如本章概述一节中所述，导致坝址局部扬压力（包括渗压）异常的影响因素可能存在多个，如岩性、岩相及其组合因素、地质构造因素、地形地貌因素以及人类工程活动因素等。已有的研究表明，采用综合分析方法有助于揭示其形成机理，从而为必要时采取有效的渗控措施提供依据。此类综合分析方法通常包括基础地质及水文地质条件分析、现场试验、地下水动态监测资料分析以及物化探（如示踪探测）等方法。显然，上述多种方法的并行使用有助于避免或减小仅使用单一方法可能带来的不确定性。这里，也以工程实例来说明使用综合分析方法的有效性（宋汉周等，1996）。

湖南镇水电站位于浙江省境内，是一座综合利用的水利水电工程，自投入运行以来已有20多年。大坝为混凝土梯形支墩坝，最大坝高129m，控制流域面积2151km2。

坝址位于一峡谷区，两岸冲沟发育。右坝肩防渗帷幕体上游侧地形在平面上以近似圆弧形凸向水库，这是发生绕坝渗流的有利的地形条件。此外，大坝施工过程中于左、右坝肩分别开挖了缆机平台，形成了次生的人工新地形。如右坝肩高程266～267m 处平台，台面平整，局部积水，面积达近万平方米。这种人工新地形及其开挖过程中形成的次生裂隙（如爆破裂隙）均有利于大气降水的入渗。

坝址基岩为相对单一的流纹斑岩，具流纹构造、斑状结构。坝址区发育NE、NW向两组断裂构造，其中后一组相对发育，如F6～F10断层为张扭性，破碎带宽度在0.5～1.3m 之间。此外，流纹斑岩体中还发育垂向柱状裂隙、顺坡裂隙及构造裂隙等。因而，区内地下水的赋存具有裂隙型潜水的特点，浅层地下水总体上呈层状分布，局部呈带状或脉状分布，后者受控于断裂构造。

蓄水后，坝前水深增加了50m以上。由于坝肩帷幕体的防渗作用，上、下游岸坡区地下水流梯度（J）发生了明显的变化。同蓄水前相比较，上游岸坡J值变小了，如观21孔水位与库水位之间，蓄水之前，J＝0.28；蓄水之后，J＝0.01。而在下游岸坡J 值则增大了，如在观5 与观4 孔之间，蓄水之前，J＝0.17；蓄水之后，J＝0.40～0.45。此外，在缆机平台处，由于人工地形平坦，下伏地下水流的梯度明显减小，如在观9与观8孔之间，J 值仅为0.02左右。

观1～观9 及观21 孔构成了右坝肩绕渗观测网，见图4.6.16。其中，观3孔位于18 号坝段坝趾下游约10m处，孔口高程199.20m，孔深49.90m。当电站投入运行、水库开始蓄水达到218m（正常蓄水位230m）时，该孔位出现地下水溢流现象。之后，只要库水位超过210m，该孔地下水就会溢出孔口，即该孔地下水位高程大于199.20m。历年来，该孔最大渗压达214.79m（以水头表示），高出该孔地面高程达15.59m。历年观测资料还反映，每年中该孔渗透压力（实际上为混合渗透压力）达到最大值的时间是与该年中库水位出现最大值的时间基本相对应，且两者之间的差值总是在15m上下波动。由此表明，在观3 孔位的渗透压力（简称渗压）与上游库水位之间存在相关性。

图4.6.16　右坝肩渗流以及观测孔位置平面示意图

1—库正常水位（230m）周边线；2—绕渗观测孔；3—勘探孔；4—坝段；5—流向

为揭示上述观3 孔位渗压异常的形成机理以及影响因素，电站管理部门曾对位于观3 孔上游的18号坝段墩垛基础增设了2排排水孔，孔深8m，其中深入基岩7m，但成孔后未见地下水排出，表明与观3 孔渗压异常有关的较通畅渗流通道并不位于坝基浅层。之后，在该孔上游约30m 处增钻了观3-1 孔（图4.6.16），孔口高程203.23m，实际孔深52m。在成孔过程中，进行了10个段次的压水试验，查明孔深42～47m 孔段为相对透水带，ω＝0.168L/（min·m·m）。该孔段在上游库水位212m的相应水头作用下，具有超出孔口0.043MPa的渗压，其他试段除浅层亦为相对透水层（孔深1.30～6.24m，ω＝0.0119L/（min·m·m）），其余试段ω＜0.005L/（min·m·m）为相对隔水层。与此同时，对观3 孔的渗压变化作了同步观测；结果（表4.6.9）表明，这2个孔之间存在水力联系。为进一步判定这2个孔之间的水力联系程度及其主要部位，曾对观3 孔作了开孔条件下的涌水试验（或泄压试验）。该试验当日库水位228.42m，试验开始之前该孔较深部涌水压力P内＝0.137MPa；浅部涌水压力P外＝0.132MPa，可见P内＞P外。在该试验开始时刻，涌水量Q比较大；之后很快衰减，至30min以后，Q逐渐趋于稳定；40min以后，Q＝52mL/min并保持不变。该试验涌水量实测过程曲线见图4.6.17。

