張峰水庫(kù)初期蓄水大壩壩體滲流安全監(jiān)測(cè)分析

李凱凱

（山西張峰水庫(kù)建設(shè)管理局 山西沁水 048215）

1 工程概況

張峰水庫(kù)位于山西省沁水縣張峰村，是黃河流域沁河干流上第一座大型水利樞紐工程，庫(kù)容3.94億m3，建設(shè)任務(wù)以城市生活和工、農(nóng)業(yè)供水為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用。

大壩為黏土斜心墻堆石壩，壩頂高程763.8m，壩頂長(zhǎng)627m，壩頂寬10.0 m，最大壩高72.2m，上游壩坡1∶1.75，下游壩坡1∶1.5；黏土防滲體頂部高程762.80 m，頂寬4.0 m，高程752.5m以上采用直心墻，以下為斜心墻，心墻上游邊坡1∶0.75,下游邊坡1∶0.25，上游堆石料與心墻之間設(shè)置一層反濾層和一層過(guò)渡層，心墻下游與堆石料之間設(shè)置兩層反濾層和一層過(guò)渡層。

2 監(jiān)測(cè)布置

大壩滲流觀測(cè)分為壩體滲流觀測(cè)、壩基滲流觀測(cè)、右岸繞壩滲流觀測(cè)和滲透流量觀測(cè)四個(gè)部分。壩體滲流觀測(cè)通過(guò)布設(shè)在0＋175、0＋350和0＋550三個(gè)斷面上的滲壓計(jì)反映，觀測(cè)數(shù)據(jù)反映出壩體各個(gè)階段的滲透特性，設(shè)備布置情況如下：

0＋175 觀測(cè)斷面，703.00 m高程上，埋設(shè)6支滲壓計(jì)；718.00 m高程上，埋設(shè)5支滲壓計(jì)；733.00 m高程上，埋設(shè)3支滲壓計(jì)；748.00 m高程上，埋設(shè)2支滲壓計(jì)。

0＋350 觀測(cè)斷面，在703.00 m高程上，埋設(shè)7支滲壓計(jì)；718.00 m高程上，埋設(shè)5支滲壓計(jì)；733.00 m高程上，埋設(shè)3支滲壓計(jì)；748.00 m高程上，埋設(shè)2支滲壓計(jì)。其中703.00 m高程埋設(shè)的滲壓計(jì)P-3-4-2、P-3-4-3、P-3-4-4的3支儀器損壞，其余儀器工作情況正常。

0＋550 觀測(cè)斷面，在748.00 m高程上，埋設(shè)2支滲壓計(jì)。

壩體孔隙水壓力計(jì)共計(jì)35支。

3 壩體滲流分析

3.1 滲透壓力觀測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)性分析

0＋175 剖面上，布設(shè)在心墻上游過(guò)渡層中的滲壓計(jì)有P-1-4-1（718m 高程）、P-1-6-1（703m高程），在 0＋350剖面上同樣布設(shè)在心墻上有過(guò)渡層中的滲壓計(jì)有P-3-3-1（718m高程）、P-3-4-1（702.4m高程）。由于上游過(guò)渡層滲透系數(shù)較大，這4支滲壓計(jì)觀測(cè)的滲透壓力值應(yīng)該與庫(kù)水位基本一致。通過(guò)分析這四支滲壓計(jì)的測(cè)值可以判斷滲壓計(jì)觀測(cè)的可靠性。

滲壓計(jì)觀測(cè)得到的是孔隙水壓力值，可以將滲壓計(jì)實(shí)測(cè)的孔隙水壓力按公式換算成水頭高程值，即：

式中：h -滲透水頭高程，m；

h0-儀器埋設(shè)高程，m；

△U-滲壓計(jì)實(shí)測(cè)的孔隙水壓力，kPa；

γwg-水的重度，kN/m3。

由此得出各個(gè)滲壓計(jì)觀測(cè)得到的滲透水頭高程值與庫(kù)水位的關(guān)系見(jiàn)圖1到圖4所示：

圖1 P-1-4-1（0＋175斷面，718m）滲透水頭與庫(kù)水位關(guān)系曲線

圖2 P-3-3-1（0＋350斷面，718m）滲透水頭與庫(kù)水位關(guān)系曲線

圖3 P-1-6-1（0＋175斷面，703m）滲透水頭與庫(kù)水位關(guān)系曲線

圖4 P-3-4-1（0＋350斷面，703m）滲透水頭與庫(kù)水位關(guān)系曲線

從圖1、圖2可以看出，兩個(gè)斷面718m高程上的滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)得到的滲透水頭高程與庫(kù)水位基本一致，水頭隨庫(kù)水位的變化而相應(yīng)變化，兩者值相差不大，說(shuō)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠，能夠反映壩體滲透情況。

P-1-6-1滲壓計(jì)的觀測(cè)滲透水頭高程值與庫(kù)水位相差較大，最大達(dá)到40 m左右。說(shuō)明該儀器在埋設(shè)過(guò)程中沒(méi)有埋設(shè)到過(guò)渡層中而設(shè)在心墻之內(nèi)。P-3-4-1滲壓計(jì)觀測(cè)初期與庫(kù)水位基本一致，之后突然升高一段時(shí)間后恢復(fù)與庫(kù)水位一致，再后就測(cè)不出數(shù)據(jù)，說(shuō)明儀器損壞，不作為分析依據(jù)。

