龍頭石水電站滲流滲壓監(jiān)測(cè)成果分析

代 喬 亨, 陶 子 傲

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

大渡河龍頭石水電站主要樞紐建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)和左岸泄洪消能設(shè)施三部分組成。其中瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程為960 m，壩頂寬10 m、長(zhǎng)373.5 m，最大壩高58.5 m。壩址區(qū)位于中高山開(kāi)闊河谷地段，呈“L”型河曲，長(zhǎng)700余m。壩址控制流域面積達(dá)6.3萬(wàn)km2，多年平均流量為1 020 m3/s，水庫(kù)正常蓄水位高程為955 m，大壩壅水高度為50 m，正常蓄水位以下庫(kù)容約1.145億m3，裝機(jī)容量為700 MW。該電站水庫(kù)單獨(dú)調(diào)度運(yùn)行條件下的年發(fā)電量為31.2億kW·h，電站運(yùn)行以發(fā)電為主。

滲流監(jiān)測(cè)系指對(duì)水工建筑物及其地基內(nèi)由滲流形成的浸潤(rùn)線、滲透壓力(或滲透水頭)、 滲流量和滲水水質(zhì)等進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。其目的是掌握水工建筑物及其地基的滲流情況，分析并判斷其是否正常和可能發(fā)生不利影響的程度及原因，為工程的施工、運(yùn)行及養(yǎng)護(hù)修理和安全運(yùn)用提供依據(jù)，并可為水利工程的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和科研提供科學(xué)的參考資料。闡述了對(duì)龍頭石水電站滲流滲壓監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行的分析。

2 大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)方案

2.1 壩基滲壓監(jiān)測(cè)儀器的布置

大壩基礎(chǔ)滲流的監(jiān)測(cè)采用2橫、2縱、3鉆孔的布置方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壩基滲流整體分布情況的監(jiān)測(cè)。

(1)橫向布置。在防滲墻后(壩0+000.50)自右岸向左岸(樁號(hào)0+101.00 ～0+330.00)橫向布置一排、共計(jì)11支滲壓計(jì)，對(duì)防滲墻后的滲壓分布狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在防滲墻前(壩0+004.00)，0+101.00)和0+290.00處各布置1支滲壓計(jì)，對(duì)防滲墻前的滲壓狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

通過(guò)對(duì)防滲墻前后的滲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以較準(zhǔn)確地評(píng)判防滲墻的防滲效果。

(2)縱向布置。分別在3-3(0+200.00)和4-4(0+290.00)監(jiān)測(cè)斷面沿縱向(水流)各布置了一排滲壓計(jì)，對(duì)防滲墻后的滲壓遞減情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(3)鉆孔滲壓計(jì)的安裝。分別在樁號(hào)0+148.00、0+200.00(3-3斷面)、0+290.00(4-4斷面)處各布置了一個(gè)鉆孔，在孔內(nèi)不同深度安裝多支滲壓計(jì)以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔位處沿深度方向滲壓分布情況的監(jiān)測(cè)。

2.2 壩體滲壓監(jiān)測(cè)儀器的布置

滲壓監(jiān)測(cè)儀器分布在2-2、3-3、4-4三個(gè)斷面及沿左、右岸岸坡與壩體的結(jié)合面上，每個(gè)斷面均為自下而上埋設(shè)滲壓計(jì)。其中2-2、3-3、4-4三個(gè)斷面采用雙排布置，即在防滲心墻前后各布置一排；左、右岸岸坡與壩體結(jié)合面為單排布置，均布置于防滲心墻后。壩體共埋設(shè)滲壓計(jì)35支。

2.3 壩體滲漏監(jiān)測(cè)儀器的布置

壩體滲漏采用量水堰實(shí)施監(jiān)測(cè)。龍頭石水電站大壩在左岸廊道內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)量水堰(編號(hào)為WE1、WE2)，對(duì)壩體滲漏水量實(shí)施監(jiān)測(cè)。

2.4 繞壩滲流監(jiān)測(cè)儀器的布置

整個(gè)大壩共布置了10個(gè)鉆孔，安裝滲壓計(jì)進(jìn)行繞壩滲流監(jiān)測(cè)。其中左岸布置了4個(gè)繞滲孔，其自上至下的編號(hào)分別為RK1、RK2、 RK3和RK4；右岸布置了6個(gè)繞滲孔，自上至下的編號(hào)分別為RK5、RK6、RK7、RK8、RK9、RK10。

