洞坪水電站大壩壩基揚壓力監(jiān)測資料分析

譚 立，楊 源

(湖北宣恩洞坪水電有限責任公司，湖北 恩施 445000)

洞坪水電站工程位于恩施州宣恩縣境內(nèi)的忠建河下游河段，距宣恩縣城33.0 km，是1座以發(fā)電為主，兼有庫區(qū)航運、交通、防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游等綜合效益的Ⅱ等大(2)型水利水電樞紐工程。工程主要由混凝土雙曲拱壩及壩身泄洪建筑物、壩后水墊塘消能建筑物、左岸發(fā)電引水隧洞、地下發(fā)電廠房及開關(guān)站等組成，最大壩高135 m。壩址控制流域面積1 420.5 km2，多年平均流量46.4 m3/s，多年平均年徑流量14.62億m3。水庫正常蓄水位490 m，設(shè)計洪水位為492.20 m，校核洪水位為493.96 m，死水位為456 m，總庫容3.43億m3，調(diào)節(jié)庫容1.92億m3，庫容系數(shù)13.08%，為年調(diào)節(jié)水庫；電站總裝機110 MW，單機容量55 MW，保證出力17.93 MW，多年平均發(fā)電量3.22億kW·h。工程于2002年開工建設(shè)，2005年下閘蓄水，2006年竣工投產(chǎn)。

1 儀器布置及分析方法

洞坪大壩壩基揚壓力監(jiān)測設(shè)置縱向和橫向監(jiān)測斷面，排水帷幕線上布置了壩基揚壓力監(jiān)測點[1]。為監(jiān)測大壩基礎(chǔ)(包括兩岸壩肩)的揚壓力、滲透壓力的變化，在壩體基礎(chǔ)(包括兩岸壩肩)、山體布設(shè)了測壓管(管內(nèi)含滲壓計)和滲壓計。一是在6～10號壩段的壩基灌漿排水廊道(高程376～406 m)布置8支測壓管，測點編號為UP-01～UP-07和P6Z3(管內(nèi)滲壓計編號與測壓管編號相同)。二是在河床壩基、左右岸拱座拉應(yīng)力最大部位(2、3、5、6～12號壩段)布置21支埋入式滲壓計，編號為P-01～P-16、P-19～P-23。監(jiān)測儀器布置見圖1和圖2。本次監(jiān)測資料分析時段為運行期以來截至到2019-12-31日，在測值可靠性分析的基礎(chǔ)上，采用比較法、作圖法及特征值統(tǒng)計法等對監(jiān)測資料進行深入分析，重點以趨勢性和異常現(xiàn)象診斷為主，從實測性態(tài)角度出發(fā)分析大壩基礎(chǔ)揚壓力的變化規(guī)律、分布規(guī)律，統(tǒng)計滲壓系數(shù)折減情況后，與壩基滲壓系數(shù)設(shè)計控制值進行對比，簡要評價防滲帷幕和排水設(shè)施效果。

圖1 壩基揚壓水位、壩體滲透壓力及山體地下水位監(jiān)測布置圖

圖2 壩基揚壓力及壩體滲透壓力監(jiān)測布置圖

2 揚壓力監(jiān)測資料分析

2.1 變化規(guī)律分析

洞坪大壩壩基揚壓力監(jiān)測的測壓管均位于帷幕后，滲壓計則分別布置在帷幕前和帷幕后。部分壩段壩基揚壓水位實測過程線見圖3，河床壩段和兩岸岸坡壩段壩基揚壓力特征值統(tǒng)計情況見表1和表2。因P6Z3和UP7鉆孔深度達到了基巖面以下17.15 m，所監(jiān)測水位為壩基深層地下水位而非壩基揚壓水位；UP5鉆孔深度并未到達基巖面，所監(jiān)測水位不是壩基揚壓水位，以上3個測點本次不作分析。

從壩基揚壓水位實測過程線圖3可以看到，壩基揚壓力主要受上游水位和溫度變化影響，河床壩段(7、8號和9號壩段)帷幕前測點P-01、P-04和P-07揚壓水位受上游水位影響明顯，隨著水位的升降而增減；帷幕后測點揚壓水位受上游水位影響相對較小，帷幕防滲效果明顯。壩趾部位揚壓水位與下游水位相關(guān)性較強，大小及變幅與下游水位基本相等。

