【摘  要】　大黑汀水库拦河坝设计采用多种降低坝基扬压力的对策，提高了大坝安全度。运行多年后，发现坝基廊道排水孔排出异物， 沉积在排水沟
中。实测资料与设计比较，经反馈分析，大坝上游帷幕大部分失效，渗透途径畅通，渗透水流对坝基断裂冲蚀扩大，形成化学及机械管涌。坝基与混凝土
接触面未见破坏痕迹，沿坝轴线方向坝基扬压力基本合理。
【关键词】　岩基；矮宽缝；混凝土 重力坝；监测；分析；大黑汀水库
中图分类号：TV698.1(222)            文献标识码：B                  文章编号：1000-0860(2005)04-0102-03
                                 Analysis on monitoring data of concrete gravity dam                             
                                 on rock foundation for Daheiting Reservoir
                                                         GU Hui
        (Hebei Reseaech Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower, Tianjin  300250, China)  
Abstract:  In  the design  of the  dam for Daheiting Reservoir, many countermeasures are adopted to lower the uplift pressure in the
foundation for improvement of the dam safety.However, some sediments are discharged out from the drain holes arranged in the  drainage
gallery  and  settled  in  drain  ditch after the operation for many years. With the comparison on the observed data with  the design,
most part of the upstream anti-seepage curtain of the dam is out of the function and seepage path is open and the breaking  erosion in
the foundation is enlarged by the seepage flow  along with the formation of both the chemical and the mechanical pipings in accordance
with the result from the feedback analysis concerned. Nevertheless, there are no damages at contact surface between the dam foundation
and the  concrete  are found and the uplift pressure along dam axis is basically reasonable as well.
Key words:  rock foundation; short slot;  concrete gravity dam; monitoring; analysis; Daheiting Reservoir
1  工程概况
    大黑汀水库位于河北省滦河干流上，坝址以上流域面积35580km2，占滦河总流域面积的79%。 水库的作用是承接上游潘家口水库的调节水量、抬高水
位，跨流域向天津市、唐山市输水，并利用输水发电，兼顾防洪。
    水库主坝长1345.5m，坝型为混凝土重力坝，最大坝高52.0m，库容3.37亿m3。大坝为二级建筑物， 水电站为三级建筑物，地震设计烈度为8度。大坝
按100年一遇洪水设计，入库流量为26940m3/s；按1000年一遇洪水校核，入库流量为35630m3 /s。
    大坝右端为引滦渠首坝段，设４孔水闸。闸右侧为坝后式渠首电站，装机4台，单机容量为3.2MW，年发电量3240万kW?h。闸左侧为泄水底孔，向天津
市和滦河下游输水及放空水库。在泄水底孔与渠首闸坝段间为坝后式河床电站，装机一台，容量为8.8MW,年发电量为1440万kW?h。底孔左侧为28孔矮宽缝
重力式溢流坝，消能型式采用逆波消力塘，堰顶高程为121.50m，泄洪单宽流量140m3/s。其余坝段为非溢流矮宽缝混凝土重力坝。
2  地质条件
    坝基系震旦系地层，弱风化层厚5.9～10.0ｍ， 渗透系数Ｋ＝0.288～2.304m/d。一般岩层表层单位吸水量为6～7Lu，下部岩层均小于3Lu视为相对不
透水层。
    非溢流坝段地基，极限抗压强度为40MPa，允许抗压强度为4MPa。 坝体混凝土与微风化岩面的摩擦系数为0.65，与弱风化岩面的摩擦系数为0.55。
3  坝基排水型式
    按重力坝稳定计算坝体较肥胖，断面达1267m2。经对岩基的滑动机理分析， 除采用帷幕灌浆及基孔排水外， 还考虑了全封闭强迫排水降低坝基扬压
力。为此坝体结构采用了矮宽缝的断面型式，利用宽缝将坝基内积水经常排干或降低，节省了缝体部分的工程量，而且比高宽缝坝容易施工。
4  监测数据反馈分析
    水库工程于1973年动工兴建，大坝早期设有坝顶视准线、坝顶垂直位移2个变形观测项目， 1984年开始观测。1992年对坝顶视准线进行了改造，并增
加了垂线、引张线以及基础垂直位移等观测项目。
4.1  荷载条件对变形的影响
    水库正常蓄水位133.0m，除1992年、1999年两年的水位年变幅超过5m外，其余年变幅为2～3m。 经坝体内部温度实测，1990年以前，准稳定温度场已
形成，大致稳定在9.5～10℃左右，其他部位温度受边界影响表现为周期变化。
