官地大壩滲流滲壓監(jiān)測分析及評價

阮彥晟

（中國電建集團 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 引言

大壩建成蓄水后，在水壓力作用下，壩基、壩體、壩肩往往出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，對大壩安全運行極其不利。過大的滲流可能引起大壩的損壞甚至失事，根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計，因滲流問題造成的大壩失事占工程總數(shù)的40%[1]，因此，這是蓄水后設(shè)計、施工和運行管理必須關(guān)注的重點之一。壩基揚壓力和滲流量的觀測是最直接的也是最有意義的安全措施，尤其是對于重力壩，這些觀測是頭等重要的[2]。通過壩基滲流滲壓監(jiān)測成果的分析，可以了解帷幕及排水設(shè)施的工作性狀，評判大壩的工作狀態(tài)是否正常。

1 工程概況

官地水電站位于四川省涼山彝族自治州西昌市和鹽源縣交界的打羅村境內(nèi)，系雅礱江卡拉至江河口河段水電規(guī)劃五級開發(fā)方式的第三個梯級電站。壩址距西昌市的直線距離約30km，公路里程約80km，電站主要任務(wù)是發(fā)電，水庫正常蓄水位1330.00m，總庫容7.6億m3，水庫回水長58km，裝機容量2400MW。

工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引（尾）水發(fā)電系統(tǒng)等組成。其中攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，泄洪建筑物位于河床中部，為5孔溢流壩段和左、右中孔壩段，泄洪建筑物兩側(cè)為左、右岸擋水壩段，大壩壩頂高程1334.00m，最低建基面1166.00m，最大壩高168m，壩頂長度529.32m，最大底寬153.2m。4臺（4x600MW）水輪發(fā)電機采用單機單管供水，設(shè)計水頭115m，單機引用流量586.25m3/s；采用“兩機一室一洞”的尾水布置格局。電站廠房為首部式地下廠房，地下廠房安裝4臺600MW的機組，機組安裝高程1197.80m。

壩址位于高山峽谷區(qū)，谷坡陡峻，地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜，兩岸地形總體坡面較為整齊，山體渾厚，河谷呈不對稱的“V”字型。樞紐區(qū)位于雅礱江虎山灘至打羅向西凸出的河彎段，出露地層主要為二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2β），與水工建筑物有關(guān)的主要是下段P2β1及中段P2β2的下部，其中分布最廣的地層為P2β15。P2β15層巖石堅硬、裂隙不太發(fā)育、巖體完整性相對較好；P2β2層巖石堅硬但均一性稍差。壩址區(qū)基本地震烈度為VII度。

電站于2007年9月正式開工建設(shè)，2011年11月下閘蓄水，2013年3月4臺機組全部建成發(fā)電，主體工程完工。

2 大壩滲流滲壓監(jiān)測布置

2.1 壩基

根據(jù)樞紐各建筑物的布置型式、基礎(chǔ)的地質(zhì)條件和滲流控制的工程措施，在基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道沿壩軸線設(shè)一個監(jiān)測縱斷面，在9#、13#、17#壩段中部各設(shè)一個監(jiān)測橫斷面:縱斷面每個壩段埋設(shè)一根測壓管，另在大壩基礎(chǔ)第一排輔助縱向排水廊道埋設(shè)5根測壓管，第二排輔助縱向排水廊道埋設(shè)3根測壓管；三個橫斷面建基面高程從上游至下游布置滲壓計；左岸1260m灌漿平硐防滲帷幕后設(shè)3個測壓管；右岸1254m灌漿平硐防滲帷幕后設(shè)4個測壓管；用于監(jiān)測大壩基礎(chǔ)的揚壓力。

2.2 壩體

在17#-19#壩段高程1264.00m層面銅片止水后布置了3支滲壓計，監(jiān)測壩體層面滲壓。

3 壩基揚壓力設(shè)計控制指標

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》[3]，壩基滲透壓力采用揚壓力折減系數(shù)作為設(shè)計控制指標。河床壩段壩基面揚壓力和岸坡壩段壩基面揚壓力控制圖形見圖1，揚壓力折減系數(shù)設(shè)計控制值見表1。

圖1 揚壓力控制標準圖形

表1 揚壓力折減系數(shù)控制指標表

4 滲流滲壓監(jiān)測成果分析

4.1 基礎(chǔ)帷幕防滲分析

4.1.1 時間過程分析

壩基各滲壓測點隨上游水位變化過程線見圖2-圖7。從圖2-圖3中可以看出:

