某水電站壩基揚壓力觀測資料分析

黃小華

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安 366000）

1 工程概況

某水電站位于福建省閩江干流中游，上游距閩北重要城市南平市94 km，下游距閩清縣城14 km，距福州市84 km。壩址以上流域面積52 438 km2。該樞紐工程由大壩、電廠、船閘、升船機(jī)等建筑物組成，以發(fā)電為主，兼顧航運、過木。壩型為混凝土重力壩，壩頂全長783 m，最大壩高101 m，沿壩軸線方向分為42個壩段，其中8# ～ 21#為引水壩段，23# ～ 35#為溢流壩段，水庫屬不完全季調(diào)節(jié)水庫。壩址位于新華夏系第二隆起帶內(nèi)，左右兩岸地形大致對稱，壩基為新鮮完整的花崗巖，巖性致密、完整、堅硬。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，壩區(qū)僅見較小的斷裂及擠壓破碎帶，未發(fā)現(xiàn)較大的斷裂，在構(gòu)造上屬于相對穩(wěn)定地區(qū)。大壩沿基礎(chǔ)灌漿廊道共布設(shè)揚壓力測孔58個，用以監(jiān)測壩基滲流狀態(tài)，檢查帷幕灌漿的防滲和排水效果。測孔主要沿壩軸線方向（縱向）和垂直于壩軸線方向（橫向）布置，縱向布置的揚壓力監(jiān)測孔共 38 孔（編號為 UP1 ～ UP8、UP13 ～ UP18、UP23 ～UP30、UP35 ～ UP38、UP43 ～ UP45、UP50 ～ UP58）；橫向布置揚壓力監(jiān)測孔位于11#、17#、25#、29#和32#壩段基礎(chǔ)橫向廊道內(nèi)的20個測孔，編號為UP9 ～ UP12、UP19 ～ UP22、UP31 ～ UP34、UP39 ～ UP42、UP46 ～ UP49。測孔沿橫向和縱向的分布見圖1。

圖1 大壩滲流觀測布置圖

2 揚壓力變化規(guī)律

揚壓力由上下游水位差產(chǎn)生的滲透水壓力和下游水深產(chǎn)生的浮托力2部分組成。由于巖體中節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀十分復(fù)雜，所以，地基內(nèi)的滲透以及作用于壩底面的滲流壓力也難以確定。壩基揚壓力作為影響大壩安全穩(wěn)定的重要因素，一直以來都被視為重點項目進(jìn)行檢測。該水電站揚壓力實測資料系列為1993年3月至2009年6月?，F(xiàn)就實測資料做以下分析。

2.1 揚壓力橫向分布規(guī)律

圖2 ～ 4為相關(guān)壩段橫斷面測值過程線圖。根據(jù)橫斷面測值過程線圖可以看出：

（1）因為揚壓力受到上下游水位的影響，靠近上游側(cè)的測孔受上游庫水位的影響比中間測孔大，因而上游第1個測孔的孔水位最高。如11#壩段（UP8 ～ UP12）和17#壩段（UP18 ～ UP22）的第1個測孔（11#壩段UP8和17#壩段UP18）。其次為離上游較近的第2個測孔（11#壩段UP9和17#壩段UP19）孔水位也較高，中間（11#壩段UP10、UP11和17#壩段UP20、UP21）測孔孔水位最低，電站下游水位相對較高，在下游水位的影響下出現(xiàn)反滲現(xiàn)象，導(dǎo)致下游測孔的孔水位比中間測孔的孔水位更高，如測孔（11#壩段UP12和17#壩段UP22）。此外，2005年以后11#壩段UP11孔孔水位總體呈逐漸降低的趨勢，可能是因為該孔出現(xiàn)淤堵所致。

圖2 11#壩段橫斷面壩基揚壓水位過程線圖

圖3 17#壩段橫斷面壩基揚壓水位過程線圖

圖4 25#壩段橫斷面壩基揚壓水位過程線圖

（2）通過25#壩段橫斷面測值過程線圖發(fā)現(xiàn)一些反?，F(xiàn)象。如25#壩段（UP30 ～ UP34），大部分時段第5孔（UP34）孔水位高于其余4孔（UP30 ～ UP33），第4孔（UP33）高于第2孔（UP31）和第3孔（UP32），與揚壓力正常分布規(guī)律矛盾。通過分析，反?，F(xiàn)象是由于受到壩基斷層帶的影響。

