新豐江大壩7號支墩揚壓力偏高成因分析

劉光洪，張 瓊

（1.廣東粵電新豐江發(fā)電有限責任公司，廣東河源 517021；2.國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心，浙江 杭州 310014）

1 工程概況

花崗巖為主。工程于1958年7月動工興建，1960年10月第一臺機組并網發(fā)電，1969年10月竣工驗收。

新豐江水電站位于廣東省河源市境內東江支流新豐江的亞婆山峽谷出口處，是一座綜合利用的水利樞紐工程。水庫控制流域面積5 734 km2，總庫容為138.96億m3，屬完全多年調節(jié)水庫。電站樞紐由大壩、廠房及放水洞等水工建筑物組成。大壩為單支墩大頭壩，屬1級建筑物。大壩最大壩高105 m，由19個寬18 m的單支墩大頭壩及兩岸重力壩段組成，6～9號壩段為引水發(fā)電壩段，10～13號壩段為溢流壩段，其余均為擋水壩段。溢洪道共3孔，設有3扇10 m×15 m的弧形鋼閘門。壩基巖性以粗中粒

2 7號支墩壩基揚壓力分析

2.1 壩基揚壓力孔布置情況

建壩初期在1～19號壩段實際布置了57個壩基揚壓力測孔，具體為：1～3號墩各布置2個，4號墩布置3個，5～13號墩各布置4個，14～19號墩各布置2個，其中，1號孔均位于帷幕后的大頭頸部，4號孔位于壩軸線上，形成了一個縱向觀測斷面和與壩段對應的多個橫向觀測斷面。布置情況詳見圖1。

由于揚壓力孔靈敏度下降，首次定檢后真正能用于觀測的孔只有37個，其中揚壓水位長期基本無變化的有10個。為了提高揚壓力孔的靈敏度和滿足揚壓力觀測孔實施自動化監(jiān)測的要求，1995年4月～1997年1月對壩基揚壓力觀測孔進行改造，改造后能正常觀測的揚壓力孔達51個。1998年和2002年分兩期實現(xiàn)了壩基揚壓力測點自動化監(jiān)測。

2.2 7號支墩壩基揚壓力分析

揚壓力孔改造后的觀測資料表明，河床壩段中G7-01測孔水柱較高，且變幅相對較大，揚壓系數(shù)最高達到0.64，遠超出設計滲壓系數(shù)（0.2）。G7-01測孔及該壩段下游側的測孔揚壓力的過程線見圖2，從圖可見：

（1）壩基揚壓力表現(xiàn)出與上游水位有一定的相關性，隨著上游水位的漲落而升降，靠近上游側的第一排測孔尤其明顯，其后的第二、三、四排測孔水位則不明顯。

（2）從揚壓水位來看：7號支墩G7-1測孔的最高水位為83.6 m，最低水位為67.2 m，該壩段其后的第二、三、四排測孔的水位則低得多，最高水位為32.4 m；相鄰的6號壩段的G6-2和8號壩段的G8-1測孔的最高水位分別為59.1 m和52.1 m，相對較高。G7-1觀測孔水位最大變幅為12.5 m，其余揚壓力孔的變幅較小。

（3）從揚壓水柱來看：7號支墩G7-1測孔的最高水柱為59.6 m，最低水柱為43.2 m，其后第二、三、四排測孔的水柱則小得多，最高水柱為8.4 m；相鄰壩段的G6-2和G8-1測孔的最高水柱分別為27.1 m和32.1 m，也相對較高。

（4）從揚壓系數(shù)來看，G7-1測孔揚壓系數(shù)最高為0.64，G6-2和G8-1測孔的最高揚壓系數(shù)分別為0.32和0.26，同樣相對較高。

圖2 7號支墩揚壓力測值過程線圖Fig.2 Graph of the monitored uplift pressure of the buttress No.7