表4.6.9　不同孔压水试验成果　单位：MPa

图4.6.17　观3 孔涌水量过程线

在对观3 孔作涌水试验的同时，也对位于其上游侧的观3-1 孔内、外管（内管反映较深部，外管则反映较浅部）渗压的变化作了同步观测，其过程线见图4.6.18。该图反映，在对观3 孔进行涌水试验之前，观3-1 孔较深部渗压P深显著大于浅部P浅，即有P深＞P浅；而在观3 孔释水之后，该孔位P深值衰减的速率明显大于P浅值的变化而与观3 孔涌水量的变化过程相对应，由此表明在这2个孔之间较深部确实存在较通畅渗流通道。结合钻孔岩芯及成孔阶段的试验资料，可以判定该较通畅渗流通道的具体层位：在观3 孔位，孔深37.85～39.93m，即高程161.35～159.27m；在观3-1 孔位，孔深42.00～47.00m，即高程161.23～156.23m。若把之向上游延伸，则与坝轴线呈近直角相交。由此认为，导致观3 孔渗压异常的起因可归之为：①与一定库水头作用下右坝肩坝基较深部渗流有关；②与库水的侧向绕渗有关。

图4.6.18　观3-1 孔内、外管渗压变化曲线

在勘测阶段，曾在右坝肩一带布置了多个地质勘探孔，其中227 号、234号、211 号及242 号孔沿上、下游方向布置（见图4.6.16），此与观3～观3-1孔一线之间的夹角很小。钻探过程中的水文地质试验（表4.6.10）揭示，在这些地质孔位存在着高程于166～152m之间的相对透水层位，此与观3～观3-1 孔之间的较通畅渗流通道的高程位置基本一致，其剖面特征见图4.6.19。

表4.6.10　部分地质勘探孔试验资料统计(www.daowen.com)

图4.6.19　右坝肩相对透水带剖面特征

根据施工阶段的设计资料，不同坝段有着不同的形成防渗帷幕体的灌浆排数。其中，16～18号坝段有2 排，比河床坝段少一排；19 号坝段至右岸灌浆平洞仅为1 排。此外，在右坝肩部位帷幕体下限位置沿坝轴线建基面上升而变浅，如18号坝段灌9～14孔多数孔底高程大于160m（除灌10 孔）；而19 号坝段各灌浆孔底高程均大于170m。可见，施工阶段在右坝肩基础形成的帷幕体未将由表4.6.10揭示的位于18～19 号坝段之间的较深部相对透水层位完全“堵死”。

一般而言，蓄水条件下导致绕渗孔地下水位变化的影响因子有库水位因子、温度因子、降雨量因子及时效因子等（吴中如等，1990）。考虑了这些因子，经建模计算得出，库水位是右坝肩有关绕渗孔地下水位变化的主要影响因子，且是唯一显著的因子。在此基础上，建立了区内部分绕渗孔地下水位统计模型，见表4.6.11。在建模过程中，参照了已有的成果，主要考虑了库水位因子，同时考虑到绕渗孔水位对于库水位升降变化的滞后响应，选用当日库水位X1，以及前10d的库水位X2～X11作为自变量。由表4.6.11 知，各回归方程的F 值都远大于F0.01 （P，n－p－1）之检验值，复相关系数R≥0.92，且剩余标准差值Sy 均较小，可见具有显著的相关关系。因而，有关模型能够反映绕坝区地下水位动态的实际变化及其因果关系。另外，由该表知，唯观3 孔内管（反映较深部）渗压（以水头表示）与当日库水位相关，反映该孔位较深部确实存在与上游库水体之间的较通畅渗流通道，勘测阶段及施工阶段的有关资料（表4.6.9 及表4.6.10）为此提供了佐证。

表4.6.11　区内部分绕渗孔地下水位统计模型

注　表中（1）指混合水位；（2）指内管水头；H′指库水位。

逐步回归分析成果（表4.6.11）表明，观3 孔混合水位（由该孔孔深范围内不止一处的裂隙水系构成）仅相关于前2d的库水位，反映出该孔混合地下水中既有库水通过坝基的较通畅渗流分量，又有库水的绕渗分量。正是后者的存在及其所具有的滞后效应，使该孔混合水位的变化与当日库水位无关。

