某水庫大壩滲流原型監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

唐波華，簡鴻福，楊 霞，呂 輝

(1.江西省鄱陽縣軍民水庫管理局，江西 鄱陽 333111；2.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；3.江西省洪圖水利水電設(shè)計有限公司，江西 南昌 330029)

0 引 言

大壩原型監(jiān)測是掌握壩的運(yùn)行狀態(tài)、保證大壩安全運(yùn)行的重要措施，也是檢驗設(shè)計成果、監(jiān)察施工質(zhì)量和認(rèn)識壩的各種物理量變化規(guī)律的有效手段[1]。目前我省的大多數(shù)水庫在運(yùn)行管理過程中，只是簡單地記錄了監(jiān)測數(shù)據(jù)，而沒有將監(jiān)測結(jié)果與現(xiàn)場巡視檢查的實際情況結(jié)合起來進(jìn)行分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。通過大壩原型監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，能夠了解壩體內(nèi)滲壓在時空上的變化趨勢，在一定程度反演出壩體、壩肩工程質(zhì)量、防滲和排水反濾效果等，盛金寶、江超[2，3]等學(xué)者在這方面做了大量的工作，取得了不少科研成果。

本文以某水庫為例，將大壩歷年的滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，通過繪制過程線圖、浸潤線圖、相關(guān)線圖等，探討了各測值的時空上分布規(guī)律，對照上一次除險加固工程的情況及日常巡視檢查狀況，結(jié)合大壩防滲墻質(zhì)量檢測結(jié)論，分析了水庫大壩防滲和排水反濾體系存在的問題，對某水庫大壩安全管理工作提出了可行的建議，也對其他水庫在分析類似問題時可提供參考。

1 工程概況

某水庫大壩原設(shè)計為粘土心墻壩，但多次現(xiàn)場取樣試驗表明心墻和壩殼填土的物理力學(xué)指標(biāo)無明顯差異，心墻下游未設(shè)反濾層，大壩實際上為均質(zhì)土壩[4]。壩頂高程89.80 m，長455.00 m、寬5.50 m，最大壩高39.20 m，壩腳設(shè)排水棱體(棱體堵塞，加固過程中對其局部抽槽處理)。2002～2010年水庫大壩進(jìn)行了除險加固，采用混凝土防滲墻對大壩壩體及壩基覆蓋層進(jìn)行防滲處理，采用帷幕灌漿對壩基和壩肩進(jìn)行防滲處理。混凝土防滲墻厚度為0.80 m，墻頂設(shè)計高程為87.00 m，底部深入基巖不小于1.50 m，成墻后墻體混凝土強(qiáng)度等級為C20，抗?jié)B標(biāo)號為S8。壩基壩肩透水巖層(q≥5 Lu)采用帷幕灌漿防滲，灌漿范圍為樁號0-025.5～0+526，全長551.50 m，壩基及兩壩肩帷幕底部深入相對不透水層3.00 m，兩端延至正常蓄水位與相對不透水層頂板線相交處止。

2 大壩滲流監(jiān)測布設(shè)

水庫大壩滲流監(jiān)測分壩體與繞壩滲流監(jiān)測，人工測量測壓管水位。如圖1～2所示，壩體滲流監(jiān)測在樁號0+135、0+250及0+330 三個橫斷面，上游壩坡高程88.40 m，下游壩坡高程88.20 m、80.60 m和71.10 m四個縱斷面分別布設(shè)了12根測壓管，繞壩滲流監(jiān)測在大壩左右壩肩(高程90.00 m、87.00 m、75.00 m和62.00 m)各自布設(shè)了4根測壓管。

