大壩滲流監(jiān)測變化規(guī)律及特征分布

謝文群

(大余縣水庫工程管理局，江西 贛州 341500)

1 問題的提出

土石壩滲流安全是大壩運行的重要影響因素，不管在建設(shè)還是管理時期，滲流分析評價都是大壩的重點管理工作。一般情況下，通過在特定部位埋設(shè)觀測設(shè)施，監(jiān)測大壩滲流運行性態(tài)，能及時發(fā)現(xiàn)存在的問題并消除隱患。如劉世煌等[1]通過滲流監(jiān)測分析得出壩體內(nèi)部的滲流運行不安全；段祥寶[2]等利用滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷大壩黏土鋪蓋可能存在滲透破壞，并基于數(shù)據(jù)提出解決方案。因此，大壩安全監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析為大壩安全評價分析提供了最有力的依據(jù)。

監(jiān)測工作是大壩建設(shè)及管理時期的最主要的工作之一。但受大壩管理人員的專業(yè)技術(shù)限制、觀測系統(tǒng)損壞、觀測設(shè)施失靈等原因，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，包括系統(tǒng)誤差和人工粗差等，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)不能真實反映大壩運行情況，甚至失效。因此，數(shù)據(jù)分析時，還需結(jié)合數(shù)據(jù)的可靠性檢驗，綜合判斷大壩運行情況。

本文選取某土石壩為例，主要分析滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化特征，結(jié)合現(xiàn)場注水試驗，判斷大壩的滲流運行性態(tài)。

2 工程概況

2.1 大壩概況

某均質(zhì)土石壩壩頂高程210.00 m，最大壩高44.95 m，壩頂長197 m。該樞紐工程建于上世紀(jì)60年代，2009年進行除險加固，加固時新增混凝土防滲心墻，混凝土心墻厚0.6 m。上游坡采用干砌石護坡，下游坡為草皮護坡，坡度為1∶2，壩腳設(shè)有干砌石排水棱體。

2.2 水文地質(zhì)條件

壩基范圍內(nèi)河床部位為第四系沖積層覆蓋，表部為沖積塊石堆積體、淤泥質(zhì)砂土和腐殖土，下部為砂卵礫石，厚度2～6 m。壩兩岸岸坡基本為厚1～3.5 m的殘坡積碎石土覆蓋，局部出露強～弱風(fēng)化基巖。壩區(qū)巖體表部及構(gòu)造發(fā)育部位巖體透水性多為強透水，其它地段巖體透水性多為弱～中等透水。巖體相對不透水層按q<5 Lu標(biāo)準(zhǔn)控制，大壩存在壩基滲漏與繞右壩肩滲漏問題。

2.3 大壩現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的問題

大壩上游護坡未發(fā)現(xiàn)明顯異?，F(xiàn)象，下游草皮護坡雜草能夠及時清除，樁號0+060左右位置，排水棱體以上，存在面積大小約為2 m2的散浸現(xiàn)象，滲流存在安全隱患。與水庫管理人員交流后，排水棱體上游面采用土工布鋪設(shè)。集水溝內(nèi)有流水，主要來自右壩段排水棱體及壩肩排水溝內(nèi)流入。

3 滲流觀測資料分析

3.1 測壓管埋設(shè)情況

為監(jiān)測大壩滲流情況，分別在壩體與壩基各布置測壓管：壩體共埋設(shè)有15根測壓管，其中主壩壩體埋設(shè)12支，編號為C1-C12；分別在上游壩面設(shè)置1排，下游設(shè)置3排，形成3條橫向和4條縱向的網(wǎng)格布置；壩基共埋設(shè)有4根測壓管，編號為J1-J4，其中壩軸線上游1根(編號為J1)，壩軸線下游3根；繞壩滲流壓力監(jiān)測共埋設(shè)10根測壓管，其中主壩埋設(shè)6根(左右岸各埋設(shè)3根)；副壩埋設(shè)4根(左右岸各埋設(shè)2根)，相應(yīng)的布置情況見圖1。

圖1 測壓管壩體、壩基測點布置圖

3.2 滲流過程線分析

斷面測壓管過程線見圖2。由圖2可知，2月底之前，庫水位基本無變化，過程線呈水平狀；3-6月底，庫水位呈上升趨勢，其中2-3月中旬庫水位上升較快，5月份庫水位小范圍波動；8-12月份，庫水位總體呈下降趨勢。全年庫水位變化幅度在19.00 m。

