Page 119 - 水利学报2021年第52卷第2期

管的拔出时间和拔管力对防渗墙接头的施工质量具有重要影响。工程实践和观测资料表明，初期墙
和二期墙接缝处通常存在一层无法避免的来自槽孔稳定膨润土的泥皮。可以通过控制初期墙的凝固
时间和槽孔稳定泥浆水泥含量等措施减小该泥皮厚度 ［14，28］ 。
2.2 实例数据库 为了从统计角度综述分析坝基防渗墙的力学性状，本文基于已发表的论文和相关

工程资料，收集了过去 50 年已建的 43 个土石坝坝基防渗墙工程实例的建设信息和监测资料，如表 1
所示。收集的实例来自 14 个国家，其中我国的实例数为 24 个，占比超过 50%。实例数据库主要收集
包括大坝和防渗墙建设信息、地基和防渗墙的工程特性、防渗墙力学性状等信息。工程实例涉及的
坝型包括面板堆石坝、斜墙坝、斜心墙坝、心墙坝和均质坝，其中面板堆石坝和心墙坝为主要坝
型，占比均为 37.2%。根据不同坝型坝基防渗墙的布置特点和实际位置，本文将坝基防渗墙的位置主
要划分为两类，即上游坝基防渗墙（包括面板堆石坝和斜墙坝坝基防渗墙）和中部坝基防渗墙（包括心
墙坝和均质坝坝基防渗墙）。对于斜心墙坝，虽然其防渗墙位于中部坝基偏上位置，但是其受力和工
作特点与心墙坝防渗墙较为相似，同时该类坝型实例数较少，因此本文将斜心墙坝防渗墙也归类为
中部坝基防渗墙。收集的工程实例大坝的高度范围为 35.4 ~ 186 m，大部分大坝高度在 50 ~ 125 m 之
间。根据不同实例河谷的实际形状，本文将河谷的形状分为两类，即 V 型和 U 型。大部分实例坝基
覆盖层的厚度为 30 ~ 80 m，砾石、砂砾石、细砂等是覆盖层的主要组成材料。覆盖层平均干密度
3
（ρ ）、平均地基承载力（f）、平均变形模量（E ）的范围分别为 2.0 ~ 2.2 g/cm 、0.40 ~ 0.60 MPa、40 ~
d
0
65 MPa。除了 10 个悬挂式防渗墙实例外，其余实例均贯入基岩或相对不透水层，防渗墙实例的深度
范围为 13.4 ~ 131 m。9 个防渗墙工程实例为塑性混凝土防渗墙，其余实例采用常规混凝土浇筑。
实例数据库分别收集了防渗墙竣工期和蓄水期的水平位移和蓄水期防渗墙顶部沉降，同时收集
了部分防渗墙下游面相邻土体表面的蓄水期沉降变形。防渗墙顶部沉降和相邻坝基表面沉降主要采
用水管式沉降仪测量。防渗墙水平位移主要通过安装在防渗墙上的固定式测斜仪测量。
防渗结构首要关注的是其渗漏控制特性。由于很难评价坝体以下深厚可透水地基的渗漏特性，
因此基于实例数据评价防渗墙防渗性能的研究较少 ［14］ 。为评价防渗墙渗流控制特性，表 1 收集了部分
工程的大坝长期渗漏量。由表 1 可知，除九甸峡大坝和 Arminous 大坝的渗漏量分别达到 136 和 130 L/s
外，大部分实例的长期渗漏量不大于 60 L/s。两者较大的渗漏量主要由九甸峡大坝较大的坝高和覆盖
层厚度及 Arminous 大坝防渗墙垂直缝开裂和侵蚀引起。Won 等 ［29］ 基于 27 个基岩上面板堆石坝长期渗
漏量观测结果，发现当大坝高度小于 125 m 时，渗漏量基本小于 50 L/s。从渗漏经济性的角度来说，
土石坝每秒几十升的渗漏量基本不会对水库的经济性造成影响 ［29］ 。从本文实例的渗漏量监测结果来
看，各渗漏量轻微大于基岩上面板堆石坝渗漏量的一般观测结果，但是总体在可接受范围之内，特
别是坝高小于 125 m 的大坝。上述结果表明覆盖层坝基防渗墙可以有效控制地基渗流。
2.3 防渗墙受力分析 防渗墙承受水平和垂直荷载的联合作用，进而呈现复杂的力学性状。大部分

影响防渗墙力学性状的荷载均很难观测和确定。上游坝基防渗墙和中部坝基防渗墙的受力特点存在
明显差异，图 2 为在边界约束作用下防渗墙蓄水期的受力示意图。
侧土压力和孔隙水压力是防渗墙的主要水平荷载。孔隙水压力直接取决于渗流自由面的高低，
主要发生在开始蓄水之后。侧土压力主要由覆盖层地基的水平位移引起，与坝体的摊铺碾压直接相
关。侧土压力沿着防渗墙高度方向呈现非线性分布。Li 等 ［20］ 建立了刚性墙上侧土压力合力的量化计
算方法，然而只能用于刚性墙和柔性堤基，无法适用于土石坝地基防渗墙。
垂直荷载主要包括墙体自重、墙顶垂直土压力、摩阻力和墙顶水压力。坝体填筑和自重作用在
防渗墙顶部促使防渗墙承受垂直土压力，该压力一般存在于中部坝基防渗墙中。而坝顶水压力是指
库水作用在防渗墙顶部的水压力，主要存在于上游坝基防渗墙。由于防渗墙混凝土材料的压缩性
明显小于相邻土体，在顶部压力作用下防渗墙和相邻土体之间存在沉降差异，进而在防渗墙上下
游面引起摩阻力。工程实例观测结果表明，心墙坝防渗墙的垂直应力通常大于其承受的上部垂直
土压力 ［14］ ，而与防渗墙相邻的土体中实测垂直应力通常小于上部覆盖层的土柱压力 ［20］ 。这些结果表
［15］
明，作用于防渗墙上的摩阻力是影响墙体力学性状的关键荷载。Dascal 分析 Manic 3 心墙坝防渗墙
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