圖1 大壩滲流監(jiān)測測壓管平面布置圖

圖2 壩體典型橫斷面滲流監(jiān)測測壓管布置圖

3 監(jiān)測設(shè)施有效性和觀測數(shù)據(jù)可靠性分析

3.1 測壓管有效性分析

對該水庫現(xiàn)有的20根測壓管進(jìn)行了靈敏度測試和管底淤積測量，并與安全監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)資料對照，結(jié)果顯示：測點(diǎn)RUP1、RUP5堵塞無法測出水位，其余測壓管在注水試驗后能夠迅速降至注水前水位，靈敏度較好；淤積深度測量結(jié)果反映管底淤積深度均不大于1.00 m，測壓管處于正常工作狀態(tài)。

3.2 觀測數(shù)據(jù)可靠性分析

水庫滲流觀測人員固定，測量方法正確，觀測數(shù)據(jù)記錄規(guī)范，水位測量儀處于正常狀態(tài)，測量頻次滿足規(guī)范要求，數(shù)據(jù)連續(xù)、有效。但滲流監(jiān)測系統(tǒng)未實現(xiàn)自動化，人工操作，精確度不高，出現(xiàn)誤差的可能性較大，其中一些明顯異常的測值為人為因素或降雨影響等引起，分析過程中予以剔除。

4 監(jiān)測資料分析

該水庫大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)于2010年9月至2017年12月共采集了7年4個月的觀測數(shù)據(jù)，本文以該時間段觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以壩身觀測數(shù)據(jù)異常的2個監(jiān)測橫斷面和左右岸各1個繞滲監(jiān)測斷面為單元，對原位監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.1 壩體滲流

(1)0+135斷面。DU1位于壩體混凝土防滲墻上游側(cè)，DU2、DU3、DU4依次自上而下位于混凝土防滲墻下游側(cè)。利用多年監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制水位過程線見圖3，利用運(yùn)行期上游出現(xiàn)最高水位時橫斷面浸潤線與多年平均上游水位對應(yīng)的多年平均管內(nèi)水位繪制的橫斷面浸潤線見圖4。

圖3 壩體0+135斷面測壓管管水位變化過程線

圖4 運(yùn)行期最高水位與多年平均水位時壩體監(jiān)測橫斷面滲流壓力分布圖

由圖3可見，通過4根測壓管水位和庫水位的相關(guān)性分析，管水位升降對庫水位變化而言有一定的滯后性，這符合土石壩測壓管水位變化的一般規(guī)律[5]；由圖4可見，在多年平均水位條件下，DU1、DU2間平均水頭差為2.43 m，消殺位勢僅為13%，實測浸潤線和均值土壩浸潤線規(guī)律較一致；參考防滲墻施工前資料，庫水位為74.22 m時，該斷面下游DU2、DU3測壓管水位均比加固前降低了0.42 m和2.56 m，降低了一定的水位，但總體來說混凝土防滲墻消減水頭的作用不明顯。觀測資料分析結(jié)果與納米瞬變電磁法檢測、現(xiàn)場鉆孔取芯的檢測結(jié)果一致，都說明墻體局部不均勻，存在質(zhì)量缺陷[6]。

(2)0+330斷面。DU9位于壩體混凝土防滲墻上游側(cè)，DU10、DU11、DU12依次自上而下位于壩體混凝土防滲墻下游側(cè)。利用多年監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制管水位過程線見圖5，利用運(yùn)行期上游最高水位時橫斷面浸潤線與多年平均上游水位對應(yīng)的多年平均管內(nèi)水位繪制的橫斷面浸潤線見圖6。

由圖5～6可見，DU9管水位與庫水位存在較好的相關(guān)性，壩內(nèi)水消散較快，排水效果較好；DU9與DU10管水位平均水頭差為8.21 m，消殺位勢42%，參考防滲墻施工前資料，庫水位為74.22 m時，該斷面下游DU10、DU11測壓管水位均比加固前降低了5.50 m和3.60 m，防滲墻防滲效果明顯好于上個斷面。但DU11、DU12之間位勢變化過小，排水棱體淤堵的可能性較大。

