大朝山水電站大壩滲流量分析

李黎

（國投云南大朝山水電有限公司，云南昆明，650213）

0 引言

根據《混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》[1]的規(guī)定，混凝土壩必須進行滲流監(jiān)測，監(jiān)測項目包括揚壓力、滲透壓力、滲流量及水質監(jiān)測。滲流量的監(jiān)測應結合樞紐布置，綜合考慮滲漏水的分區(qū)、流向、集流和排水設施等。

壩體、壩基的滲流量大小與其滲透系數、防滲結構和排水設計有關，在水庫建成后，這些因素基本不變，主要取決于上下游水位、外界氣溫、壩前淤積等影響因素的變化[2]。從眾多大壩失事案例的分析中可知，因基礎惡化而導致失事的幾率遠大于因壩體結構破壞而引起的潰壩事故?；炷链髩位A的變異會明顯反映在滲透壓力的升高和異常、滲流量加大，致使承受大壩荷載的巖體結構逐漸破壞，由此引起大壩變形的異?，F象。

結合大朝山水電站大壩滲流量監(jiān)測實例，對大壩投運以來的滲流量監(jiān)測成果進行整理分析，研判帷幕、排水和壩基的綜合工作性態(tài)。

1 壩基地質條件及防滲、排水設計

大朝山水電站壩址巖體結構主要為塊狀、次塊狀結構，局部為鑲嵌碎裂結構，壩基防滲線地區(qū)出露巖石主要為三疊系上統小定西組玄武巖，巖石堅硬，內夾多層凝灰?guī)r，凝灰?guī)r夾層多變。壩基斷層發(fā)育，其中F25、F29、F150斷層破碎帶貫穿整個壩基，巖體的透水性從表層向深部隨巖體風化程度的減弱而變小，透水率≤1 Lu的極弱透水層約占64%，透水率1～5 Lu的微弱透水層約占15%，少部分透水率大于10 Lu。

大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高111 m，上游最大水頭108.89 m。由于水頭高、防滲梯度大，壩基又存在斷層切割，所以必須建立良好的防滲帷幕和排水系統[3]，以改善和加固壩基條件，達到設計要求的力學參數指標，在設計荷載作用下，保證大壩抗滑穩(wěn)定。

1.1 壩體防滲

碾壓混凝土壩上游面的防滲，在初設階段采用“金包銀”的形式，用常態(tài)混凝土防滲。實際施工采用R90200號的二級配碾壓混凝土防滲，防滲層的厚度按0.07H水頭控制，最小為3 m，最大為7 m。通過對防滲層混凝土鉆孔取芯和壓水試驗的成果來看，透水率小于0.1 Lu的試段占86.1%，小于1 Lu的試段占93%，大于1 Lu的試段占7%（經過灌漿處理，完全達到設計要求），這說明R90200號二級配碾壓混凝土的整體防滲效果較好。

1.2 壩體止水

在上游壩面橫縫內設置三道止水片：距壩上游面1 m處設置第一道“U”型止水銅片，以下再設置一道“U”型止水銅片和一道橡膠止水，三道止水之間間距均為0.75 m，內填1 cm厚的瀝青木板，形成永久性的伸縮縫。

在壩頂和非溢流壩段下游沿壩面在橫縫內設置一道橡膠止水。在壩基接頭處，止水均埋入壩基止水坑內，形成封閉的止水系統。

1.3 防滲帷幕

大壩基礎防滲帷幕分為上游A、B線防滲帷幕和下游C線防滲帷幕，深入相對隔水層5 m，兩壩肩連接到校核洪水位與相對隔水層或枯水期地下水位相交處，形成封閉防滲系統。上游基礎防滲帷幕的深度是以透水率≤1 Lu的相對隔水層作為控制標準，防滲帷幕與相對隔水層銜接并深入其下5 m，壩基相對隔水層埋藏較淺的局部地方，防滲帷幕深度不得小于壩高的1/3。左岸防滲帷幕的端頭為原枯水期岸坡地下水位線與大壩校核洪水位的交點；右岸防滲帷幕的端頭為校核洪水位與相對隔水層相銜接。

下游設計洪水位為840.80 m，尾水最大設計水頭達43.8 m，在大壩設計中考慮了基礎抽排降壓的措施，設置下游C線帷幕孔，形成封閉式防滲系統。C線帷幕為單排孔，孔距2 m，幕深25 m，約是下游最大水頭的0.57倍。