2.3 7號支墩揚壓力偏高的成因分析

7號支墩G7-1測孔的揚壓系數(shù)最高達到0.64，其后第二、三、四排測孔的揚壓系數(shù)則小得多。相鄰壩段的G6-2和G8-1測點的揚壓系數(shù)最高分別為0.32和0.26，相對較高。揚壓力偏大與局部存在滲流通道有關。從該滲流通道影響的區(qū)域來看，7號支墩只有第一排測孔的揚壓水柱較高，其后的三排測孔的揚壓水位均較低。8號支墩的第一排測孔的揚壓水柱也相對較高，其后三排的揚壓水位均較低。6號支墩第二排測孔的揚壓水柱相對第一、三、四排都要高，估計這些揚壓水柱較高的測孔也是受此滲流通道影響，附近其余孔的揚壓水柱均較低，可以說滲流通道的影響范圍是局部的（如圖3所示）。

從量值上看，比較2005年高、低水位時的測孔水位：2005年3月29日的上游水位為98.4 m，同年6月29日的上游水位為113.9 m，上游水位增幅達15.5 m，此時G6-02、G7-01、G8-01測孔水位分別增加6.2 m、9.1 m和3.9 m，說明局部雖然存在滲流通道，但因滲徑較長水頭損失明顯，滲流通道并非直接與上游連通。而且回歸計算表明，G7-01、G8-01測點統(tǒng)計模型中入選的水位因子均為前5天的平均水位，說明測孔水位的變化相對庫水位變化有一定時間的滯后性，從時間上證明了“滲徑較長，并非與上游水位直徑連通”的觀點。

一方面，比較實測揚壓力圖與設計揚壓力圖（見圖4），7號支墩在高水位時第一排測孔水位超過設計值，但是揚壓力整體面積未超過設計值，只是支墩頭部的揚壓力較大，并非整體性的。另一方面，設計計算的7號支墩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)較規(guī)范有一定的富裕。從這兩方面來說，7號支墩揚壓力偏大不致影響7號支墩的抗滑穩(wěn)定。

圖3 滲流通道影響區(qū)域示意圖Fig.3 Influence area of the seepage passage

圖4 設計和實測揚壓力圖形Fig.4 Designed and monitored uplift pressure

3 驗證分析

因G7-1揚壓力孔卸壓后，壓力回升非常緩慢，達到正常壓力約需15 d左右，說明G7-1揚壓力孔的靈敏度較低。為了進一步驗證引起7號支墩揚壓力偏高的滲流通道是局部的，在G7-1揚壓力孔附近重新鉆孔埋管觀測。具體孔位距原孔下游側約1.2 m，孔口高程為34.31 m，方位角和原孔一致。改造施工于2008年10月15日開工，2008年11月10日完工。至2010年底已正常運行了兩年多時間，現(xiàn)對改造后7號支墩的壩基揚壓力觀測資料進行統(tǒng)計分析，繪制新、老孔測值過程線，見圖5。從圖可見：

（1）改造后，新G7-1孔的揚壓水位最高為34.98 m，最低為33.60 m，原G7-1孔揚壓水位最高為78.89 m，最低為55.19 m，新孔水位明顯低于原孔。

（2）新孔揚壓水柱最高為10.98 m，最低為9.60 m，原孔揚壓水柱最高為54.89 m，最低為31.19 m，新孔孔內水柱明顯低于原孔。

（3）新孔揚壓系數(shù)最高值為0.018，原孔揚壓系數(shù)最高值為0.64。

從上述統(tǒng)計分析可見，新孔揚壓力測值很小，明顯低于原孔，說明7號支墩總體防滲效果良好，引起原孔揚壓力偏高的滲流通道是局部的，7號支墩揚壓力偏大不致影響支墩的抗滑穩(wěn)定。

圖5 G7-1揚壓力測值過程線圖Fig.5 Graph of the monitored uplift pressure by G7-1

4 結 語

新豐江大壩7號支墩壩基揚壓力偏高，揚壓系數(shù)最高達0.64。通過對該測孔及相鄰測孔監(jiān)測資料的分析，表明引起揚壓力偏高的滲漏通道范圍很小，新鉆孔也驗證了該支墩揚壓力偏高是局部的，而支墩自身的抗滑穩(wěn)定安全裕度較足，可見，局部揚壓力偏高不致影響其穩(wěn)定安全。