圖3 壩基揚壓水位(部分壩段)實測過程線

總體來看，河床壩段壩基揚壓水位分布規(guī)律是合理的。壩肩基礎(chǔ)高程415 m以上滲透壓力較小，變幅較小，相應(yīng)的滲壓水位較低，自2007年以來部分測點未監(jiān)測到滲透壓力。

壩基揚壓力統(tǒng)計時段內(nèi)洞坪水庫從2005-03-30日開始蓄水(上游水位為390.02 m)，截至到2019年正常運行期內(nèi)上游水位出現(xiàn)最大值為490.24m，上游水位最大變幅為100.22 m。從壩基揚壓力特征值表1和表2可以看到，河床壩段帷幕前實測最高揚壓水位在422.00～477.78 m之間，最大變幅在42.26～80.14 m之間，其中9號壩段P-01揚壓水位最高，為477.78 m(當日庫水位為489.47 mm)。河床壩段帷幕后實測最高揚壓水位在382.33～404.09 m之間，最大變幅在7.30～27.43 m之間，其中7號壩段UP-06揚壓水位最高，為404.09 m(當日庫水位為487.90 m)。兩岸岸坡壩段壩基揚壓水位測值基本穩(wěn)定，揚壓水位在419.41～456.47 m之間，揚壓水頭在1.47～6.47 m之間，最大年變幅在0.56～5.89 m之間。揚壓水頭最高為5號壩段基礎(chǔ)上游側(cè)高程415.0 m的測點P-12，其最高揚壓水位為421.47 m。

表1 河床壩段壩基揚壓力特征值統(tǒng)計 m

表2 兩岸岸坡壩段壩基揚壓力特征值統(tǒng)計 m

2.2 分布規(guī)律分析

為分析揚壓力分布規(guī)律，結(jié)合監(jiān)測資料繪制大壩防滲帷幕后的壩基揚壓水位縱向分布情況見圖4。同時選取近3年上游水位最接近正常蓄水位的運行工況(2017-10-17日)，繪制了8號壩段實測壩基揚壓水位橫向分布情況見圖5。

圖4 帷幕后壩基揚壓水位縱向分布圖

圖5 8號壩段壩基揚壓水位橫向分布圖

通過分布圖可以看到，壩基縱向揚壓水位總體呈現(xiàn)“岸坡壩段高、河床壩段低”的分布規(guī)律，左岸揚壓水位略高于右岸；揚壓水頭總體呈現(xiàn)“岸坡壩段低、河床壩段高”的分布規(guī)律。壩基揚壓水位橫向分布從壩踵至帷幕后，揚壓水位急劇降低，帷幕后實測揚壓水位均遠低于設(shè)計控制值，防滲帷幕和排水幕對水頭的折減效果顯著；帷幕后至壩趾揚壓水位略微升高，分析認為是排水降壓作用顯著造成的[2]。

2.3 壩基揚壓力折減情況

為掌握壩基揚壓力折減情況和評價壩基帷幕防滲效果，選取近3年上游水位最接近正常蓄水位的運行工況(2017-10-17日，當日上游水位為488.59 m)統(tǒng)計各壩段壩基揚壓力滲壓系數(shù)見表3。

表3 接近正常運行工況下壩基揚壓力滲壓系數(shù)統(tǒng)計(2017-10-17日)

通過統(tǒng)計表分析看到：河床壩段防滲帷幕后壩基滲壓系數(shù)最大為0.35(7號壩段帷幕后壩趾附近P-09)，小于設(shè)計控制值0.50，表明壩基帷幕防滲效果良好。兩岸岸坡壩段壩基滲壓系數(shù)最大為0.10(3號壩段基礎(chǔ)高程439.5m)，滿足岸坡壩段滲壓系數(shù)小于設(shè)計控制值0.40的要求。

3 結(jié) 語

通過對洞坪大壩壩基揚壓力多年來監(jiān)測資料進行分析，認為壩基揚壓力主要受上游水位和溫度變化影響；河床壩段壩基揚壓力分布規(guī)律合理，高水位和低水位典型工況下帷幕后實測揚壓水位均低于設(shè)計控制值，防滲帷幕和排水幕對水頭的折減效果顯著；壩肩基礎(chǔ)滲透壓力較小，變幅較小，均低于岸坡壩段滲壓系數(shù)設(shè)計控制值；綜合分析表明洞坪大壩壩基壩肩防滲帷幕效果總體良好。但在今后的運行管理中仍需對部分揚壓力水位較高的部位加強監(jiān)測分析和巡視檢查。