帷幕灌漿前壓水透水率離散程度較大，表明原始地層透水性很不均勻。A線、B線防滲帷幕灌漿后，檢查孔壓水透水率小于1 Lu的占98.50%，有5段大于1 Lu，占壓水總段數的1.5%。經過補強灌漿處理后，經檢查已滿足設計防滲標準。C線防滲帷幕灌漿后，檢查孔壓水透水率小于3 Lu的占100%，所有孔段達到設計要求，最大值為2.58 Lu。這表明灌漿后地層透水性已被改變得異常均質，灌漿取得了顯著的防滲效果。

1.4 排水系統

在壩基帷幕后布置了深入基巖的壩基排水孔，壩體內各層廊道之間設置壩體排水孔?；A排水廊道在河床部位縱橫交錯布置，其中橫向4條，縱向3條，在壩基形成封閉的抽排水系統，從而起到有效降低壩基揚壓力的作用。所有滲水集中流向大壩滲漏集水井，集水井設在大壩10號壩段基礎最低位置，泵房設在817 m處，排水管引向壩體下游，出口高程為841.5 m。

2 滲流量監(jiān)測設計

大朝山大壩滲流量采用量水堰進行觀測，在基礎廊道排水溝不同分區(qū)位置設置了12臺量水堰（量水堰布置見圖1），在首次蓄水前開始觀測，觀測采用人工和自動化兩種方式。量水堰安裝位置盡量反映分區(qū)控制，為防止串流或跑流，對部分區(qū)域進行封堵和引流。堰槽為矩形，堰板為直角三角堰，堰口外側倒45°，距堰板前1.5 m處安裝水位測針進行人工觀測，相鄰位置安裝量水堰儀實現自動監(jiān)測。

滲流量監(jiān)測分區(qū)包括：總滲流量、832 m平硐滲流量、853 m平硐滲流量、進水口壩段滲流量、河床壩段滲流量等?？倽B漏量由設于集水井前的3臺量水堰（WE10、WE11、WE12）進行監(jiān)測。

圖1 大朝山水電站大壩量水堰布置圖Fig.1 Layout of dam measuring weir in Dachaoshan hydropower station

3 滲流量監(jiān)測成果分析

為保證滲流監(jiān)測數據連續(xù)可靠，驗證自動化監(jiān)測的監(jiān)測精度，在所有量水堰位置安裝了人工水位測針和自動量水堰儀進行滲水量的對比測量，比測結果見圖2，可以看出兩種不同的觀測方式測值過程線趨勢性、吻合性較好，測量可靠，成果真實可信，滿足滲流量監(jiān)測的要求。

分別對9～10號壩段橫縫漏水、河床壩段分區(qū)滲流量、進水口壩段分區(qū)滲流量、兩岸平硐分區(qū)滲流量以及總滲流量進行分析。

3.1 9～10號壩段橫縫漏水量

圖3為9～10號壩段橫縫滲漏量測值過程線。

大朝山大壩9號壩段為楔形體壩段，處于大壩軸線折線處，受力復雜，結構體型相對單薄，下游布置有大壩2號電梯，建基面高程為824.0 m；與之相鄰的10號壩段布置有沖沙孔和泄洪底孔，建基面高程為813.0 m。9～10號壩段橫縫自水庫蓄水以來一直存在滲漏現象，827 m廊道滲水量最大，2003年以前橫縫滲漏量變化平穩(wěn)，2003～2005年橫縫滲漏量逐年增大，年平均滲漏量由2003年的0.14 L/s增大至2005年的0.71 L/s，且還有逐漸增加的趨勢，2007年4月滲漏量最大達到1.72 L/s。由測值過程線可知：9～10號壩段橫縫漏水與庫水密切相關，庫水位升高，滲漏量增大，且同步性較好；此期間橫縫漏水量約占大壩總滲水量的24%。對橫縫處理前的9～10號壩段橫縫滲漏量和總滲漏量進行相關性分析，得到相關系數為0.69，認為9～10號壩段橫縫滲漏量和總滲漏量之間存在較密切的相關關系。

圖2 總滲流量人工和自動化測值過程線Fig.2 Total seepage measured by manual and automatic measurements

圖3 9～10號壩段橫縫滲漏量測值過程線Fig.3 Meaured seepage of transverse joint between section 9 and 10