3 大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 壩基滲壓

(1)防滲墻后的滲壓。監(jiān)測(cè)成果表明：壩基防滲墻后(樁號(hào)壩(橫)0+100.00～0+350.00)范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)滲壓水位高程為905.55～911.25 m，水位差為5.7 m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)滲壓基本上在高程910 m之下；與同一時(shí)間的庫(kù)水位高程954.17 m相比，防滲墻前后的水頭遞減幅度在21.92～ 48.62 m之間，滲壓水位折減明顯。

水庫(kù)蓄水達(dá)到正常蓄水位后，壩基防滲墻后各測(cè)點(diǎn)的滲壓水位與庫(kù)水位相關(guān)性不明顯，相關(guān)系數(shù)在0.15～0.49之間；尾水位與滲壓水位的相關(guān)系數(shù)在0.43～0.68之間[1]。

大壩基礎(chǔ)防滲墻后滲壓水位分布情況(防滲體后自左向右(岸)的滲壓分布狀況)見(jiàn)圖1，大壩基礎(chǔ)防滲墻后滲壓水位歷時(shí)過(guò)程線見(jiàn)圖2。

圖1 大壩基礎(chǔ)防滲墻后滲壓水位分布示意圖

圖2 大壩基礎(chǔ)防滲墻后滲壓水位歷時(shí)過(guò)程線圖

(2)壩基滲壓沿下游衰減情況。監(jiān)測(cè)成果表明：壩基滲壓水位在防滲體前、后有一個(gè)明顯的梯降，與壩前庫(kù)水位相比，在斷面0+200.00處的遞減幅度為46.28 m(水位高程為954.38～908.12 m)，0+290.00處的遞減幅度為46 m(水位高程為954.38～ 908.38 m)，防滲體前后水位遞減超過(guò)46 m。防滲體后，自壩縱0+000.50至0-103.00，滲壓水位均在高程910 m之下，沿下游方向有微弱衰減。

經(jīng)核算，斷面0+200.00處防滲墻前后測(cè)點(diǎn)P13和P5最短滲距之間的水力坡降為10.36，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許水力坡降80～100；堆石區(qū)測(cè)點(diǎn)P5和P21最短滲距之間的水力坡降近乎為零，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許水力坡降0.18～0.25[2]。

斷面0+290.00處防滲墻前后測(cè)點(diǎn)P22和P9最短滲距之間的水力坡降為5.11，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許水力坡降80～100；堆石區(qū)測(cè)點(diǎn)P9和P30最短滲距之間的水力坡降近乎為零，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許水力坡降0.18～0.25。大壩典型縱向滲壓水位分布狀況見(jiàn)圖3。

大壩縱向樁號(hào) /m

(3)鉆孔內(nèi)的滲壓分布情況。選取0+148.00、壩0-002.40處安裝在同一鉆孔中的3支滲壓計(jì)，安裝高程分別為885 m、852 m和829 m ;大壩基礎(chǔ)防滲墻后鉆孔內(nèi)滲壓水位歷時(shí)變化過(guò)程線見(jiàn)圖4。

圖4 大壩基礎(chǔ)防滲墻后鉆孔內(nèi)滲壓水位歷時(shí)變化過(guò)程線圖

監(jiān)測(cè)成果表明：孔內(nèi)滲壓水位分別為高程903.55 m、915.06 m、912.28 m，尤以孔內(nèi)中段滲壓水位最高，孔底次之，孔口段最低，各孔深段的滲壓值變化穩(wěn)定[3]。

3.2 大壩滲壓

大壩及壩基(壩橫0+200斷面)滲壓浸潤(rùn)線見(jiàn)圖5，(壩橫0+200)瀝青混凝土心墻后壩體內(nèi)滲壓值歷時(shí)過(guò)程線見(jiàn)圖6。

圖5 大壩及壩基(壩橫0+200斷面)滲壓浸潤(rùn)線示意圖

時(shí)間 /年/月/日

(1)防滲心墻上游側(cè)的滲壓分布。壩體防滲心墻上游側(cè)(壩0+000.50)在3-3、4-4兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的941、945、950 m高程處實(shí)測(cè)到的滲壓數(shù)據(jù)為3.26～12.92 m，其對(duì)應(yīng)的滲壓水位高程為953.26～953.47 m，所有測(cè)點(diǎn)的滲壓水位與同期庫(kù)水位基本持平。

(2)防滲心墻下游側(cè)滲壓分布。壩體防滲心墻下游側(cè)(壩0+011.00)在3-3、4-4監(jiān)測(cè)斷面和左右岸坡面的912～950 m高程范圍內(nèi)，除P55(壩0+290.00、924 m高程)和P45(壩0+200.00、918 m高程)的滲壓數(shù)據(jù)為2.4 m和2.26 m外，其余所有測(cè)點(diǎn)的滲壓均極小，基本接近于0，即儀器安裝點(diǎn)處實(shí)際無(wú)滲壓水作用。測(cè)點(diǎn)P45的滲壓值從2012年1月至今一直呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)；測(cè)點(diǎn)P55的滲壓值從2013年6月～2015年9月一直呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，2015年10月至今滲壓測(cè)值變化平穩(wěn)。

