王秘學 ，徐 軼，田金章

(1．長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，430010，武漢；2．國家大壩安全工程技術(shù)研究中心，430010，武漢)

混凝土面板堆石壩是近30年迅速發(fā)展起來的一種壩型，由于其具有較優(yōu)的安全性、經(jīng)濟性和地基適應(yīng)性，迅速得到推廣應(yīng)用。我國自1985年引入現(xiàn)代面板堆石壩筑壩技術(shù)后，經(jīng)歷了引進消化、自主創(chuàng)新、突破發(fā)展三個階段，分別以西北口、天生橋一級、水布埡面板堆石壩為代表。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2015年，全世界已建面板堆石壩超過600座，中國占比接近50%。尤其是近15年發(fā)展迅速，2000年我國建成100 m以上的面板堆石壩僅10座，至2015年已增加至80余座。

我國混凝土面板堆石壩建設(shè)在取得顯著成就的同時，也有許多不足。不少工程運行后普遍發(fā)生了滲漏等病害，乃至發(fā)生過慘痛的事故。如青海溝后水庫因防滲體失效發(fā)生滲漏而導致潰壩，是國際壩工史上第一次同類型大壩潰決；還有相當數(shù)量的面板堆石壩因嚴重滲漏而不得不放空水庫進行加固，如湖南株樹橋水庫和白云水庫、廣西磨盤水庫等。滲漏已經(jīng)成為混凝土面板堆石壩的高發(fā)病害，不僅影響水庫效益的正常發(fā)揮，而且長期滲流會帶走墊層料中的細顆粒，導致面板變形加大甚至破壞，進而加劇滲漏，形成惡性循環(huán)，影響大壩安全。隨著大量已建面板壩工程運行期增長，其防滲體系的可靠性和安全性等問題已經(jīng)引起工程界的高度重視。結(jié)合已建工程的滲漏病害情況、防滲體系的缺陷與處理，對混凝土面板堆石壩的滲漏及安全狀態(tài)進行技術(shù)總結(jié)，并深入研究相關(guān)對策非常必要。

一、混凝土面板壩結(jié)構(gòu)特點

混凝土面板堆石壩采用堆石料或砂礫石料分層碾壓填筑，并采用混凝土面板作為上游主要防滲體。該壩型對地基的適應(yīng)性較強，可修建在巖石地基或覆蓋層地基上，其壩體往往根據(jù)不同的材料類型、顆粒尺度和受力特性劃分為不同的分區(qū)，圖1所示為面板堆石壩典型結(jié)構(gòu)示意圖。

對于趾板建在基巖上的面板堆石壩，其防滲結(jié)構(gòu)主要由防浪墻、混凝土面板、趾板、接縫止水及帷幕灌漿等組成。對于趾板建在覆蓋層上的面板堆石壩，其防滲結(jié)構(gòu)主要由防浪墻、混凝土面板、趾板、連接板、接縫止水及混凝土防滲墻等組成。此外，壩體上游一般布置黏土鋪蓋區(qū)及蓋重區(qū)作為輔助防滲體。上述結(jié)構(gòu)在面板堆石壩上游面構(gòu)成一道完整的防滲體系，在正常情況下能夠保證相對不透水，但這一防滲體系直接依附于堆石壩壩體，出現(xiàn)病害和缺陷則會導致大壩滲漏。

面板堆石壩壩體為散粒料填筑體，具有變形大且持續(xù)變形時間長的特點，而上游薄層面板作為主要防滲體依托在堆石體上部，兩者物理性能的巨大差異決定了整體結(jié)構(gòu)運行性態(tài)的復(fù)雜性。面板堆石壩中堆石體與防滲體是相互依存的結(jié)構(gòu)，堆石體與防滲體變形不協(xié)調(diào)、施工質(zhì)量參差不齊、不可控外力作用是導致面板變形破壞、接縫止水結(jié)構(gòu)破壞、面板脫空、面板裂縫等各種病害發(fā)生的主要原因，而面板堆石壩出現(xiàn)各種病害破壞的最終表現(xiàn)形式均為大壩滲漏，即滲漏量突然增大，明顯超過壩體正常運行的滲漏量。這也是面板堆石壩滲漏病害區(qū)別于其他壩型的重要特點。

二、混凝土面板壩滲漏規(guī)律

1.國內(nèi)外混凝土面板壩滲漏病害案例

正常的混凝土面板壩滲漏特點是滲漏量隨著服役時間延長呈現(xiàn)減少或不變的趨勢，滲漏量隨著時間延長不斷加大則預(yù)示著出現(xiàn)了滲漏病害。根據(jù)收集到的資料，國內(nèi)外混凝土面板堆石壩大多表現(xiàn)較好的運行狀態(tài)，如水布埡（壩高233 m，滲漏量48~86 L/s）、鯉魚塘（壩高 130 m，滲漏量 30 L/s）、洪家渡（壩高 179.5 m，滲漏量 20 L/s）、公伯峽（壩高 132.2 m，滲漏量14 L/s）等工程，但也有相當數(shù)量大壩特別是一些高壩出現(xiàn)諸如面板結(jié)構(gòu)損傷乃至破壞、大壩滲漏量大等問題。表1為國內(nèi)外部分混凝土面板堆石壩主要參數(shù)及其滲漏病害情況。

