摘 要：非洲某碾压混凝土重力坝最大坝高 120m，坝顶长度 1164m，混凝土总量 353 万 m3 。该大坝基础地质情况复杂，河床坝段 坝基为寒武纪辉绿岩，两岸坝肩为奥陶纪砂岩，地质条件复杂，导致大坝稳定性分析和基础处理难度均较大。在与国际咨询工程师讨论 大坝抗滑稳定性问题过程中，深感双方在扬压力及其降低措施等观念上存在差异。文章重点阐述扬压力形成的原理和本工程对于不同 地质条件降低扬压力所采用的措施。
关键词：渗透压力;渗透场;重力坝;降低扬压力措施
1 概述
某工程碾压混凝土重力坝最大坝高 120m， 坝 长 1164m，自左至右分别是：423.45m 长左岸挡水坝段(17 个 坝段)、97m 长发电引水坝段 (5 个坝段)、60m 长导流底孔 坝段、25m 长泄洪底孔坝段、173.55m 长溢流坝段和 385m 长右岸挡水坝段。 该碾压混凝土重力坝辉绿岩坝基灌浆帷幕和排水帷 幕的布置：上游灌浆廊道中间设置一道主帷幕，间距 2m; 在主帷幕上游 0.8m 设置一道副帷幕，向上游倾斜 3 度，间 距 2m;主帷幕下游 1m 设置一道坝基排水孔，向下游倾斜 15 度，间距 3m，孔径 110mm;河床坝段下游交通廊道设置 一排垂直排水孔，间距 3m，孔径 110mm。 该碾压混凝土重力坝砂岩坝基灌浆帷幕和排水帷幕 的布置：上游灌浆廊道中间设置一道帷幕灌浆，间距 2m; 灌浆帷幕下游 1m 设置一道排水帷幕，向下游倾斜 15 度， 间距 3m，孔径 110mm。
2 大坝扬压力的形成原理
扬压力 (Uplift Pressure)：指建筑物及其地基内的渗 水，对某一水平计算截面的浮托力与渗透压力之和。挡水 建筑物的扬压力是在上、下游净水头作用下形成的渗流场 和浮托力之和，是静水压力派生出来的荷载。 浮托力(Buoyant Force)：即浮力，根据阿基米德浮力 原理，物体放入水中，排出水的重力即为水给物体的浮力。 大坝浮力公式是 F 浮=ρ 水 gV(V 是指坝体淹没体积)。渗透压力(Seepage Pressure,)：渗流压力是指液体在渗 流时所产生的动水压力(Hydrodynamic pressure)。坝(闸) 基渗流时所产生的渗流压力分布于整个坝底轮廓上，并与 坝底轮廓垂直，此种渗流压力对坝的稳定不利。
实际分布应通过 监测仪器测得。坝基面渗透压力最大处应在坝踵处，约等 于坝前水头(210-坝基高程)m。因坝趾处无水头，坝趾处水 头为 0m，即渗透压力为 0m 水头。坝趾与坝踵之间的渗透 压力受地质情况影响较大，设计阶段计算时一般假设为一 条斜直线。单宽坝段坝基渗透压力与深色阴影面 积成正比，即坝基面渗透压力可用 F 渗透=0.5kA(A 为深色 区域面积，k=ρ*g*1 为常数)表示。A 与坝前水位和坝后水 位成正比，即 A=(H 坝前-H 坝后)L，(L 为坝基长度，受扬 压力作用的坝基长度)。 渗流场(Seepage Field)：研究渗流问题时，将压力相等 的点连成线即等压线，与等压线垂直 的线为流线，等压线和流线所组成的 图称为渗流的水动力学场，也可以叫做渗流场。
实际渗流场受地质情况影响较大。 动水(Moving Water)：为什么水会在坝基内运动，而且 是从上游坝前水库底部向下游运动, 根本动因是因为渗流 场的存在，就像电磁场和引力场，水分子为质点，在渗流场 中从高势能区域向低势能区域运动。 无渗透压力差的情况，即大坝上、下游水位相等(不考虑山体地下水对河床的补充)，水会处于静止状态。就像在 电磁场中，电子有从势能高位向低位运动的趋势，即有势 能差就会导致运动趋势。