水电站投入运行10多年来的观测资料表明，右岸绕坝区地下水位总是低于库水位，这是库水发生绕坝渗流的必要的水力条件，而逐步回归分析成果（表4.6.11）反映，区内有关绕渗孔地下水位对于库水位的变化有着程度不同的相关性。可见，库水与绕坝区地下水之间的水力联系是存在的。

为进一步判定右岸绕坝渗流的存在与否，应用了地下水示踪仪进行了现场测试。实测资料反映，在位于上游的观21 孔位存在流向为NW12°的水流分量，其层位在高程208.0～206.5m之间。注水条件下该层位上、下界面处垂向流速值的变化（即由2.0→0.25m/h）亦反映出该相对透水层位的存在。该流向指向右岸灌浆平洞与22号坝段之相邻部位，表明该部位存在防渗薄弱之处，亦是库水发生绕渗的主要部位。不同库水位时期绕坝区地下水等水位线图（略）显示，库水绕渗至坝后主要是向观6 孔方向运移；而由连通试验（见表4.6.12）证实，在观6 孔位，存在着流向观3-1 孔的水流分量。此外，根据对观3-1 孔进行涌水试验时的同步观测，位于其下游的观3 孔渗压（混合渗压）虽有明显的减小，但孔口仍保持了一定的值，从而证实在观3 孔孔深范围内除了存在与观3-1 孔之间的较畅通渗流，还存在其他的源于库水绕渗补给的水流分量。

表4.6.12　右坝肩下游侧部分绕渗孔之间的联通试验成果

注　本表根据《湖南镇大坝右岸绕坝渗流示踪测试分析报告》（江苏省农科院，1993 年）整理而成。

综上所述表明，上游库水通过坝基较深部的较通畅渗流是导致坝后观3 孔渗压异常的主要因子，而库水的绕坝渗流则是次要因子。

为降低坝后观3 孔位渗压，以排除影响大坝长期安全运行的不利因素，可考虑采取渗控措施。关于渗控位置，归纳起来有如下两处：一是位于18 号坝段灌1-11 孔至19 号坝段灌1-3 孔之间；二是位于右岸灌浆平洞与22 号坝段之交界部位。有关依据前已论及。关于渗控方案，目前对于诸如幕后或坝后局部渗压异常一类基础问题的工程措施，一般仍然是“堵”或“排”或两者兼而施之的方案（李茂芳等，1987）。总之，选择何种方案，务必要考虑研究区具体的地质及水文地质条件，此外也应考虑水工建筑物的具体结构等。鉴于上述实例中，通过坝基较深部的库水渗流是导致坝后观3 孔渗压异常的主因，应首先对18号坝段与19 号坝段之相邻部位采取渗控措施。帷幕补强似乎是首选的方案，但存在如下不利因素：一是拟灌浆补强的孔口高程均在200m以上，而目标层埋深则在40m以下，经验表明对较深部岩体实施灌浆的效果一般不很理想；二是由于拟补强孔位于坝肩斜坡区，故将除了受到来自上游库水头的作用，还将受到来自岸坡地下水的动水压力的作用。显然，上述来自2个方面的作用不利于拟防渗区形成以灌浆孔为中心的浆液的“有效半径”。此外，防渗帷幕灌浆补强时产生的附加压力也将对坝基应力的分布产生不利的影响。因而建议，宜采用排水方案，即对18号坝段灌1-11 孔向右至19 号坝段间现有排水孔增大孔深，将孔底高程降至160m以下；也可在上述部位之间增设数个排水孔。通过其有效的工作，可望明显降低观3 孔的渗压，其经济意义和技术上的可行性是显而易见的。作为该排水降压方案的不利因素就是有关部位排水孔的长期排水，是否会引发坝基岩体的渗透稳定性问题。从已有的基础地质资料和水文地质资料来看，认为产生上述问题的可能性很小。

另外，考虑到库水的绕渗是导致观3 孔渗压异常的另一起因，因此必要时对论及的第二个部位（即位于右岸灌浆平洞与22 号坝段之交界部位）进行补强灌浆。

上述工程实例研究表明，采用多手段综合分析方法有助于确定区内局部渗压异常的形成机理。当渗压“居高不下”时，可考虑采取渗控措施。具体的渗控部位应根据勘测阶段的地质资料、施工阶段的水文地质试验资料、灌浆资料以及运行阶段的地下水动态监测资料来综合判定。拟订的渗控方案应除了其有效性还应考虑其经济上和技术上的可行性。具体的实施过程则宜分阶段进行。与此同时，还应加强区内地下水动态的监测，以反馈指导渗控实践。