黄立辉

（宁乡县水利水电勘察设计院长沙市410600）

1 概述

田坪水库位于湖南省宁乡县青山桥镇，是一座规模较大的中型水库，总库容0.44亿m3。其主坝为浆砌石重力坝，河床段坝高40.5 m。坝址为中生代燕山期花岗岩，两岸岩体为粗粒结构，河床岩体为中细粒结构。左岸坝段和右岸坝段分别筑于强风化岩中部和下部，河床段基础开挖至弱风化岩上部，强风化花岗岩和弱风化花岗岩岩性差别较大（饱和极限抗压强度分别为43 MPa和110 MPa，岩石干密度分别为2.41 g/cm3和2.69 g/cm3）；坝基岩体中主要发育有两组节理：①组产状为60°SE∠40°～65°；②组产状为50NW∠25°～35°。工程勘测时，沿坝轴线钻孔，压水试验测定的强风化中、下部和弱风化岩体中的岩石透水率q分别为（17～43）Lu和（3～13）Lu。

大坝于1975年建成蓄水，坝基排水系统一直处于正常运行中，在1998年7月，大坝经历了的建库以来最高水位249.5 m（超设计洪水位0.1 m）的考验，2003年水库大坝处险时，在坝体标准廊道上游侧增设了防渗帷幕，并沿廊道下游侧补钻了排水孔。

以溢流坝段为例，其剖面如图1。

大坝特征参数：

水库正常蓄水位：249.2 m，下游尾水位212.8 m；

水库历史最高水位：249.5 m；

水库设计洪水位：249.4 m（50年一遇）；

图1 溢流坝段剖面图（m）

水库校核洪水位：249.8 m（500年一遇）；

坝顶高程：251.5 m；

坝底建基面高程：212.0 m。

2 大坝处险前后坝基不同渗控措施的扬压力状况

2.1 大坝处险前坝基渗控措施的扬压力状况

原设计坝基排水为单一排水系统，如图1所示，在河床和右岸坝段的坝体中设置标准廊道（净宽2.5 m，净高3.5 m，底板高程式219.0 m、圆拱直墙型钢筋混凝土结构）；在廊道上游侧（距坝踵水平距离为5.2 m）布置排水孔，孔径75 mm、孔距5.0 m，孔深17 m，各孔顶与廊道上游侧排水沟相通；在坝建基面混凝土垫层下，设置平行和垂直坝轴线的纵、横向排水沟，纵沟和横沟的截面尺寸分别为0.3 m×0.3 m和0.5 m×0.5 m，纵沟和横沟的间距均为5 m。

由于“重建设，轻管理”的思想影响，建坝时安装的简陋渗压观测设施一直没启用，而1998年7月，当水库水位超过设计洪水位时，在廊道涌水最高的排水孔顶进行了临时测压，获得了有价值的数据（附表）。

附表 单宽溢流坝基扬压力计算成果表

2003年前，坝基扬压力分布如图2。

图2 坝基扬压力分布（m）

水库正常蓄水位249.2 m时，扬压力Uo计算参数为：

坝下游正常最低尾水位212.8 m；

坝建基面高程212.0 m；

坝建基面宽（B）35.2 m；

排水孔线至坝踵水平距（b）5.2 m；

廊道底板高程219.0 m；

α0——排水孔线上渗压折减系数（按规范定义）；

H1=249.2-212.0=37.2 m；

H2=212.8-212.0=0.8 m。

原设计单宽溢流坝基扬压力（查原设计资料所得）、实测换算扬压力及现形规范规定扬压力值见表1。

实测换算α0=（测压表安装高程+表读数-212.8）/（H1-H2）=（219.5+3.6-212.8）/36.4=0.283

2.2 大坝处险后坝基渗控措施的扬压力状况

对坝基增设防渗帷幕、排水后，扬压力分布如图3。

图3 坝基增设防渗帷幕、排水后的扬压力分布（m）

从图3可见，排水孔线至坝踵水平距由b=5.2 m变成了b′=7.2 m，其余计算参数未变。

水库正常蓄水位249.2 m时，扬压力为U1，排水孔线渗压折减系数α1，按规范取0.25。

则U1=H2=319.36 t

3 对坝基不同渗控设计的评述

（1）原设计单一坝基排水系统完全符合现行规范的要求。

当年，原设计无规范可依，设计者没有采用防渗帷幕加排水的传统渗控措施，而只采取了如图1所示的单一坝基排水，其降低坝基扬压力的作用不用置疑，但坝基渗漏量是否可以控制在安全和经济允许范围内呢？对此，经考证归纳为：①田坪水库河床及右岸坝段基础是良好的花岗岩；②田坪水库重力坝实施单一排水坝段的上游部位坝基中，不存在可能被渗水冲蚀的构造（裂隙）填充物；③在廊道上游侧设置的排水孔（线）距坝踵的水平距离达5.2 m，能确保坝基渗水不对基岩产生机械冲刷；④坝基上游部位经固结灌浆处理的岩体及其下部未经固结灌浆处理的弱风化岩体的透水率都小于10 Lu（与渗透系数K=IE×10-4cm/s相当）。显然，完全符合《混凝土重力坝设计规范》（SL 319-2005）7.4.13条的“坝高较低，基岩条件较好且为弱透水层（渗透系数小于0.1 m/d）时，也可不设帷幕而只设排水，以降低坝基渗透压力，但应在坝基面的上游部位进行固结灌浆”关于重力坝基可不设帷幕而只设排水的规定。

（2）原设计坝基排水孔线上渗压折减系数α0取值安全可靠。

依《砌石坝设计规范》附录C.2.2，当坝基地质条件良好，未设防渗帷幕，但设有排水孔时，在坝踵处的扬压力为H1，排水孔线上扬压力为H2+α0（H1-H2），坝址处扬压力为H2，其间依次以直线连接，强度折减系数α0值宜采用0.3～0.45（图C.2.1b）（注：规范图C.2.1b与本文图2同）。而原设计α0取值为0.5，由此确定的大坝结构无疑是安全的。

（3）增设的防渗帷幕和排水可谓“合法不合理”。

按《混凝土重力坝设计规范》（SL 319-2005）7.4.1“地基防渗和排水设计，应以……水库功能、坝高综合考虑防渗和排水措施的适应性及二者的联合作用，确定相应的措施”；7.4.3“防渗帷幕应符合下列要求：1）……；2）……；3）在帷幕和排水的共同作用下，其坝基扬压力和坝基渗漏量降至允许值内”；7.4.5“帷幕的防渗标准和相对隔水层的透水率标准（强制性条文）”。显然，照搬规范中的这些条文，2003年在田坪水库重力坝坝基增设防渗帷幕和排水是无可非议的。只是在既定的标准廊道中，将排水孔线向下游移至距坝踵水平距离达7.2 m处，非但不能降低坝基扬压力，反而使坝基扬压力增加（详见本文2.1和2.2），造成了降低大坝稳定安全系数的不良后果。

4 小结

在基岩的工程地质和水文地质条件符合要求的情况下，坝基只设排水是符合《混凝土重力坝设计规范》（SL 319-2005）、《砌石坝设计规范》（SL 25-2006）的既能确保重力坝结构安全和坝基渗透稳定，又能节省工程投资、缩短建设周期的优化渗控设计。

在对已建重力坝工程进行除险加固时，如果不能具体分析坝基地质条件，而在标准廊道（或称排水廊道）中盲目增设防渗帷幕及排水，就完全可能发生如同田坪水库重力坝坝基扬压力增加、大坝抗滑稳定安全系数降低的结果。