值得思考的坝工问题-坝工纵谈

（1）重力坝横缝对降低扬压力的影响

将重力坝的横缝（窄缝）扩宽以降低扬压力的设想，最先是由美国著名坝工专家诺兹利（Noetzli，F.A.）于1930年提出的。此后，于1935年在法国便诞生了世界第一座宽缝重力坝萨兰斯（Sarrans）坝，其“宽缝”的宽度为8cm。说明该坝设计者认为8cm宽的缝就有足够的排水能力了。现代宽缝重力坝的宽缝宽度达到4～8m，这么大的宽度，显然不是为降低扬压力考虑的，而是由其他因素决定的（如减少坝体方量、改善坝体内部应力状况、加强坝体散热等）。但4～8m这一宽缝宽度值在客观上可能误导了人们，似乎横缝要扩宽到如此宽度才能起到排水作用。那么，另一方面，萨兰斯坝的8cm是否还可减小？有没有一个最小的起始值？现代重力坝的横缝（窄缝）的宽度一般为1～2cm，这一宽度能起到排水作用吗？这些都是值得思考的问题。

我国资深坝工专家王宏硕教授曾提出一个具有开创性的论点：重力坝的横缝（窄缝）对降低重力坝扬压力有着显著的作用。他与另两位作者在《湖北水力发电》杂志1999年第1期上发表了题为《碾压混凝土坝防渗排水措施的综合评价》的论文。该文着重论述了横缝排水对降低扬压力的作用，指出：“过去人们很少考虑横缝的排水作用，很可能是一个常识性的疏忽。事实上，不加灌浆填塞的模板缝，实质上是一条‘缝’，与混凝土坝体相比较，具有显著的通水功能。”

（2）扬压力观测值滞后于库水位的问题

作者承蒙曹学德教授的启发，深感这是一个耐人寻味的问题。在重力坝扬压力观测中，我们会发现一种现象：相应于某一库水位时的扬压力值，其出现的时刻往往滞后于该库水位刚达到的时刻。这一现象对重力坝设计有重要意义。由于存在滞后现象，那么，当上游水位刚达到设计洪水位或校核洪水位时，在坝踵和排水孔线上就不会及时（同步）分别出现扬压力作用水头H1和H2＋α（H1－H2）（H1和H2分别为上游水头和下游水头，从坝底算起）。由于设计洪水位和校核洪水位持续时间相对较短，因此，用相应洪水位的库水压力与不考虑滞后现象的扬压力作用水头进行荷载组合，就偏于安全。但对水位持续时间相对较长的正常高水位来说，采用相应的扬压力作用水头还是合理的。

（3）一个降低设计扬压力值的建议

从我国近十多年来若干重力坝扬压力原型观测实例中，我们会发现一个重要事实：在正常情况下，扬压力的实测值比设计值小得多，一般只有设计扬压力的60%～70%，因而使坝体设计存在着较大的安全裕度。比如：

河北省潘家口大坝河床坝段实测值就只为设计值的50%。

广西壮族自治区岩滩大坝16号坝段为50%左右，如图6所示。

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图6　岩滩大坝16号坝段扬压力实测值与设计值（高程单位：m）

（引自《红水河》1999年第2期）

云南省漫湾大坝12号坝段为64.2%。

湖北省丹江口大坝也是如此，坝基所有测压管测值均比设计值低，实测扬压力值平均为设计值的67%。

这一事实启发我们：我国现行重力坝设计规范中的扬压力分布图形可以适当减小，或者说渗压系数的值可以适当减小。我国1978年的规范规定在地基排水孔线上的渗压系数为0.20～0.40，到1984年的“补充规定”就曾减少为0.2～0.3（见前述）。现在看来还有再一次减小的可能与必要。1996年，高树涛在对潘家口大坝坝基扬压力原型观测成果进行分析之后也曾提出：将渗压系数取0.2～0.3，会使坝体设计偏于安全，并建议减少为0.15～0.3。

从重力坝设计的历史看，类似的情况也不乏其例，比如重力坝坝体的容许应力值也是在长期的实践检验中才逐渐提高的^[2]；抗滑稳定计算公式中的摩擦系数也是在长期的探索（包括摩擦试验的改进）中逐渐提高的；抗滑稳定安全系数也是在长期的实践检验中逐渐减小的——这就是坝工科学既尊重理论又非常重视实践的一大特点。

【注释】

[1]过去在计算扬压力中的渗透压力时，所用“系数”的名称不一，有“扬压力系数”、“扬压力折减系数”、“渗透压力系数”、“渗压系数”和“渗透压力强度系数”等。本文为简明计，取用“渗压系数”。

[2]世界第一座用理论指导设计的重力坝——法国的富伦斯（Furens）坝，设计时其容许压应力仅取为0.65MPa。之后，经过无数重力坝的相继探索，容许压应力逐渐提高。当今世界上最高的重力坝——瑞士的大狄克逊（Grande Dixence）坝，库满时坝体的最大压应力竟达到7.5MPa。