摘要：劳斯湾大坝位于加里福尼亚州，是首次采用了在水下铺设土工膜防渗系统作法的大坝，此加固工程于1997年实施，并取得了显著的效果。六年多过后，结果证明：工程依然满足运行要求，甚至超过了业主对其预期的估计。

　　劳斯湾大坝坝高37.18m，1997年在整个坝体的上游坝面安装了一个土工膜系统。这是此类土工膜铺设中首次不清空库容就完成施工的工程，其目的是通过减缓因坝体渗漏造成的冻融效应来延长大坝的寿命。水下土工膜总安装面积约2601m2，国际海洋工程协会（以下简称“海协”）安装了其中的25%。水下土工膜安装技术是基于美国CARPI、海协和美国陆军工程师团水道实验室（在维科思堡）的一项多年研究结果研发的。铺设六年后，劳斯湾大坝的土工膜防渗系统被证明能有效地预防冻融效应。在土工膜铺设前，大坝下游坝面常常很湿润，而现在经流量测量证实，下游面几近干燥。

　　1 方案优选

　　劳斯湾大坝位于加利福尼亚萨克拉门托北70英里外。大坝由其业主南羽水电（俄柔维利-严德特灌区）运营管理。大坝为混凝土拱坝，库区面积为22.6Km2。是一座发电、供水和灌溉等综合利用的水库。

　　大坝建于1924年，坝体下游的坝面自20世纪六十年代中期就开始出现破损。由于渗漏，坝体的多孔混凝土开始出现碎片和裂缝，这又使得大坝下游坝面陷于冻融作用的破坏。这是典型的多孔混凝土在严寒气候下破损的情况。一般而言，在浇筑完毕后，混凝土强度在50年内是逐渐增长的，之后就开始慢慢减弱。

　　1995年，坝体安全独立咨询人理查德.哈兰和南羽水电的代表们开始评估延长大坝寿命的各种方案。经仔细研究，他们推荐在大坝上游面安装美国CARPI土工膜系统。以此作为预防措施和加固方案。

　　其它经哈兰和南羽水电主管人评估的方案还包括：在大坝下游面设置排水层，其上进行喷锚支护，和在坝体下游设置碾压混凝土支墩。但评估者认为土工膜系统更为有效，成本更低，并且对环境的影响小于其他方案。与此同时，南羽水电计划修复62万Kw的木叶电厂的发电机组，而这些电机的用水就是来自劳斯湾库区。土工膜铺设的时间按计划与机组整修相配合，这样能使得库水位的降低与机组的外运同时进行，从而使发电损失降至最低。

　　为进一步降低安装成本，南羽水电把库水位降至原库容的5%，即下降15.2m到18.3m，低水位使得尽可能多的工作可以在水上作业。同样，较低的水位使得潜水员可以在水下停留更长的时间，这样就提高了工作效率并使得工程更经济。

　　海协和美国CARPI于1997年9月开始铺设土工膜系统，并于同年11月底完成，12月水库重新开始蓄水。

　　2 效果追踪：

　　为评判劳斯湾土工膜系统的成效，南羽水电定期对下列事项进行评估：

------土工膜后的水位；

------从土工膜排水系统排出的水量；

------大坝下游坝面混凝土状况；

------维持养护的成本。

　　2.1 土工膜后的水位：

　　在混凝土大坝表面与土工膜背面之间有一个排水层。排水层将通过土工膜外渗的所有水聚拢起来，在系统底部有一个排水累计器和一个排水管。确定地膜生效的方法之一就是监控排水层中水的体积。为使系统更加合理，南羽水电要求排水层中水位与排水管中水位的高差不能大于3m。

　　为测定水位，南羽水电使用了Roctest模型，这是一个有标度线的水位指示器。每年两次（通常在4月或5月和10月底）人为将指示器下放到土工膜排水层的一个水管内，直至其接触水体，并记录下读数。

　　1997年12月份，土工膜铺设完毕后的首次读数显示土工膜后水深还不足15cm，明显低于3m，满足技术指标要求。六年多后，土工膜后水位仍稳定保持在首次读数上。压力水体并未接触大坝上游面（这正是渗漏和其后冻融破坏的原因）。

　　2.2 从土工膜排水系统排出的水量：

　　排水管可使渗水在土工膜后排水层内流过大坝坝体，经下游面的一个排水阀排出。

　　土工膜系统铺设时，南羽水电确定了一个合理的排水量，即每分钟不超过25加仑。南羽水电利用一个桶来测量从下游排水阀排出的水量。同样也测量土工膜后的水位。对从系统排出的水每年进行两次测量。此类测量将一直贯穿于土工膜的整个使用过程中。

　　1997年，南羽水电的第一次排水量读数是1.35加仑/分钟，远远低于运行要求的25加仑/分钟。从此后，读数在每年不同季节都会有微小的波动，但通过图1我们可以看出所有随后的读数都低于1.35加仑/分钟。 由此可见，土工膜系统解决了坝体的渗漏问题。

　　2.3 大坝下游坝面混凝土状况：

　　随着土工膜系统的铺设，南羽水电希望解决因渗漏产生的劳斯湾大坝冻融破坏问题。1997年前，劳斯湾大坝下游坝面总是因为渗漏而显得潮湿，这种状况一直持续到土工膜系统开始发挥功效。而在2002年的12月，南羽水电以及加州大坝安全处发现劳斯湾大坝下游面出现了有记录以来的首次几近干燥的情况。南羽水电还通过对坝体混凝土状况及大坝下游坝面的混凝土剥落情况检测证实了这一点。南羽水电工作人员自2001年以来定期使用测径器测量混凝土表面与坝内钢筋的间距，测量结果显示：混凝土的剥落开始减缓，这证明土工膜防渗系统有效阻止了下游坝面混凝土因冻融循环造成的破坏，达到了他们的最终目的。

　　2.4 维持养护的成本：

　　南羽水电在劳斯湾安装土工膜系统的主要原因是其成本低廉，相对于其它备选方案，土工膜是花费最小的，还不足260万美元。而选择土工膜方案的关键原因是超过50年的预期工程寿命以及少量甚至无需养护的优势。这使得相对于其它修复方案来讲，土工膜方案的分期还款数额低了许多，如表1所示。

　　土工膜的工程寿命及预期的低养护成本是基于这套系统在同类工程中的运用年限而估计的。劳斯湾大坝系统安装之时，已有31个美国CARPI土工膜装置应用在其它大坝上。从1997年到2002年，无一装置需要任何修缮维护，使得它们的总使用年限达到484年，如果1997年之后大坝铺设的系统也算上，则系统无需修缮的使用年限就增至574年了。系统继续运作的唯一成本就是需要对土工膜后的水位和排水系统排出水量的测量所需要的人工费。

　　截至目前，这套土工膜系统还未经修缮维护，所以这个估计已被证实是正确的。

　　译自《Hydro Review》2004.2