梨園水電站面板堆石壩滲流監(jiān)測成果分析

張玉龍，李福云，趙建平，鄧 軍

（1.中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，昆明 650033；2.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120；3.云南新大成勞務(wù)派遣有限公司，昆明 650032）

1 引言

面板堆石壩因其適應(yīng)性、安全性和經(jīng)濟性良好得到廣泛應(yīng)用。楊澤艷等[1]提出高面板堆石壩穩(wěn)定安全主要包括變形穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定，超常規(guī)滲透會對堆石體的安全運行造成災(zāi)難性后果。近年來國內(nèi)混凝土面板堆石壩發(fā)展迅速[2-4]，國內(nèi)學(xué)者在混凝土面板堆石壩滲漏方面的研究取得了較多成果：謝遵黨等[5]建立了抽水蓄能電站庫盆滲漏量統(tǒng)計模型，王曉玲等[6]提出了一種耦合ALO-LSTM和特征注意力機制的土石壩滲壓預(yù)測模型。

梨園水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與迪慶州香格里拉市（左岸）交界的金沙江中游河段，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益。工程屬一等大（1）型工程，水庫正常蓄水位1 618 m，總庫容8.05億m3，電站裝機容量2 400 MW。

梨園水電站樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪沖沙洞、左岸引水系統(tǒng)及地面發(fā)電廠房等建筑物組成?；炷撩姘宥咽瘔螇雾敻叱虨? 626 m，最大壩高155 m，壩頂長525.33 m。

梨園水電站混凝土面板堆石壩于2011年8月開始填筑，2014年7月完成施工，2014年11月水庫下閘蓄水，運行至今已有8年。對其滲流監(jiān)測資料進行分析，評價擋水建筑物及其基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定性，對水電站運行管理有重要意義，同時也可為類似混凝土面板堆石壩施工期及運行期滲透監(jiān)測提供借鑒。

2 滲流監(jiān)測布置

梨園水電站樞紐工程監(jiān)測設(shè)施完善，其中樞紐建筑滲流監(jiān)測儀器包括基坑滲壓計、面板周邊縫滲壓計、堆石體斷面滲壓計及量水堰，并在左、右岸布設(shè)水位孔進行繞壩滲流監(jiān)測。

2.1 周邊縫滲壓計

沿周邊縫共布置17支滲壓計，用來監(jiān)測蓄水前后面板周邊縫的滲透壓力變化情況，以確定沿周邊縫滲漏點的準(zhǔn)確位置，以便對滲漏點進行處理。

2.2 堆石體滲壓計

在A-A斷面（壩0+223 m）由上游至下游布置5支滲壓計；B-B斷面（壩0+319 m）布置11支滲壓計，其中在趾板帷幕后鉆孔布置4支，其余為上下游方向布置，其中帷幕后測點分別為DB-BP6～DB-B-P11，該斷面后壩腳處設(shè)量水堰。通過以上兩個斷面滲壓水頭的監(jiān)測可確定蓄水后堆石體內(nèi)浸潤線的變化情況，計算堆石體內(nèi)水力坡度。堆石體內(nèi)滲流典型監(jiān)測斷面儀器布置見圖1。

圖1 堆石體內(nèi)滲流典型監(jiān)測斷面儀器布置

2.3 壩后量水堰

《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5259—2010）規(guī)定量水堰為大中型當(dāng)?shù)夭牧蠅伪卦O(shè)監(jiān)測項目，用來監(jiān)測堆石壩的總滲漏量，能直觀地反映防滲體的防滲效果，判斷樞紐建筑物的滲流穩(wěn)定性。

梨園水電站壩后三角形量水堰，布設(shè)在壩下0+319 m部位，量水堰布置見圖2。主要包括：

圖2 壩后量水堰布置

（1）壩腳滲流匯集量測系統(tǒng)。在下游壩腳建截水墻，深入基巖1 m，以截斷沖積層的滲水；截水墻頂澆筑混凝土墻，在墻前形成靜水池，混凝土墻中段安裝標(biāo)準(zhǔn)梯形量水堰。

（2）堰前水池。堰前引水、平水渠槽身為矩形斷面，引渠長度2.5 m（≥2 m）。堰板與水流方向垂直，與引渠兩側(cè)墻垂直，堰口保持水平；堰頂水頭用水尺量測，水尺置于堰板前≥1.5 m處。

該工程發(fā)電廠房距離壩體較近，導(dǎo)致壩后的設(shè)計水位1 524.429 m高于量水堰堰口高程1 511.00 m，在來水量較大年份量水堰將會被淹沒。

2.4 繞壩滲流孔

在左右岸坡部位各布置5個水位孔，用以監(jiān)測左右岸地下水位的變化情況。通過蓄水前后及運行期庫水位變化與左右岸地下水位變化的相關(guān)性來判斷是否存在繞壩滲流現(xiàn)象。

3 滲流監(jiān)測資料分析

3.1 周邊縫滲壓

周邊縫滲壓計及水位線見圖3，周邊縫典型滲壓計監(jiān)測成果見圖4。

圖3 周邊縫滲壓計及水位線

圖4 周邊縫典型滲壓計監(jiān)測成果

蓄水后低高程滲壓計水位有明顯增加，蓄水最高至1 618 m時，左岸1 536 m以上、右岸1 515 m以上部位周邊縫滲壓計滲透壓力基本無變化，表明相應(yīng)高程面板周邊縫及面板防滲性良好。低高程部分滲壓計自安裝后至蓄水前基本無水壓，蓄水后水位明顯增加，如DB-P-05蓄水后壓力增大170.49 kPa，水位達到1 507.05 m，原因是該測點高程最低，蓄水后滲水向該部位匯集，導(dǎo)致壓力增加較多，但水位仍低于周邊測點。蓄水至今較低部位滲壓計壓力有小幅度變化，總體趨于穩(wěn)定。

