排水孔位置对坝基扬压力的影响及灌浆技术的应用

图4-16和图4-17是根据大长昭雄同一试验的结果，分别表示排水孔线设在（垂直于流线）坝基6等分线上时的渗流量和水力坡度的变化情况。

在图4-16上，纵坐标表示渗流量（无量纲），横坐标为排水孔线距上游水源的距离（以坝宽L的6分之几表示）。可以看出：当排水孔线位于坝的最后沿即L时（相当于无排水孔），由水源发生的渗流量和由排水孔排出的水量都为最小；随着排水孔的位置向坝的前沿靠近，上述两种流量逐步增加，接近前沿时达到极大。另一方面，排水孔位于坝的中央（即3/6L时），流到后沿去的水量为最小；随着排水孔向前后两端移动，到后沿去的渗流量都将按对称形式增加，极限时与没有排水孔的情形一样。

图4-17表示上述各情形的水力坡降。很陡的水力坡降只局限于排水孔的周围附近，其余大致呈直线分布。排水孔愈靠近上游水源，其附近的水力坡降就愈大。

排水孔位置对坝基扬压力的影响也是十分明显的。图4-18表示一道不完全的排水孔在不同位置时坝基扬压力的理论结果。图4-19表示一道完全排水孔在不同位置时坝基扬压力的理论结果。这里是假定岩体在范围上是半无限的，各方向的渗透性是相同的、达西定律是适用的。此图表明，排水孔愈靠近前沿，坝基下扬压力图形的面积愈小。

图4-16　渗流量随排水孔位置的变化

x—排水孔位置；y—Q/Q0，Q为有排水孔时的流量，Q0为无排水孔时的流量；
1—流到下游去的水量；2—由水源发生的水量；3—由排水孔排出的流量
注：两端极间距为200m，排水孔间距为10m，排水孔直径为56mm

图4-17　水力坡降随排水孔位置的变化(www.xing528.com)

——为沿两排水孔中点的水力坡降；----为通过排水孔的水力坡降
注：两端极间距为200m，排水孔间距为10m，排水孔直径为56mm

图4-18　坝下有一道不完全排水孔引起的扬压力减小（引至阿瑟·卡萨格兰德，1961年）

图4-19　坝下有一道完全排水孔引起的扬压力减小

由上述给我们的启示是：当坝基下游部分岩体的抗滑稳定极需要最大限度地降低孔隙水压力（扬压力）时，应该尽可能地将排水孔位置选定在靠近坝的前沿灌浆帷幕之后。然而，这时将增大渗流量和提高排水孔附近的水力坡降，从而有引起软弱物质遭受冲刷和管涌破坏的危险。不过，当前已有了防止发生此种问题的办法，就是在排水孔中加设粒料或透水薄膜（像在葛洲坝上做的那样），以使泥沙颗粒不得进入孔内。经验表明，只要这种保护措施做得妥当，就可以避免冲刷和管涌的发生。

从图4-18与图4-19的对比中，我们还可以看到：如果所设置的排水孔是一道完全排水孔，那它就能将所有从上游进入地基的渗流全部从排水孔中排出，在孔的下游，除在孔的附近有少许渗流外，大部地区没有渗流；测压管水面线将与下游水位齐平，亦即在排水孔下游不再有由上游水头引起的水压力。如果所设置的是一道不完全排水孔，那就在它的下游还必然存在着某种程度的渗流量和由此引起的水压力。因此可以得出结论：若有一道完全排水孔，就可以完成排水的全部任务，而无需设置多道排水孔。若做的是不完全排水孔，则在较宽的坝基下必须设置多道排水孔，即使这样，也只能减小（而不是清除）坝基底面上的（渗）水压力，在深层岩体内仍还会有部分水压力存在。