2.2 揚壓力極值變化規(guī)律

為了分析壩基揚壓力沿壩軸線方向的分布，在圖5中繪制了揚壓力水位過程線沿壩軸線方向的最大值和最小值系列圖。根據(jù)實測資料對各點測值特征值分析，大部分孔揚壓力的年最大值發(fā)生在庫水位較高、溫度較低時，揚壓力的最小值常發(fā)生在庫水位較低、溫度較高時。

圖5 揚壓力實測值沿壩軸線的分布圖

2.3 滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)分布規(guī)律

滲壓系數(shù)的計算公式為[1]：

式中：αi為第i個測壓孔的滲壓系數(shù)；Hi為上游水位（m）；為下游水位（m）；H2為第i個測壓孔的實測水位（m）。

圖6為壩基揚壓力滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)沿壩軸線方向的分布圖。從圖6中分析可以看出，靠近左岸的UP1測孔（4#壩段）、UP2測孔（5#壩段）、UP3測孔（6#壩段）以及河床壩段的UP14測孔（13#壩段）、UP35測孔（26#壩段）、UP51測孔（34#壩段）和右岸的UP57測孔（38#壩段）的滲壓系數(shù)偏大。其中UP1、UP2 、UP3滲壓系數(shù)較大，其原因是該孔孔水位除了受庫水位變化影響外，左岸地下水位影響也是一個重要原因。除上述測點外，其余測點的滲壓系數(shù)都比較小，說明大壩帷幕防滲和排水效應(yīng)顯著。

圖6 壩基揚壓力滲透壓力強(qiáng)度系數(shù)沿壩軸線方向的分布圖

3 揚壓力影響因素

通過對壩基揚壓水位測值及其揚壓水頭、滲壓系數(shù)等計算成果的分析可知，大壩各壩段的壩基揚壓水位主要受水位、溫度和時效等因素的影響。因此，壩基揚壓水位由水位分量、溫度分量和時效分量等幾項組成[2]，即：

式中：P 為測孔水位（m）；PH、PT、Pθ、PR為測孔水位的水位分量（m）、溫度分量（m）、時效分量（m）和降雨分量（m）。

（1）水位分量：上、下游水位變化對壩基揚壓力有影響，且有一定滯后效應(yīng)。上下游水位變化對壩基揚壓力的影響相對較大。一般庫水位升高，壩基揚壓力滯后于庫水位增大；庫水位下降，壩基揚壓力滯后于庫水位減小。此外，由于大壩下游水位較高，下游水位對壩基揚壓力也有一定影響，尤其是處于下游部位的測孔。

（2）溫度分量：溫度變化對壩基揚壓力也有較大影響。一般低溫時，壩基揚壓力增大；高溫時，壩基揚壓力減小。這是由于壩基巖體裂隙及壩體微裂縫隨著溫度的升高（或降低），而呈現(xiàn)出閉合（或張開）的變化，因而壩基與壩體的滲流也相應(yīng)減小（或增大），從而導(dǎo)致?lián)P壓水位的降低與升高。

（3）時效分量：時效與壩基揚壓力沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，對揚壓力影響很小。

（4）降雨分量：通過資料分析，雖然降雨對壩基揚壓力的影響不太明顯，但在降雨較多的季節(jié)，較大的降雨量造成庫水位升高，并對岸坡壩段的滲壓有一定影響，從而間接地影響揚壓力的變化。

4 結(jié) 論

在對大壩壩基揚壓力資料分析的基礎(chǔ)上，可以得出：

（1）橫向揚壓力測值受上下游水位的影響，離上游面較近的孔水位較高，受上游庫水位的影響比中間孔大；而離下游面較近的孔，在下游水位作用下出現(xiàn)反滲，其孔水位比中間測孔水位略高。同時可能受到斷層的影響，有些測孔的水位受下游影響較大，孔水位比相鄰的測孔水位更高。

（2）從揚壓測值極值可以看出，大部分孔揚壓力的年最大值發(fā)生在庫水位較高、溫度較低時；揚壓力的最小值常發(fā)生在庫水位較低、溫度較高時。

（3）經(jīng)實測資料分析可知，上下游水位變化對壩基揚壓力的影響相對最大，且壩基揚壓力變化滯后于庫水位的變化。溫度改變對壩基揚壓力的變化也會產(chǎn)生影響。時效分量和降雨分量對壩基揚壓力的影響較小。