作用，面板內(nèi)部各質(zhì)點之間形成制約，從而造成表面裂縫。這類裂縫在混凝土面板壩施工及蓄水初期出現(xiàn)的較多，一般裂縫較小且深度較淺，如水布埡混凝土面板堆石壩。

（2）結(jié)構(gòu)性裂縫：面板受外力影響會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫，主要是壩體的自重和其它荷載如水壓力、浪壓力作用下使壩基產(chǎn)生不均勻沉降，或其它方向的位移，引起變形導(dǎo)致面板架空，荷載作用會形成裂縫。宏觀而言，面板為剛性體而堆石為柔性體，堆石體的變形會影響面板的穩(wěn)定，所以必須保證面板與堆石體的協(xié)調(diào)變形。從受力角度而言，面板主要承擔的荷載是水壓力，其由墊層的支持力與摩阻力平衡，堆石體上的墊層受堆石變形影響會產(chǎn)生應(yīng)變，這就引起了面板內(nèi)部應(yīng)力重組，嚴重時便會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。面板壩出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性裂縫通常寬度較大且深度較深，對水庫后期蓄水運行的滲流安全影響較大，如墨西哥阿瓜密爾帕（Aguamilpa）、巴西（Barra Grande）面板壩等。

（3）其他裂縫：混凝土面板壩在面板的施工過程中都是采用分槽段施工的方法，在面板槽段之間多采用止水的形式來控制通過壩體的滲流，但是隨著水庫的運行，局部止水可能會因為選材不當、止水老化、施工質(zhì)量等多種原因而喪失截滲能力，在壩體面板部位形成局部的裂縫滲漏通道，這也是混凝土面板堆石壩面板裂縫的常見形式之一，如國內(nèi)的十三陵水庫、德國的瑞本勒特抽水蓄能電站、法國拉古施抽水蓄能電站等。

3.2 面板局部破損成因總結(jié)通過對國內(nèi)外典型混凝土面板堆石壩的局部破損案例分析，大壩的變形是產(chǎn)生面板縱向、橫向擠壓破壞的主要原因，但是大壩變形的影響因素比較多，如河谷地形、地基條件、蓄水、地震等均能造成壩體較大的變形。

（1）河谷地形：一般地，河谷地形較寬，受兩岸山體的擠壓，壩體中部的混凝土面板變形累積量較大，容易在該部位形成縱向擠壓破壞。如天生橋一級面板壩壩址處于較開闊的“V”型河谷中，在大壩運行期，壩體變形將由左、右壩段向河床方向移動，河床部位的填筑體收到兩岸的擠壓，由于壩頂長度達到1 104 m，壩體縱向變形量累計到河床部位時已較大，2003年和2004年發(fā)現(xiàn)了兩次面板接縫處混凝土擠壓變形破壞，局部出現(xiàn)了較大的破損。

（2）地基條件：目前國內(nèi)的水電開發(fā)多在西南地區(qū)深厚覆蓋層基礎(chǔ)上開展，在此類地基上修筑混凝土面板堆石壩，地基的變形量較大，且多呈現(xiàn)出較為不均勻的沉降，這對壩體面板的受力及變形極為不利，容易造成面板的拉動破壞，威脅壩體的蓄水運行安全。

（3）蓄水影響：在混凝土面板壩施工期變形穩(wěn)定后，水庫蓄水會帶來壩體及地基的新變形，這種變形一般是上游沉降變形量大于下游，呈現(xiàn)出不均勻的變形分布。此時，壩體面板結(jié)構(gòu)處于受彎狀態(tài)，且不同部位間的變形速率也不同，容易在變形過程中存在摩擦而引起順坡向壓力及側(cè)脹擠壓力的共同作用，致使面板發(fā)生破損。如三板溪面板堆石壩即是因為水庫蓄水速度過快、蓄水后沉降變形不均勻等引起面板的多處局部破損，還有巴西（Barra Grande）面板壩、墨西哥阿瓜密爾帕（Aguamil?pa）面板壩也是同類問題。