4.2 壩肩滲流

(1)左壩肩。在高程90.00 m、87.00 m、75.00 m和62.00 m布設(shè)了4個測壓管，利用多年監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制管水位過程線見圖7，運(yùn)行期各測壓管管水位與庫水位相關(guān)性見圖8。

由圖7～8可見，RUP1、RUP2和RUP3管水位與庫水位相關(guān)系數(shù)分別為0.71、0.62和0.56，相關(guān)性一般；RUP4管水位與庫水位相關(guān)系數(shù)為0.14，相關(guān)性較差，滲漏水至RUP4管位置時水流分散，RUP4管水位受左岸山體來水影響較大，說明左壩肩在進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理后，仍存在一定的滲漏通道，但通過多年數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，管水位并未隨著庫水位的升高呈現(xiàn)上升趨勢，管、庫水位差距越來越大，且根據(jù)現(xiàn)場多年巡查情況，壩肩未出現(xiàn)滲漏、散浸、逸水等現(xiàn)象，滲漏量主要以潛流的形式流向下游，不至于產(chǎn)生滲漏破壞，影響壩肩的邊坡穩(wěn)定性。

圖5 壩體0+330斷面測壓管管水位變化過程線

圖6 運(yùn)行期最高水位與多年平均水位時壩體監(jiān)測橫斷面滲流壓力分布圖

圖7 左壩肩斷面測壓管管水位變化過程線

(2)右壩肩。利用多年監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制管水位過程線見圖9，運(yùn)行期各測壓管管水位與庫水位相關(guān)性見圖10。

由圖9～10可見，RUP5、RUP6、RUP7和RUP8管水位與庫水位相關(guān)系數(shù)分別為0.68、0.79、0.63和0.54，相關(guān)性一般。多年原位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，管水位隨著庫水位的升高呈微弱上升趨勢，現(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)庫水位在75.00 m以上時，下游壩腳出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，右壩肩帷幕灌漿防滲效果不如左壩肩，存在較明顯的滲漏通道，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)觀測，尤其是在高水位運(yùn)行時應(yīng)加強(qiáng)滲漏量的監(jiān)測和巡視檢查，必要時采取工程措施對滲漏問題進(jìn)行處理。

圖8 左壩肩斷面各測壓管管水位與庫水位相關(guān)關(guān)系圖

圖9 右壩肩斷面測壓管管水位變化過程線

圖10 右壩肩斷面各測壓管管水位與庫水位相關(guān)關(guān)系圖

5 結(jié)論和建議

(1)0+135斷面壩體測壓管水位變化趨勢基本符合均質(zhì)土壩滲流特性，較混凝土防滲墻實施前，墻后測壓管水位僅降低了0.42 m，總體來說混凝土防滲墻消減水頭的作用仍不明顯，應(yīng)加強(qiáng)滲流觀測。

(2)0+330斷面防滲墻前后水位相差8.21 m，混凝土防滲墻防滲效果好于0+135斷面處，但靠近排水棱體測壓管水位下降不明顯，考慮到上一次除險加固未進(jìn)行整體翻修，排水棱體可能淤堵，應(yīng)盡快進(jìn)行翻修處理。

(3)左壩肩在進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理后，仍存在繞滲通道，滲漏主要以潛流的形式流向下游，現(xiàn)階段不至于產(chǎn)生滲漏破壞，影響壩肩的邊坡穩(wěn)定性。右壩肩防滲效果差于左壩肩，繞滲明顯，應(yīng)在今后運(yùn)行管理過程中加強(qiáng)觀測和巡查，在必要時應(yīng)采取工程措施進(jìn)行防滲和導(dǎo)滲處理。

(4)壩腳缺少滲流量觀測設(shè)施和下游水位觀測設(shè)施，壩肩靠上游側(cè)的兩根測壓管也已堵塞，宜增設(shè)相關(guān)設(shè)施完善監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)揮大壩安全監(jiān)測作用。