(3)滲壓水位與庫(kù)水位的關(guān)聯(lián)性。對(duì)由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖7～8反映的信息進(jìn)行分析得知：壩體防滲心墻上游側(cè)壩體各測(cè)點(diǎn)滲壓水位與庫(kù)水位高度相關(guān)，滲壓水位與庫(kù)水位基本相同，時(shí)間上亦無(wú)遲滯。

壩體防滲心墻下游側(cè)壩體各測(cè)點(diǎn)滲壓較小，儀器安裝點(diǎn)處實(shí)際無(wú)滲壓水作用，即防滲心墻下游側(cè)的壩體未受到庫(kù)水位浸潤(rùn)影響。

(4)大壩及壩基的整體浸潤(rùn)情況。對(duì)壩體、壩基滲壓監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析并繪制出大壩及壩基的整體浸潤(rùn)情況，壩前浸潤(rùn)范圍已貼近瀝青混凝土心墻上游側(cè)，滲壓水位與壩前庫(kù)水位基本相同。在瀝青混凝土心墻后，滲壓水頭普遍有約45 m的遞減，緊鄰心墻下游側(cè)的滲壓水位在高程906.18～910.16 m之間，沿下游方向微微衰減后與河床水位趨于一致[4]。

3.3 繞壩滲流

截止到2021年6月30日，左岸繞滲孔內(nèi)的水位在高程927.6～944.16 m范圍內(nèi)，與庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)在-0.21～0.08之間；右岸繞滲孔內(nèi)的水位在高程917.2～960.38 m范圍內(nèi)，與庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)在0.19～0.26之間。分析發(fā)現(xiàn)：兩岸各繞壩滲流觀測(cè)孔的孔內(nèi)水位與庫(kù)水位的關(guān)聯(lián)均不密切，主要受季節(jié)性降雨影響。左岸繞滲孔R(shí)K02孔內(nèi)水位在2016年12月之前一直隨季節(jié)呈周期性變化，2017年1月至2018年7月其孔內(nèi)水位呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，2018年8月水位增長(zhǎng)趨勢(shì)增大，之后維持穩(wěn)定。其余孔內(nèi)水位總體穩(wěn)定，長(zhǎng)期隨季節(jié)呈周期性變化。大壩左岸繞滲孔孔內(nèi)水位歷時(shí)過(guò)程線見(jiàn)圖7。

時(shí)間 /年/月/日

3.4 左岸基礎(chǔ)廊道的滲流監(jiān)測(cè)

龍頭石水電站最終布置的滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)有兩處，均位于左岸原灌漿廊道內(nèi)，WE1位于排水溝末端，WE2在集水入口處。左岸滲流量時(shí)間過(guò)程線見(jiàn)圖8。

時(shí)間 /年/月/日

自水庫(kù)蓄水以來(lái)，滲流監(jiān)測(cè)處的多年實(shí)測(cè)量水堰滲流量為5.24～11.52 L/s。滲流總量比較穩(wěn)定，滲流量與庫(kù)水位的關(guān)聯(lián)性不明顯[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)龍頭石水電站大壩觀測(cè)資料進(jìn)行分析得知：壩體防滲心墻上游側(cè)各測(cè)點(diǎn)滲壓水位與庫(kù)水位相關(guān)性較好，量值基本相同。下游側(cè)除個(gè)別點(diǎn)外，絕大部分測(cè)點(diǎn)處的滲壓均接近于0，普遍無(wú)滲壓水作用，壩體防滲效果較好。防滲體前、后壩基滲壓水位折減明顯，普遍出現(xiàn)了約47 m的遞減。防滲體后沿壩體縱向向下游壩基滲壓水位均在高程910 m之下，自上而下有微弱衰減。壩基滲流滲壓測(cè)值變化平穩(wěn)，滲壓水位分布合理，大壩防滲排水設(shè)施對(duì)保證大壩穩(wěn)定起到了良好的作用。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期采集的數(shù)據(jù)顯示：目前龍頭石水電站大壩整體運(yùn)行狀態(tài)正常，大壩滲流滲壓數(shù)據(jù)變化較小，沒(méi)有明顯的異常變化，符合國(guó)家及相關(guān)單位的具體標(biāo)準(zhǔn)，大壩工作正常。