（4）地震影響：面板堆石壩的混凝土面板屬于典型的薄板、剛性結(jié)構(gòu)，縫間變形量是有限的，在地震引起的短時變形協(xié)調(diào)過程中，這種剛性結(jié)構(gòu)常會因地震荷載而發(fā)生永久性的變形和破損，威脅大壩的滲流安全，如紫坪鋪面板壩在汶川地震中板間結(jié)構(gòu)縫發(fā)生擠壓和錯臺破壞的主要原因就是地震永久變形造成壩體體積縮減，壩體作用在面板上的摩擦力與地震動應(yīng)力組合形成擠壓破壞力，面板與墊層料的變形差異性產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。

3.3 壩體滲控設(shè)計問題總結(jié)在混凝土面板堆石壩的壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計、防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果設(shè)計不當，也會造成壩體的滲流存在安全隱患。（1）壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計：混凝土面板壩的頂部一般與防浪墻的趾板相連，但是當庫水位超過面板頂端，并高于防浪墻址板后，容易造成面板壩頂部接縫大量漏水，使庫水與面板脫空體相連通，并由墊層料直接進入壩體，對壩體的滲流安全不利。如溝后面板壩即是因為大量上部滲流通過壩頂?shù)膹娡杆乃綂A層由下游壩坡直接逸出，形成管涌破壞，壩坡滑塌，導(dǎo)致防浪墻倒塌出現(xiàn)潰口，進而庫水漫壩而潰決。（2）防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計：在混凝土面板壩的防滲設(shè)計中，壩體多是采用面板+墊層料+過渡料+堆石的形式，在墊層料、反濾料的設(shè)計中若采用的級配失當，容易因面板與壩后土石料的脫空現(xiàn)象，削弱了面板的承受荷載和變形的能力，一旦面板出現(xiàn)破壞即造成壩體較大的滲漏通道，對壩體的安全極為不利。如株樹橋面板壩、吉林臺面板壩和巴西坎潑斯諾沃斯（Campos Novos）面板壩均出現(xiàn)了該類問題。

4 結(jié)論

混凝土面板堆石壩的面板防滲結(jié)構(gòu)屬于典型的薄板、剛性結(jié)構(gòu)，根據(jù)多年來面板壩的建設(shè)情況來看，混凝土面板在澆筑過程中和水庫蓄水后常因多種原因發(fā)生多種滲流問題，本文在研究混凝土面板壩運行期滲流安全的基礎(chǔ)上，分析了國內(nèi)外混凝土面板壩滲流破壞的典型案例，總結(jié)了面板滲流問題的主要模式包括裂縫滲流、局部破損滲漏和防滲設(shè)計缺陷滲漏等，并對其相應(yīng)的成因進行了較為系統(tǒng)的歸納分析。事實上，混凝土面板壩出現(xiàn)的滲流問題成因常常不是一種，而是多種因素共同影響下的結(jié)果，在實際工程問題中需要結(jié)合具體的工程情況進行分析。本文中列舉的工程實例及總結(jié)的破壞模式和成因可作為工程技術(shù)人員參考借鑒，以便后續(xù)工程設(shè)計與施工采取有針對性措施。

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Research on seepage problem and character of concrete face rock-fill dam under operating period

SUN Yulian1，LAN Sidong2，YAN Jun3，SONG Lugen4
（1.Inner Mongolia Technical of Mechanics And Electrics，Inner Mongolia，Huhehot010070，China；
2.Beijing Beijing-Miyun water management office101400，China；
3.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100048，China；
4.Yunnan Water Conservancy and Hydropower Construction Co.，Ltd，Kunming650224，China）

s：As the main anti-seepage structure of concrete face rock-fill dam，concrete face bears high wa?ter-head，which is vital to the seepage stability and safety of the dam.However，there are often some seep?age problems in the operating period.In this paper，in order to research the seepage safety for concrete face rock-fill dam，some typical seepage damage cases of concrete face dam both at home and abroad are analyzed.The related main damage modes are then summarized，such as cracks，local broken region and structural design problem.On this basis，the seepage causes of the dam under various damage modes are analyzed.The results can provide a good reference of the seepage control design for similar projects.

concrete face rock-fill dam；operating period；seepage problem；causes analysis

TU43

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.06.005

1672-3031（2016）06-0431-06

（責任編輯：韓昆）

2016-04-20

國家973計劃課題（2014CB047004）；國家自然科學(xué)基金項目（51409278）；中國水利水電科學(xué)研究院專項（1243）

孫玉蓮（1963-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，主要從事水利工程技術(shù)與力學(xué)特性研究。E-mail：SYL1301@163.com