監(jiān)測過程線分析表明，心墻上游測壓管水位均出現(xiàn)異常，最大管水位高于庫水位，不符合實際情況?？拷膲ο掠蝹?cè)，0+095.0斷面管水位運行較平穩(wěn)，位勢在30%以內(nèi)，位勢較低；而0+150斷面及0+040兩斷面滲壓均出現(xiàn)突變現(xiàn)象，C2在上半年位勢處在較高水平，達到90%以上，而下半年后突然降到50%左右，而C10測壓管突化剛好相反，位勢突然升高，達到90%以上，觀測設(shè)施運行不平穩(wěn)；壩體下游，壩體右端滲流壓力明顯低于左端，一般位勢變化范圍在3%～20%，滲流壓力偏高。

圖2 測壓管過程線

3.3 繞壩滲流觀測設(shè)施

從圖3可知，壩體左右兩岸的管水位變化平緩，與庫水位相關(guān)性差。靠近壩體上游，管水位高于庫水位，表明繞壩滲流不僅受庫水位影響，還受山體內(nèi)地下水影響。總體來說，主壩左岸的繞壩滲流壓力高于右岸。

圖3 繞壩測壓管過程線

3.4 靈敏度試驗分析

從以上分析可知，滲流壓力從不同縱斷面及橫斷面差異都很明顯，表明壩體的滲透性與空間關(guān)系很大。為了深入分析壩體滲流場的分布規(guī)律，選取典型測壓管進行注水試驗，驗證土體的透水性及測壓管的運行性態(tài)，分析結(jié)果見圖4。

圖4 測壓管注水試驗過程

各測壓管在注水后，水位迅速升高，隨后逐步下降。從各測壓管回落的過程線來看，C10管水位下降速度最快，在10 min內(nèi)就回落至原來水位。隨著時間的推移，水位繼續(xù)降低，較原管水位下降約4 m，表明該管存在泥漿固壁現(xiàn)象，當(dāng)注水后，水頭升高，坡降增大，原堵塞部分沖破，使管水位回歸正常水位。C6與C7測壓管水位回落過程線幾乎一致，在5日左右回到原水位，并趨于平穩(wěn)，靈敏度合格，但壩體土透水性一般，因此可判斷該區(qū)間可能存在滲漏通道，導(dǎo)致兩管滲流壓力及水位變化過程一致。而C2測壓管水位經(jīng)過7日后，仍無法降至原水位，透水性能較差，C4在5日左右能降至原來水位，測壓管運行正常。

4 大壩滲流綜合評價

從滲流壓力的分布來看，由于繞壩滲流壓力偏高，使靠近兩壩肩的滲流壓力較中間明顯偏高，在壩軸線上，最大坡降在0+095斷面，達到10以上，而兩端僅為2左右，防滲墻發(fā)揮的作用有限。再往下游，兩端滲透坡降明顯偏高，兩端的滲透壓力偏高，平均坡降偏大，達到0.3以上，存在滲透破壞的可能。而中間部位，C6與C7之間的垂直滲透坡降接近0，而根據(jù)注水試驗，該區(qū)域壩體土透水性一般，因此可判定該區(qū)域內(nèi)可能存在滲漏通道，導(dǎo)致兩測壓管水位相同且透水性能相近，也間接抬高了該部位的滲流壓力?？拷潘怏w，左半部位滲流壓力偏高，滲透坡降也在0.3以上，存在滲透破壞的可能，細顆粒堵在排水棱體的土工布上，排水棱體無法及時排出水，導(dǎo)致逸出點較高。而右半部位滲流壓力較低，坡降較小，清轍水體流出。

綜上所述，由于左壩肩的繞滲壓力偏高，致使?jié)B流壓力偏大，而壩體中下游部位存在滲漏通道，使壩下游滲流壓力升高，滲透破壞進一步擴大，局部排水棱體堵塞失效，自由面滲出點在下游壩坡逸出。因此，為消除滲流隱患，可采用擴大防滲墻延伸范圍，降低左壩繞滲壓力。左半部位排水棱體重建翻修，清除淤堵部分，完善排水設(shè)施。

5 結(jié) 論

1) 注水試驗可作為測壓管可靠性檢驗的有效手段。檢查結(jié)果表明，壩體透水性能空間差異較大，中下游存在滲漏通道。

2) 壩體滲控措施不完整，左壩肩排水系統(tǒng)不完善，防滲效果不佳，導(dǎo)致壩體左半部位滲流壓力偏高。

3) 壩體中下游存在滲透破壞，導(dǎo)致排水棱體部分失效，下游逸出點高于排水棱體，存在較大安全隱患。

4) 建議完善滲控體系，對排水棱體進行疏通導(dǎo)流。