高拱坝坝基排水效应的理论研究

1.1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,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。

1.2排水效应实例

同样,从我国石门拱坝对有无帷幕渗透压力观测结果表明,见图4,在1978年5月前有帷幕坝段渗透压力高于设计值,其原因是排水孔孔深不够、孔距大且靠近帷幕,后来将排水孔加深并超过帷幕深度,加密孔距,从而使渗透压力低于设计值。在无帷幕灌浆坝段,低水位时渗透压力较小,高水位时渗透压力稍超过设计值,分析其主要原因是由于坝基前缘开裂造成的,但对坝体稳定影响较小。该拱坝实测也证明了卡氏理论研究所得排水效应的正确性。

从上述理论分析与实例观测表明,解决拱坝基础渗流问题,主要是采取“前堵后排”方式,其中降低渗透压力的有效途径是必须设置合理的排水系统。