应力线之间存在势差，水分子在渗流场中就会有向下游移 动的趋势。在水分子运动过程中，受到岩石等的阻力，势能 逐步降低，直到降低到坝趾处水头(如无水则为 0m 水头)。 先有渗流场才有渗流现象的发生，而渗流场是由于上、下 游水位差导致的。 渗透场与电磁场类似。在电磁场中，随着电子的移动， 势能会越来越低，直到变为 0。渗流场亦如此，在上游的水 分子的势能比下游水的势能高，到了坝址处势能为 0。但实 际的势能的递减跟地质情况密切相关，实际的渗流场难以 量化。 理解大坝扬压力的关键在于理解渗透场和渗透压力， 扬压力是渗透压力和浮托力的和。
3 降低扬压力的措施
设计人员为了降低大坝坝基渗透量和扬压力，一般在 坝基布置灌浆帷幕和排水帷幕。一般认为灌浆帷幕和排水帷幕组合作用是降低渗流量和扬压力，“一般”表示针对不 同的地质情况，作用会有所不同，下面将详细解释。 灌浆帷幕：在大坝基岩中建造一道连续、完整的、比大 坝基岩渗透性低、平面上呈条带状、立面上形似舞台上的 帷幕的防渗结构。一般要达到一定渗透标准，本工程河床 坝段帷幕合格标准是 3lu，岸坡坝段一般为 5lu。
在岩石上筑坝，为了防止坝基渗漏，多采用灌浆方案 建造防渗帷幕，简称“灌浆帷幕”，利用这种防渗措施并结 合排水是减少大坝基岩渗漏、降低扬压力的主要的和有效 的方法。 灌浆和排水帷幕设计的基本原则是先灌浆以防渗，后 排水以降压。这种措施一般可分为四种情况：
(1)透水性强的地区，灌浆帷幕防渗效果一般均较显 著，宜采用以“阻”为主，结合排水的措施。透水性强的地质 条件，帷幕灌浆吸浆量一般较大，灌浆效果好的情况下渗 水量会明显降低，可防止大坝基岩被长期冲刷破坏。
(2)透水性微弱的地区，灌浆帷幕防渗效果一般不会 很显著，因渗漏量不很大，故宜采用以“排”为主，结合帷幕 灌浆的措施。对于吸浆量很小的地质条件，应重点加强排 水。在透水性较弱的地质条件下，坝基扬压力通过帷幕灌 浆降低幅度会非常有限，所以一般考虑采用排水的方式降 低扬压力。坝体排水孔的设置也是依据此项原则。
(3)一般透水性的地区则多采用“阻”“排”结合的技术 措施。
(4)特殊地质条件地区，例如断层、挤压破碎带、泥化 夹层等，有时岩石透水性虽然不大，但为了防止管涌，确保 基岩的渗透稳定，仍采用“阻”“排”并重，或以“阻”为主，结 合排水的措施。同时在排水孔中，应采取专门措施，以防止 细颗粒流出。此项措施也是为了防止大坝基础被冲刷破 坏，在砂岩坝段，基础排水孔内需要布置防护套管，防止砂 岩层间泥化夹层颗粒被渗水带出。 为了降低坝基渗透压力，一般坝基均设置灌浆和排水 帷幕。
水库中的水从坝基下部通过帷幕后，坝基渗 透压力值就会衰减。至排水孔处渗 透压力又有衰减，通常用 H2/H=α2 表示。α1 一般取 0.45- 0.6，α2 一般取 0.25-0.3。本工程大坝河床坝段扬压力折减系数取 0.25，岸坡波 段扬压力折减系数取 0.35，均是在排水孔处进行折减。
4 结束语
根据分析，对于裂隙发育少，吸浆量较低的地质条件， 应重点加强大坝排水帷幕的布置，以有效降低坝基扬压 力。本工程大坝两岸砂岩基础存在多条水平软弱夹层，且 基础灌浆吸浆量普遍偏小，因此应重点关注砂岩坝段基础 排水孔的布置，不仅是坝基面，还要关注基础下部软弱夹 层面的排水和扬压力折减。
本工程大坝地质情况复杂，针对不同的地质情况，降 低扬压力的措施应有所侧重。对于辉绿岩大坝基础，应重 点加强帷幕灌浆的布置，在主帷幕的基础上，上游增设一 排副帷幕;对于砂岩大坝基础，因帷幕灌浆吸浆量有限，在 尽量做好帷幕灌浆施工的前提下，应更加注重排水帷幕的 设计，比如增加护壁保护管防止砂岩层间泥化夹 层颗粒被渗水带出。
参考文献：
[1]范德教，敖圣锋，张正良.朝阳寺大坝坝基扬压力监测资料分析 [J].水电与新能源，2018(07).
[2]肖小玲，万磊，施玉群.范厝水电站厂房坝段异常扬压力分析[J]. 水电与新能源，2016(09).
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