混凝土坝坝基渗压系数超限常见问题分析

1、混凝土坝坝基渗压系数超限常见问题分析摘要：大坝安全监测中，常将坝基设计渗压系数作为衡量扬压力是否超限的标 准，但局部渗压系数超限的情况较为常见。本文结合部分工程案例，对渗压系数 超限监测资料分析中常见的问题进行解析。关键词：混凝土坝；扬压力；渗压系数；扬压力水头；不利工况；抗滑稳定刖言进行扬压力监测数据整编分析时，必须考虑大坝运行工况，通过渗压系数、扬压 力水头等指标进行综合分析判断，分析扬压力超限对大坝抗滑稳定的影响，查证 影响扬压力的各种相关因素，才能准确评判大坝安全情况。渗压系数超限的发生工况分析根据渗压系数计算公式，当上游水位低或上下游水头差较小时，可能导致渗 压系数计算值增大，甚至超

2、过设计容许值。在进行渗压系数超限时，应排除上游 水位低或上下游水头差较小等偏安全的工况。2.1上游低水位工况A工程岸坡侧1#坝段BO-01 （建基面高程227m）测点年历史渗压系数最大值为 0.68 （对应上下游水位238.39m/202.93m），且大部分时间均大于岸坡侧设计容 许值0.35。相关性分析：渗压水位与库水位无相关性，但渗压系数与库水位呈一 定的负相关，库水位低于240m渗压系数均高于0.5，库水位高于247m渗压系数 反而在0.25-0.35之间。在库水位升高，工况变的较为不利的情况下，渗压系数反而满足设计要求。A工 程大坝设计阶段，选取正常蓄水（248m）、设计洪水（249.

3、96m） 2种正常运行 工况进行坝体稳定及应力计算荷载，BO-01建基面高程227m，计算出设计2种工 况选取的扬压力水头分别为7.35m、8.04m。BO-01渗压系数超限时实测扬压力水 头在3-5m之间，历史最大扬压力水头为6.91，均未超过正常蓄水工况设计扬压 力水头。因此，在进行此类测点扬压力超限判断时，应以设计扬压力水头作为标准更加科 学准确。2.2低水头电站大洪水期间上下游水头差较小的工况B工程泄水坝段UP13-1测点2017年最大渗压系数达到0.72 （2017-7-3），该日 发生大洪水，上下游水位50.18m/46.94m），超过设计容许值0.5。扬压水位与下 游水位密切相关

4、，但下游水位为42m上下游水头差较大时，渗压系数均低于设计 值 0.5。B工程大坝设计阶段，选取正常蓄水（51m）、设计洪水（60.99m） 2种正常运 行工况进行泄水坝段坝体稳定及应力计算荷载，抗滑稳定安全系数分别为14.95、 32.89。这类低水头电站大洪水期间，上下游水头差大幅减小，作用在大坝的水平 推力变小，运行工况相比不泄洪时更加安全。在进行此类测点扬压力超限判断时，应结合设计阶段正常蓄水计算工况及电站投 运后的运行工况设置下游水位条件，统计在上下游水位差较大时等相对不利工况 下的渗压系数、扬压力水头超限情况，以便判断扬压力超限是否可能影响大坝抗 滑稳定安全计算结果。扬压力超限对大

5、坝抗滑稳定的影响分析下面以C工程UP-1、UP-11扬压力超限为例，采用分项系数极限状态设计法对相 应坝段抗滑稳定进行验算分析。因为扬压力全部垂直作用在坝基面上，只影响抗力效应R（），因此计算扬压力超 限对抗滑稳定的影响是，只需计算扬压力增加的荷载AU对计算截面垂直作用力 的影响即可。C工程UP-1、UP-11渗压系数实测最大值分别为0.73、0.54。大坝设计阶段，选 取正常蓄水位322m （相应下游水位296.6m）工况下对UP-11和UP-1所在左、右 岸非溢流坝进行抗滑稳定计算，抗滑稳定满足规范要求。查询C工程相关设计参 数，根据式1对抗力效应进行验算，验算结果表明相应坝段抗滑稳定仍满