    在观测期间内最高日平均温度为31.5℃， 最低日平均温度为-13.5℃。历年平均温度为10～12℃。由于水位变化不大，年周期气温变化是大坝变形的
主要因素。坝体的变形表现为稳定的年周期变化性态，结构变形的年周期特性（变幅、相位）没有大的改变。
4.2 垂线观测
    大坝共布置10条正倒垂线。观测绘制出8年的位移测值过程线。
4.2.1  统计模型
    统计模型的作用是对变形测值序列进行回归分析，了解变形可恢复部分的主要影响因素， 认识坝体及基础在其影响下的变形性态； 确定有无时效变
化，对有时效变化的测点是否存在异常作出判断；对观测精度作出估计以确定数据的实际应用价值。
    任一变形监测量由水位、温度和时效3个分量组成，将3个分量17个因子组成回归方程，采用逐步回归方法求解得最终方程。
4.2.2  水平位移
    回归结果，复相关系数为0.64和0.74，剩余量标准差分别为1.85mm和1.26mm，坝顶水平位移主要受年周期温度变化影响，变幅分别为4.1mm和3.9mm。
水位分量变幅为1.35mm（水位变化为5.8m），时效分量微向下游方向变化，变幅为0.68mm。
4.2.3  观测廊道内水平位移
    观测廊道内的3个垂线测点，无时效分量变化，温度分量变幅在1.12mm左右，相位较坝顶有所迟后。坝基水平位移从时效分量的过程来看， 有一早期
向上游而后向下的变化过程，变幅值为0.85mm左右。
5  坝基防渗分析
    坝基帷幕防渗控制标准为ω≤0.21L/（min.m.m）。上游帷幕为单排孔,倾向上游，顶角10°。灌浆孔距为1.5～3.0m。多数孔深为6～8m，间隔20～40
m有一较深灌浆孔，孔深16～18m。
5.1  坝基渗漏
    坝基总渗漏量1991年为342.1L/min， 1991～1993年呈下降趋势。单孔渗漏量属于稳中有降或逐年下降的孔占71.4%，属于稳定或稳中有升的孔占28.6
%。
5.2  坝基扬压力
    扬压力观测值变化幅度与库水位基本一致，库水位对坝基扬压力的影响较明显。渗透系数均小于设计值，见图1。

                            
                                                    图1  横向扬压力系数分布

6  坝基析出物
6.1  性状及化学成分
    坝基析出物为多种矿物成分的混合物，矿物成分主要为方解石、白云石，其次为文石、海绿石、伊利石及软锰矿等。化学成分主要为ＣaO、Fe2O3、
MgO、MnO2及Al2O3等。
6.2  分  布
    除两坝肩各2K坝段无析出物外，其余73个坝段1238m长均有析出物分布。其分布趋势是两岸边坝段数量相对较少， 向河床部位逐渐增多，溢流坝段最
为严重。
6.3  数  量
    对坝基析出物进行了全面收集，1年内析出物总重量为608kg。其中溢流坝段302.08kg，约占总重量的50%。以溢流坝#10坝段为例,17d共排出白色析出
物（以碳酸钙为主）114.3kg，517d共排出粉土85.36kg。
6.4  基础混凝土及灌浆结石矿物估算
    对干燥析出物进行了化学成分分析发现，其方解石、白云石含量占78%；石膏占0.5%；化学成分中ＣaO占44%， 折算成Ca2+离子含量占31%；其他成分
如Al2O3、MgO、MnO2含量均小于5%。
6.5  损失量估算
    Ca2+、Ｋ+、Na+、Mg2+等阳离子和SiO2等稳定组分主要来源于灌浆水泥结石、基础混凝土及坝基岩石的损失，用库水、地下水水质分析结果估算其损
失量和损失速率。Ca2+离子的年损失量为1424kg，K+ +Ca2+离子年损失量为1012kg,SiO2为568.35kg,Ａl３+离子为5.8kg。
6.6  析出物形成机理分析
    坝基岩体发育顺河向高角度裂隙，完整性较差，坝下游水位较高，采用上下游设防渗帷幕，结合强迫抽水的渗流控制措施，构成了坝基水与帷幕、基
础混凝土和坝基岩石相互作用的特定水文地质环境。析出物的形成受多种因素影响，成因有所差别,CaCO3类主要源于灌浆水泥结石、基础混凝土中的水化
产物—Ca(OH)2。当Ca(OH)2与软水接触时即被溶出并被带走， 与水中的HCO3、CO２形成难溶的CaCO3而沉淀下来，构成了CaCO3类的主体。尚有部分CaCO3
类析出物是由于部分坝段坝基地下水具有溶出性侵蚀和软水侵蚀形成。
    Fe2O3类成因：主要是混凝土中的钢筋、 排水孔铁制孔口管、钻孔内残留的铁砂和坝基岩体中铁矿成份被氧化的产物，而微生物也起一定作用。
    MnO2、ＳiO2、Al2O3类成因是：由于灌浆水泥结石、基础混凝土中的Ca(OH)2大量溶于地下水中，以及还原菌脱硫酸的还原作用，造成地下水中pH值增
高，增加了MnO2、ＳiO2、Al2O3的溶解度。 而地下水的单向流动，使溶解又持续不断；富含上述成分的地下水出露地表后，pH值降低，SiO2等成分的溶解
度显著降低，重新以胶体等形态析出，并形成沉淀。
    有机类析出物成因是：由于库水交换缓慢，库底有机质富集并由渗漏的库水带至排水孔等处。由于氧化还原环境的改变，呈悬浮颗粒状，胶体形态和
溶解的有机质胶结沉淀在廊道排水沟中。施工时遗留的木质模板、草袋等进一步腐烂也有一部分有机质类析出，但不是主要原因。
7  结  语
    拦河坝采用矮宽缝、全封闭强迫排水、帷幕防渗、基孔排水、上游坝踵和坝址满槽浇筑形成防渗基础等综合措施，节省了工程量，经多年观测数据表
明，大坝安全可靠。
    扬压力系数设计值大部分低于实测值。部分测压管渗压系数有增大的现象，分析与坝基帷幕部分失效有关。为此，在封闭排水施工时，要确保帷幕的
质量。
    坝基析出物对工程的影响：（1）在渗水流的作用下，可溶性水化物不断被溶滤,使其结构发生变化，并促使混凝土中其他水化物分解，使基础混凝土
疏松，降低了基础混凝土的强度.（2）基础混凝土与基岩接触面相对较弱，当接触面附近混凝土组分不断被溶滤，接触相对变弱，从而接触胶结力下降，
抗剪强度降低。（3）帷幕灌浆结石中的Ca(OH)2等被大量溶滤，影响防渗效果，甚至使防渗失效。地下水对裂隙、断层中充填物产生溶蚀或淋溶作用，造
成岩体空隙变大，降低岩体强度；而析出物淤塞排水孔，会造成坝基排水不畅。