橫縫處理后，9～10號壩段橫縫漏水基本消失，大壩總滲流量明顯降低，橫縫漏水量由橫縫處理前0.35 L/s（2007年12月）變?yōu)樘幚砗蠼茻o水，處理效果顯著；之后滲流量與上游水位相關性明顯減弱，9～10號壩段橫縫滲漏量和總滲漏量之間基本無相關性（相關系數為0.29），說明橫縫處理效果達到預期[4]。

3.2 河床壩段滲流量

河床壩段滲流量測值過程線見圖4，可以看出自蓄水至2007年12月，河床壩段的滲流量變化與上游水位相關性較好，且變幅相對較大，年均滲流量為1.07～2.16 L/s，多年年均滲流量為1.61 L/s，占總滲流量的近74%（從縱向分布看，河床壩段滲流量最大）。

2008年1～4 月對9～10號壩段橫縫漏水進行處理后，河床壩段滲流量減少明顯，滲流量從處理前的1.03 L/s（2007年12月）降至0.50 L/s（2008年5月）。

2009～2016 年河床壩段滲流量變化相對平緩，年變幅為0.1～0.3 L/s，多年平均滲流量為0.49 L/s，占總滲流量的近64%。

3.3 進水口壩段滲流量

進水口壩段滲流量測值過程線見圖4，可以看出右岸進水口壩段滲流量變化幅度有限，尤其是2010～2016年期間，年均滲流量為0.08～0.15L/s，占總滲流量的近15%。

3.4 兩岸平硐滲流量

圖5為兩岸平硐滲流量測值過程線，可以看出兩岸平硐滲流量變化較為平緩，滲流量較小，多年平均滲流量均為0.10 L/s。

自2010年以來，右岸平硐的平均滲流量為0.10 L/s，左岸平硐的平均滲流量為0.05 L/s，兩岸平硐滲流量約占滲流總量的近22%，右岸滲流量略大于左岸。

3.5 總滲流量

圖6為大朝山大壩2001～2017年的總滲流量變化過程線，表1列出了其特征值?？梢钥闯龃蟪酱髩螡B流量從2002年～2007年12月（9～10號壩段橫縫漏水處理前）滲流量較大，呈逐年增加的趨勢，滲流量與上游水位呈年周期變化，水位上升則滲流量增大，反之則滲流量減小，存在較好的同步性。

圖4 進水口壩段及河床壩段滲流量測值過程線Fig.4 Measured seepage at intake section and riverbed dam section

圖5 兩岸平硐滲流量測值過程線Fig.5 Measured seepage at riverside adits

圖6 總滲流量測值過程線Fig.6 Measured total seepage

表1 大朝山大壩總滲流量特征值統計表（單位：L/s）Table 1 Characteristic values of total seepage of Dachaoshan dam(unit:L/s)

2008年4 月～2017年，滲漏水量逐年減少，2009～2016年年均滲流量0.73 L/s（63.07 m3/d），最大滲流量為1.29 L/s，最小滲流量為0.51 L/s，滲流量年變幅為0.71 L/s。2009～2016年期間，最大單寬流量為0.243 m3/（d?m），多年平均單寬流量為0.144 m3/（d?m），在同類同等規(guī)模的水電站中屬較小。根據經驗，單寬流量不大于0.5m3/（d?m）屬正常。壩基揚壓力監(jiān)測成果以及大壩兩次定檢結果也表明，大朝山大壩壩基滲流狀況穩(wěn)定，防滲帷幕和排水系統工作狀態(tài)正常。

4 結語

通過大朝山大壩滲流量監(jiān)測實例，可以得出以下結論：

（1）從各分區(qū)滲流的分析結果看，河床壩段滲流量占比最大（占總滲流量的近64%），是滲流的主要來源，兩岸平硐次之，右岸進水口壩段最小。

（2）9～10號壩段橫縫自水庫蓄水以后漏水明顯，漏水量較大，是河床壩段分區(qū)滲流量及總滲流量的主要來源。9～10號壩段橫縫漏水處理后，大朝山大壩年均滲流量小于100 m3/d，總單寬滲流量小而穩(wěn)定，且呈逐年減少的趨勢。橫縫漏水處理措施科學合理，施工質量良好，處理效果達到預期。

（3）目前大朝山大壩防滲、排水、止水等設施工作正常，沒有新的集中滲漏帶產生，滲流發(fā)展趨勢良好。在以后的運行管理過程中，除做好儀器監(jiān)測數據分析外，仍要重視現場巡檢，關注排水設施的運行情況，及時發(fā)現滲流問題，全面掌握大壩滲流狀態(tài)，做好滲控體系管理。