6、足规范 要求。扬压力超限的相关因素分析4.1影响扬压力的相关因素扬压力根本上由坝基地质性质、帷幕深度厚度、帷幕灌浆质量以及排水孔设置等 大坝基础条件所决定。发现扬压力超限后，可从以下几个方面去查证：1）扬压力和上游水位或温度相 关性说明可能存在渗漏通道，应与其他坝段对比，重点从地质条件、帷幕质量等 方面入手；2）扬压力和降雨相关性较强，一般发生在岸坡坝段，应结合周边地 下水位孔及地质情况进行分析；3）扬压力随时间逐步抬高，应考虑投运时间较 长，排水逐步堵塞等因素，重点检查坝基排水畅通情况。4.2 C工程扬压力超限分析（1）UP-1超限分析数据相关分析：UP-1 （右岸坡2#坝段）建基面高程29

7、5m，最高扬压水位为 314.56m，渗压系数在0.73-0.46之间，全年均超设计渗压系数0.35。因C工程库 水位常年保持在322m附近，库水位无明显规律性变化，而扬压水位和渗压系数 与温度呈明显负相关变化，说明存在渗流通道受温度影响开合，导致管水位呈周 期性变化。数据对比分析：其邻近的坝肩OH-5地下水位主要受降雨影响，最大年变幅2m， 变化规律与UP-1不一致，排除该点受边坡地下水影响的可能。其他坝段多数测 点也随气温呈周期性变化，但年变幅均在3m以内，远小于该测点水位年变幅5- 8m，说明该坝段渗透性大于其他坝段坝基。设计施工资料查证：高程290m303m以上边坡以强风化岩体为主，节

8、理裂隙较 发育至发育，且发育顺坡向结构面，卸荷裂隙较发育，结构面微张至张开，局部 附次生泥，为IV1EV2类岩体。施工期间，安装间上游侧沿断层上盘岩体局部垮 塌，左侧受厂房集水井边坡垮塌影响沿NW向结构面地基岩体部分垮塌。从资料 查证，也说明该坝段地质条件较差。现场检查：UP-1附近排水孔为P-4和P-5，其中右岸侧P-1P-4未见排水，左岸 侧P-5有少量水排出，说明整个坝段排水效果不佳。右廊道渗漏量监测资料显示， 近5年来平均每年减少0.22L/S，说明排水有逐年堵塞的可能性。处理建议：通过排水孔扫孔、补打排水孔等措施排水降压；密切关注渗压发展趋 势，若进一步快速上涨，可综合应用渗流监测、

9、水质分析等手段，查清渗漏通道， 针对性开展灌浆补强措施。（2）UP-11超限分析数据过程线及相关性分析：UP-11 （左岸坡12#坝段）建基面高程293m，2010年 初至2012年底扬压水位逐渐升高，平均年涨幅1.5m。2013年后扬压水位逐渐稳 定在308m附近，目前渗压系数稳定在0.54左右。其邻近的坝肩OH-3地下水位 主要受降雨影响，最大年变幅3m，变化规律与UP-11不一致，排除该点受边坡 地下水影响的可能。2010年至2013年时效性明显，可能系排水孔逐渐堵塞逐步 失效导致水头逐年抬升，直至完全堵塞后水头维持不变。设计施工资料查证：建基面以下为强风化下部至弱风化岩体，未发现断层，

10、节理 裂隙较发育，部分为缓倾角的，强风化带节理张开充填次生粘土，完整性较差。 但未见施工期间岩体垮塌记录。现场检查：UP-11附近排水孔P48存在排水存在堵孔现象，孔内铁锈、泥沙等析 出物较多，坝基排水沟内有大量淤积物。左廊道渗漏量监测资料显示，近5年来 平均每年减少0.91L/S。因此初步判断扬压水位逐渐升高是受排水孔堵塞影响。 处理建议：进行水质分析、淤积物成分分析，查找排水孔堵塞原因；通过排水孔 扫孔、补打排水孔等措施排水降压。5结论（1）扬压力与大坝运行工况、地质条件、帷幕灌浆、基础排水等多个因素相关， 因此要进行科学、准确的扬压力分析，必须收集完整的设计、施工、运行资料。（2）扬压力超限统计时，应设置运行工况条件，建立渗压系数、扬压力水头等 综合监测预警指标，排除水库低水位、低水头等非不利工况不影响大坝抗滑稳定 计算的超限情况。（3）扬压力只影响抗力效应，故在扬压力超限时可通过承载能力极限状态设计 式对抗力效应进行验算，分析相应坝段抗滑稳定是否满足规范要求。（4）监测数据分析时，不仅要分析与环境量的相关性，还要建立整体概念，分 析周边地下水、接缝的关联性，结合设计、施工、运行资料，与其他坝段扬压力 变化特征进行综合对比