高拱坝坝基排水问题

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1、问题的提出

　　据工程事故实例,如美国莫伊埃河拱坝,高度为16.6 m,因左岸山脊薄及岩层向下游倾斜并有 软弱夹层,受渗流浸蚀而沿软弱夹层滑动失去支承;美国拉尼湖拱坝,高20.5 m,因勘探草率, 坝肩置于周围为泥土碎屑堆石的、直径约42 m的大孤石上,受渗流浸蚀引起大孤石松动而破 坏;法国马尔巴塞(Malpasset)拱坝,高66.5 m,坝底厚6.91 m,坝顶厚1.5 m,坝顶长222.66 m, 坝基岩性为片麻岩,左岸岩石夹有绢云母页岩。该坝于1959年12月2日溃坝,这是拱坝建筑史 上的大事。经法国组织调查委员会等反复调查鉴定,并引起世界各国专家、学者的关注和讨 论,最终认为溃坝主要原因是坝荷载平行压缩片麻岩层,受渗流潜蚀与渗透压力作用,致使坝 基沿岩层裂隙滑移而造成溃坝,见图1;秘鲁弗莱瑞双曲拱坝,高74 m,坝基岩性为安山岩,事故 原因是地震力使拱座下游出现垂直裂缝和位移,见图2,以及左拱座下游存在岩体崩坍体3.6万 m3,岩石走向与坝肩裂隙平行,渗透压力造成岩石破坏所致。在后来的加固项目中增设了岩石排水系统。

　　我国梅山连拱坝,高88.24 m,坝基岩性为花岗岩,蓄水6年后右岸坝基裂隙大漏水,在未封堵灌 浆孔时喷水高达31 m,射程11 m,13号垛位移43.61 mm、垛拱出现裂缝及15号、16号拱前岩 石裂缝宽5～17 mm。事故分析主要原因为右岸坝基山脊单薄临空、断层裂隙切割、邻垛高差大及防渗排水不足。后期的加固项目包括增设排水系统。

　　从50年代原苏联教科书或美国垦务局设计准则中都认为,一般拱坝特别是薄拱坝基础渗流 对坝体和坝基并不是重要的。因而,在拱坝基础中一般都不设置排水系统。但从上述拱坝事 故实例启示,拱坝基础受渗流浸蚀与渗透压力作用,对坝基稳定产生了极不利的影响,甚至酿 成事故,从而也引起了工程界对拱坝渗流研究和处理措施的重视,其中排水效应具有重要意义。

2、排水效应的理论研究

2.1 卡氏理论研究简述

　　著名学者A．卡色格兰德(A．Casagrande)教授于1961年以《坝基和 坝座的渗流控制》为题作了演讲,现将其分项内容简述如下:

　　(1)首先在前言中依据一座坝的观测资料,利用灌浆与排水的各自效应阐述岩石渗流控制 情 况;

　　(2)排水分析。依据不同部位设置排水而得到渗透压力理论值;假定岩石各向同性并为半无限 体,在符合达西定律情况下,利用渗流理论,得到排水孔下游无渗流或高于和等于下游尾水位 时的理论解;

　　(3)不完全截水分析。以截水比例值,利用单排帷幕灌浆与钢板桩存在窄缝情况,表明了防渗 截水效应;

　　(4)假设例子讨论。假设8种不同防渗截流与排水情况的图例,得出坝基和坝座存在渗透压力 需要量测预报及设置排水孔孔深的建议;

　　(5)田纳西局和垦务局所属坝的渗透压力观测。依据实际渗透压力观测资料表明,帷幕灌浆作 用小而排水作用大,并存在排水设置不足和孔深较浅等问题。

　　(6)帷幕灌浆及薄拱坝坝座渗流控制。实例表明,帷幕灌浆主要目的是降低渗漏,对降低渗透压力作用不大;由于薄拱坝拱座岩石陡峻,难于灌浆与保证岩石不变形,建议使用隧洞或竖 井排水;

　　(7)结论和建议。最终得到主要结论为:

　　a.渗流对坝基和坝座的影响,采用综合排水能有效控制,对重力坝和重力拱坝可用浅孔排水, 当遇不良地质情况时,加深排水孔能有效控制渗透压力;

　　b.降低坝基渗透压力的主要措施是设置排水,见图3,帷幕灌浆的主要作用是减少渗流量,对降 低渗透压力效果不大;

　　c.坝座处陡峻岩石处理的问题主要是爆破和灌浆作业难于保证岩石不变形,建议采用隧洞或 竖井排水来解决坝座渗流问题。