2.混凝土面板壩滲漏病害分類

根據(jù)收集到的國內(nèi)外混凝土面板壩滲漏病害案例，可以將混凝土面板壩滲漏分為面板破損滲漏、面板分縫滲漏、壩基滲漏和繞壩滲漏4種。

（1）面板破損滲漏

混凝土面板裂縫、破損、錯臺、塌陷或局部缺失產(chǎn)生滲漏。面板局部破損后，因滲漏水流長期作用，容易將其周圍部位墊層料區(qū)內(nèi)的細顆粒帶走，導致墊層料區(qū)脫空嚴重，形成疏松墊層料，使得面板失去可靠支撐，面板可能出現(xiàn)更大范圍的開裂、塌陷等破壞，導致滲漏量不斷增大。

（2）面板分縫滲漏

面板分縫（面板垂直縫、水平縫、周邊縫、趾板縫等）止水損壞、失效產(chǎn)生的滲漏。面板分縫止水狀況是面板堆石壩滲流控制成敗與否的關(guān)鍵，止水結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞，將直接導致大壩滲漏增大，并造成面板破壞。

（3）壩基滲漏

滲水通過壩基的透水層，從壩腳或壩腳以外覆蓋層的薄弱部位逸出而產(chǎn)生壩基滲漏。特別是對于強透水的砂礫石或砂層地基，易產(chǎn)生接觸滲透變形，地層允許滲流出逸坡降較小，若出逸部位沒有完善的反濾保護措施，隨著運行時間增長，細顆粒逐漸流失，滲漏會越來越嚴重，甚至流出渾水或翻砂。

（4）繞壩滲漏

水庫蓄水后，庫水通過兩岸壩肩山體內(nèi)的透水層滲向下游，并從下游岸坡逸出而產(chǎn)生繞壩滲漏。繞壩滲漏可能沿著壩岸結(jié)合面，也可能沿著岸坡松散的坡積層和巖石風化層或裂隙發(fā)育的基巖滲向下游。繞壩滲漏將使岸坡或壩體內(nèi)的浸潤線抬高，使壩坡或岸坡背后出現(xiàn)潮濕、軟化和集中滲漏，甚至引起壩坡或岸坡塌陷或滑坡，影響大壩安全。

圖1 面板堆石壩典型結(jié)構(gòu)示意圖

3.混凝土面板壩滲漏成因分析

（1）面板破損滲漏成因

導致面板破損滲漏主要原因有：混凝土強度偏低，高寒高海拔地區(qū)面板堆石壩混凝土抗凍強度偏低易導致混凝土凍融破壞及脫殼、面板裂縫等；混凝土面板配筋缺陷；堆石體材料與密實度設(shè)計不合理，堆石體變形過大易導致面板裂縫、脫空乃至擠壓破壞；堆石體填筑結(jié)束后變形尚未收斂就澆筑混凝土面板會因堆石體變形過大導致面板裂縫；大壩不均勻沉降變形和面板受力不均勻引起面板裂縫。

如巴西肯柏諾沃面板堆石壩壩高202 m，正常蓄水位660 m，2005年下閘蓄水。當初次蓄水水位接近水庫正常蓄水位時，面板L6、L7之間出現(xiàn)垂直縫擠壓破壞。擠壓破壞的位置位于面板頂部，范圍從防浪墻底部延伸至水下，長約25 m。此外，在二、三期面板分縫處還觀測到長達300 m的水平向裂縫，裂縫處混凝土嚴重擠壓剝落，最大滲漏量達1 300 L/s。

表1 混凝土面板壩的滲漏病害案例

巴西巴拉格蘭德面板堆石壩壩高185 m，正常蓄水位 647 m，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。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，破壞部位的面板脫空，脫空間隙最大達12 cm。2005年11月，滲漏量達到1 284 L/s。

（2）面板分縫滲漏成因

面板分縫發(fā)生滲漏的成因主要有：壩體填筑材料的特性和壓實不密實、垂直縫變形過大造成止水損壞；大壩壩體與兩岸基巖變形不協(xié)調(diào)，周邊縫變形過大造成止水損壞；面板止水結(jié)構(gòu)存在缺陷；墊層料級配不良，墊層密實性和滲透性不滿足要求，發(fā)生滲漏時止水起不到保護作用；過渡料不合要求，對墊層料不能起到反濾作用。

如白云面板堆石壩河谷狹窄（大壩高120 m，壩頂長約 200 m，寬高比1.67），兩岸陡峻，壩體與兩岸基巖發(fā)生不協(xié)調(diào)變形，導致接縫特別是該部位周邊縫變形較大，而止水系統(tǒng)因不能適應(yīng)較大的變位導致止水破壞。白云水庫放空后，發(fā)現(xiàn)左岸L4～L7面板高程450～490 m范圍內(nèi)出現(xiàn)兩處面積約500 m2的塌陷破損區(qū)，最大塌陷深度約2.5 m，周邊縫處底部銅止水可見明顯的拉裂破壞。

（3）壩基滲漏的成因

混凝土面板壩壩基發(fā)生滲漏的成因主要有：壩基存在透水性較強覆蓋層或強風化巖體，清基不徹底；壩基存在透水巖層或巖溶發(fā)育地層、巖體裂縫發(fā)育，帷幕灌漿質(zhì)量較差；趾板基礎(chǔ)斷層處理不到位。

（4）繞壩滲漏的成因

繞壩滲漏的成因主要有：壩體與岸坡接觸帶清基不徹底；岸坡巖層風化破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育以及斷層、巖溶等，巖層透水性大，未采取有效的帷幕防滲措施等。

三、結(jié) 語

不同面板堆石壩由于地形特點、地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)形式等存在差異，其發(fā)生滲漏病害的具體表現(xiàn)及成因也各不相同?？偨Y(jié)面板壩滲漏病害的典型特點和一般規(guī)律，對于工程滲漏分析與評價、現(xiàn)場滲漏檢測以及滲漏加固處理都具有重要的指導意義。