（1）兩岸擋水壩段大部分測點滲壓值與壩前水位有較好)的相關(guān)關(guān)系，且基本與水位變化同步，滯后性不明顯。

圖2 左岸擋水壩段主排水孔水位變化過程線

圖3 右岸擋水壩段主排水孔水位變化過程線

圖4 河床壩段主排水孔水位變化過程線

圖5 河床壩段排水廊道水位變化過程線

圖6 左岸1260灌漿平洞水位變化過程線

圖7 右岸1254灌漿平洞水位變化過程線

（2）大壩蓄水之后，各測壓管水頭上升較小，壩前水位明顯高于各測點滲壓水位。

（3）測壓管水頭由河床向兩岸逐漸升高，符合大壩滲流場一般規(guī)律。

（4）UP20和UP21號測壓管在短時間內(nèi)發(fā)生水位陡降情況，且該情況與庫水位相關(guān)性差，較為異常，推測應(yīng)與壩內(nèi)施工滯水影響有關(guān)。

從圖4、圖5中可以看出:

（1）河床壩段各測點測壓管水位在水庫蓄水后上升不明顯，且遠遠低于壩前水位，表明壩基帷幕防滲效果良好。

（2）兩排輔助縱向排水廊道測點水位與上游水位相關(guān)變化不明顯，且遠小于上下游水位，與主排水孔處測壓管水位相比有一定折減，表明壩基排水效果良好。

（3）UP13、UP15和UP28號測壓管在短時間內(nèi)發(fā)生水位陡升陡降情況，且該情況與庫水位相關(guān)性差，較為異常，分析應(yīng)與壩內(nèi)施工滯水影響有關(guān)。

從圖6-圖7中可以看出:左右岸灌漿平洞各測點測壓管水位基本上在1260m上下波動，且遠遠低于壩前水位，表明壩基帷幕防滲效果良好。

4.1.2 空間分布分析

為評價大壩壩基防滲排水效果，需要分析壩基揚壓力折減系數(shù)是否滿足設(shè)計值。

圖8為壩基測壓管監(jiān)測水位上游立視圖，從圖中可以分析出:各測點水位基本在廊道底板高程附近，或略高于廊道底板高程，表明壩基防滲排水效果良好，監(jiān)測成果與設(shè)計值較一致，滿足設(shè)計要求；隨庫水位向上抬升各測點水位基本呈上升趨勢，左右岸擋水壩段上升幅度較溢流壩段要大，符合大壩滲流場一般規(guī)律。

圖8 壩基測壓管監(jiān)測水位

圖9為典型壩段揚壓力折減分布圖，從圖中可以看出，揚壓力折減系數(shù)小于設(shè)計值，且沿下游方向逐步遞減，符合大壩滲流場一般規(guī)律，說明大壩壩基滲控效果較好；在庫水位蓄至接近1330.00m高程情況下，典型壩段壩基根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示帷幕后主排水孔位置揚壓力折減系數(shù)均小于設(shè)計值，表明大壩的壩基防滲排水效果良好，滿足設(shè)計要求。

圖9 典型壩段揚壓力折減分布

根據(jù)各測壓管測點監(jiān)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)上下游水位，可以求得目前各壩段壩基關(guān)鍵點的揚壓力折減系數(shù)與設(shè)計值進行比較，評價壩基防滲排水效果，具體見表2。從中可以看出，各測點揚壓力折減系數(shù)均小于設(shè)計值，表明大壩的壩基防滲排水效果良好。

4.2 壩體滲流滲壓分析

壩體層面滲壓成果過程線見圖10。從圖中可以看出:壩體層面各滲壓測點水位在水庫蓄水后上升不明顯，表明壩體層面防滲效果較好。

表2 壩基實測與設(shè)計揚壓力系數(shù)對比表

5 結(jié)論

通過對官地大壩滲流滲壓的分析，可得到幾點認識:

（1）當水庫蓄水位蓄至1330.00m高程時，所有壩段壩基實測揚壓力折減系數(shù)小于設(shè)計值,壩體層面各滲壓測點水位在水庫蓄水后上升不明顯，壩體層面防滲效果較好。（2）壩基防滲和排水設(shè)施總體工作狀態(tài)良好，大壩防滲排水設(shè)施對保證大壩穩(wěn)定起到良好作用。（3）大壩經(jīng)受了水庫正常蓄水的考驗，從大壩蓄水過程中壩基滲透壓力變化以及空間分布來看，壩基滲流場符合一般規(guī)律，大壩工作正常。

圖10 壩體層面滲壓水位過程線

[1]趙志仁.大壩安全監(jiān)測的原理與應(yīng)用[M].天津:天津科學技術(shù)出版社，1992.

[2]劉桂印.揚壓力觀測在大壩安全監(jiān)測中的作用[J].華東電力，1985（5）:38-40.

[3]SL319-2005混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，2005.