3.2 堆石體內(nèi)水位

堆石體內(nèi)水位線監(jiān)測成果見圖5。蓄水后堆石體基坑內(nèi)滲壓計水壓均有所增加，各點水位由前至后呈遞減趨勢，其中2015年6月23日各點水位較高，之后有所下降，至2021年底水位隨庫水位變化有較小的增減，變化量較庫水位變化量小很多；B-B斷面前兩支滲壓計位于面板下墊層料及過渡料內(nèi)部，水壓增加較大，該部位滲透系數(shù)較小，此處水力坡度也較大，計算值為189%；第二支滲壓計至量水堰間488 m距離，水力坡度為15.4%，第三支之后部分出現(xiàn)了-0.011的負水力坡度，主要是因為B-B斷面位于較低高程，部分滲透水由兩側(cè)高高程向此部位下游匯集，從而產(chǎn)生偶爾的異常現(xiàn)象，在各環(huán)境量相對穩(wěn)定的情況下，該部位水位受到上下游水位補給將會達到正常狀態(tài)。

圖5 堆石體內(nèi)滲壓計及水位線

3.3 滲漏量

設(shè)計計算滲漏量為117.5 L/s，自大壩蓄水以來壩后量水堰最大滲流測值為64.2 L/s（庫水位為1 617 m，2015年6月13日）。2022年1月17日量水堰流量人工測值為9.17 L/s（庫水位為1 617 m），隨著運行時間的增加，面板前的粉土鋪蓋區(qū)的細粒物質(zhì)隨著滲水對部分較小裂縫進行填充，形成了面板小滲漏通道的自愈，運行期滲流量較蓄水初期總體呈逐年小幅下降趨勢。2018年10月底白格堰塞湖洪峰過境期間滲漏量有一定波動，雨季期間受降雨影響滲漏量也會有較小增加。目前滲漏量較設(shè)計計算值小，而與同類壩型相比滲漏量也處于低值，水質(zhì)清澈無渾濁，表明面板防滲效果良好。壩體滲漏量監(jiān)測成果見圖6。

圖6 壩后梯形量水堰監(jiān)測成果

3.4 繞壩滲流

蓄水后繞壩滲流觀測孔孔內(nèi)水位介于1 514.7 m～1 615.5 m之間，位于左、右岸灌漿洞1 626 m高程的DB-HW-02、DB-HW-09、DB-HW-10水位較高且與庫水位有一定相關(guān)性，主要是因為這3支儀器離庫區(qū)較近，受庫水位影響較大。其余測點測值與庫水位無明顯相關(guān)性，無繞壩滲流現(xiàn)象發(fā)生。

3.5 堆石體滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)國內(nèi)外已建工程對墊層料的滲透破壞試驗，滲透破壞比降均大于100，本工程墊層水平寬度為3 m，墊層承受最大水力比降小于50，不會發(fā)生滲透破壞。監(jiān)測成果分析表明墊層料至過渡料間水力坡度為189%，遠小于設(shè)計滲透穩(wěn)定指標(biāo)要求，過渡料至堆石體間水力坡度為37%，此擋水建筑物處于滲透穩(wěn)定狀態(tài)。

梨園水電站尾水較高，校核水位1 526.31 m超過量水堰擋水壩壩頂高程1 512.00 m，在壩后的擋水壩上修建量水堰，一般情況下量水堰能正常工作，擋水壩后水位淹沒的堆石體橫斷面面積為2 470 m2，堆石區(qū)填筑孔隙率為20%，監(jiān)測到的最大滲漏量64.2 L/s（下游量水堰被淹沒無法量測，不予考慮），壩體內(nèi)平均滲透系數(shù)為2.245 m3/d，與同類壩型相比處于較小狀態(tài)，蓄水后至2021年底壩體表面最大沉降145.7 mm，堆石體沉降變形趨于平穩(wěn)，壩體處于穩(wěn)定狀態(tài)，面板及帷幕防滲效果較好。

4 結(jié)論及建議

（1）梨園水電站混凝土面板堆石壩總體滲漏量小于設(shè)計計算值，與同類壩型相比處于較低水平，防滲效果良好，蓄水前后周邊縫及壩基滲壓有較小增加，總體滲流穩(wěn)定，不影響壩體穩(wěn)定。

（2）堆石體內(nèi)水力坡度較小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；滲水點位于面板不同位置，堆石體內(nèi)部偶爾出現(xiàn)異常水力坡度屬正?，F(xiàn)象，總體處于滲透穩(wěn)定狀態(tài)；墊層料內(nèi)的水力坡降小于設(shè)計允許值，滲流不影響擋水建筑的穩(wěn)定性。

（3）堆石體內(nèi)滲壓計布置能夠真實全面監(jiān)測蓄水后堆石體內(nèi)浸潤線，結(jié)合量水堰滲漏量分析綜合判斷面板堆石壩滲透穩(wěn)定性，可為類似工程的建設(shè)及安全運行提供借鑒。

（4）因本工程尾水位較高，導(dǎo)致部分時段下游水位沒過量水堰，并且形成對壩體下部造成浸泡的不利影響，建議類似面板堆石壩在保證堆石體抗浮滿足要求的情況下提高量水堰擋水高程至下游校核水位以上。