將0＋175斷面P-1-4-1測(cè)點(diǎn)和0＋350斷面上P-3-3-1測(cè)點(diǎn)水頭高程與庫(kù)水位繪制成為相關(guān)曲線如圖5、圖6所示。理論上由于這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在上游壩殼反濾層中，滲透水頭值與庫(kù)水位應(yīng)該是一條45o傾角的光滑曲線，如果與該線基本符合說(shuō)明測(cè)值正確可信，如偏離過(guò)大就說(shuō)明測(cè)值不可靠。

圖5 P-1-4-1測(cè)點(diǎn)滲透水頭高程與庫(kù)水位相關(guān)曲線

從圖中看出，兩者整體趨勢(shì)是在一條45o曲線上，整體數(shù)據(jù)是可信的。綜上分析表明，埋設(shè)在過(guò)渡層中的滲壓計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)與庫(kù)水位基本一致，測(cè)值可信。

3.2 心墻防滲效果分析

0＋175 斷面在718m高程上埋設(shè)的4支滲壓計(jì)測(cè)值水頭變化時(shí)程圖7可以看出，心墻上游過(guò)渡層中的滲透水頭基本與庫(kù)水位一致（P-1-4-1），由上游向下游（即P-1-4-2到P-1-4-3）滲透水頭依次減小，到心墻下游過(guò)渡層（P-1-4-5）后滲透水頭最小，說(shuō)明心墻防滲效果明顯。

0＋350 斷面在718m高程上埋設(shè)的5支滲壓計(jì)水頭變化程圖8也可以看出同樣的規(guī)律。從以上分析綜合得出：壩體心墻的防滲效果良好。

圖6 P-3-3-1測(cè)點(diǎn)滲透水頭高程與庫(kù)水位相關(guān)曲線

圖7 0＋175斷面（718m）心墻與過(guò)渡層滲透水頭變化時(shí)程圖

圖8 0＋350斷面（718m）心墻與過(guò)渡層滲透水頭變化時(shí)程圖

4 壩基滲流分析

0＋175 斷面下游基巖布設(shè)了5支滲壓計(jì)，用來(lái)反映下游岸坡的滲透壓力。滲壓計(jì)測(cè)值均為負(fù)值，從觀測(cè)結(jié)果看，該斷面下游岸坡上無(wú)滲流發(fā)生。另外在該段面壩基帷幕上下游各埋設(shè)有2支滲壓計(jì)，這兩個(gè)滲壓計(jì)的測(cè)值可以反映帷幕的防滲效果。圖9、10繪出了帷幕上下游同高程的兩支滲壓計(jì)測(cè)定的滲透壓力值隨時(shí)間變化的過(guò)程線，從圖中看出，在帷幕的上部（對(duì)應(yīng)于P-1-8-1,P-1-8-2測(cè)點(diǎn)）帷幕下游滲透壓力明顯小于上游，滲透壓力折減系數(shù)在0.1～0.4之間，說(shuō)明帷幕上部防滲效果良好。但是帷幕下部（對(duì)應(yīng)于P-1-9-1,P-1-9-2測(cè)點(diǎn)）剛好相反，可能是兩支滲壓計(jì)埋設(shè)位置不準(zhǔn)確，均埋入帷幕內(nèi)所致。

圖9 0＋175斷面壩基帷幕上下游滲透壓力值時(shí)程曲線

圖10 0＋175斷面壩基帷幕上下游滲透壓力值時(shí)程曲線

0＋350 斷面帷幕上部?jī)芍B壓計(jì)（上游P-3-6-1,下游P-3-6-2），以及下部?jī)芍B壓計(jì)（上游P-3-7-1,下游P-3-7-2）的滲透壓力測(cè)值時(shí)程曲線見(jiàn)圖11所示。圖中看出帷幕上部上游滲壓大于下部但幅值不大，帷幕下部上下游測(cè)值基本一致，也可能是滲壓計(jì)埋入帷幕內(nèi)所致。

圖11 0＋350斷面壩基帷幕上下游滲透壓力值時(shí)程曲線

綜合分析認(rèn)為：多支滲壓計(jì)埋入帷幕內(nèi)埋設(shè)位置不準(zhǔn)，特別是上游側(cè)滲壓計(jì)埋入帷幕內(nèi)，影響了對(duì)帷幕防滲效果的判讀。但是總體看幕后滲透壓力值較小，說(shuō)明帷幕防滲效果尚可。

5 總結(jié)

通過(guò)壩體安裝的滲壓計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)與庫(kù)水位相關(guān)性分析和黏土心墻防滲性分析，以及壩基滲流情況的分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）從壩體初蓄期滲壓計(jì)觀測(cè)資料可看出，絕大部分滲壓計(jì)測(cè)值正常，上游過(guò)渡層中埋設(shè)的滲壓計(jì)測(cè)值與庫(kù)水位密切相關(guān)，折算成滲透水頭高程與庫(kù)水位基本一致，表明滲流觀測(cè)資料可靠。

（2）心墻防滲效果良好，浸潤(rùn)線經(jīng)過(guò)心墻后水頭降幅較大，說(shuō)明大壩目前工作性態(tài)正常。

（3）壩基帷幕上下游滲透壓力測(cè)值表明：有些部位帷幕上游滲透壓力還大于下游值，但是幅度不大，說(shuō)明上游側(cè)滲壓計(jì)可能埋入到帷幕內(nèi)。但是從滲透壓力測(cè)值看，壩基滲透水頭較庫(kù)水位低很多，說(shuō)明基巖滲透性較小，壩基防滲可以保證。

（4）下一步應(yīng)注重壩體及壩基礎(chǔ)滲流量異常情況，確保大壩安全。