水庫面板堆石壩工程的滲流設(shè)計及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析――以松陽黃南水庫工程為例

萬超明 義烏市水務(wù)局

1.工程概況

（1）工程簡介。松陽縣黃南水庫工程建在浙江省麗水市松陽縣境內(nèi)松陰溪最大支流小港源上，距黃南村峽谷河上游約400m處。黃南水庫屬于中型水庫，最大壩高97.00米，總庫容9196萬立方米，正常庫容7580萬立方米，正常水位329.00米。

（2）大壩設(shè)計指標(biāo)。

1）混凝土面板堆石壩，壩長267.00米，壩頂高程337.00米，防浪墻墻頂高程337.50米，壩基最低高程240.00m。

2）上下游坡比均為1：1.4，下游壩為砼網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡。

3）堆石壩由墊層區(qū)、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)等組成，壩頂鋪上厚20cm的C25F50混凝土面,壩底鋪上厚15cm碎石墊層，墊層下部為壩頂靜碾堆石區(qū)[1]。

2.滲流監(jiān)測布置及設(shè)計指標(biāo)相關(guān)要求

2.1 滲流監(jiān)測設(shè)施平面布置

1）大壩滲流監(jiān)測。大壩滲流監(jiān)測分為壩體、壩基、繞壩滲流、滲流量四個部分。

①壩體滲流監(jiān)測。壩體滲流監(jiān)測采用滲壓計觀測。壩體滲流選取3個橫斷面布置，分別為壩0+116.00、壩0+157.00、壩0+198.70。每個橫斷面各布設(shè)3 支滲壓計，分別位于壩上0+057.00、EL.290.00處，壩下0+005.00、EL.290.00處，壩上0+016.00、EL.319.00處，共計9支滲壓計。

②壩基滲流監(jiān)測。壩基滲流監(jiān)測采用滲壓計觀測。壩基滲流選取3個橫斷面布置，分別為壩0+116.00、壩0+157.00、壩0+198.70。每個橫斷面各布設(shè)6 支滲壓計，分別位于壩上0+126.00、壩上0+100.00、壩上0+057.00、壩下0+005.00、壩下0+060.00、壩下0+120.00壩基以上0.5m處，共計18支滲壓計。

③繞壩滲流監(jiān)測。大壩繞壩滲流監(jiān)測采用測壓管（內(nèi)埋滲壓計）觀測。在大壩左岸布置6個繞壩滲流孔，在大壩右岸布置6個繞壩滲流孔，孔內(nèi)均布置滲壓計。

④滲流量監(jiān)測。大壩滲流量監(jiān)測采用量水堰觀測。在大壩壩后底部布置2個量水堰。

2）溢洪道滲流監(jiān)測。溢洪道邊坡地下水位監(jiān)測采用測壓管觀測。布置3個測壓管，位于邊坡馬道上。

2.2 滲流設(shè)計的施工要求及滲壓計指標(biāo)

1）滲流設(shè)施的施工要求。

①材料:測壓管及其附件采用鍍鋅管材。

②在施工中，先采用巖芯管沖擊法干鉆進(jìn)行造孔，并對取出巖芯按取出順序進(jìn)行編號拍照和記錄，如遇到塌孔時不能用泥漿固壁，但用套管護(hù)壁，具體由現(xiàn)場地質(zhì)工程師查勘確定。

③根據(jù)實際情況確定埋設(shè)導(dǎo)管長度，接頭處采用外絲扣，用外絲箍接頭處銜接好。

④在埋設(shè)測壓管前，要認(rèn)真檢查鉆孔深度、孔底高程、孔內(nèi)水位、有無塌孔以及測壓管加工質(zhì)量、各管段長度、接頭、管帽等情況，并做好詳細(xì)記錄。

⑤在安裝、封孔完畢后測壓管需進(jìn)行靈敏度檢驗。檢測方法：在庫水位穩(wěn)定時，先測定管中水位，再向管內(nèi)注清水，后觀測記錄。1～2小時降至原水位或注水后水位升高不到3m～ 5m為合格。

⑥在測壓管造孔至靈敏度檢測的整個過程中，應(yīng)及時記錄并詳細(xì)說明有關(guān)情況和數(shù)據(jù)，必要時要進(jìn)行干密度、級配和滲透等試驗檢測。完工時要提交完整的“測壓管鉆孔巖土分布柱狀圖”和“測壓管埋設(shè)安裝考證表”，并要存檔保管。

⑦靈敏度檢驗合格后，應(yīng)盡快安設(shè)管口保護(hù)裝置。

⑧測壓管孔底高程可由現(xiàn)場地質(zhì)工程師根據(jù)實際情況調(diào)整，以在非雨天打至地下水位以下20m并滿足設(shè)計孔底高程要求為標(biāo)準(zhǔn)。

⑨測壓管位置及孔口高程可根據(jù)實際地形情況作適當(dāng)調(diào)整。

⑩測壓管及附件防腐要求：紅丹打底兩遍.涂防銹漆兩道。

?每個測壓管中各埋設(shè)一只滲壓計，埋設(shè)高程距孔底40cm。埋設(shè)前滲壓計需飽水24h浸泡充分。埋設(shè)完畢，先將電纜適當(dāng)保護(hù)，待整個測站埋設(shè)結(jié)束后，再統(tǒng)一接線布線，加保護(hù)管引至相應(yīng)的測站。電纜要求采用水工四芯屏蔽電纜。

2）滲壓計設(shè)計指標(biāo)。滲壓計量程≥0.7 Mpa；精度：≤0.1%F.S；靈敏度：≤0.025%F.S；線性：≤0.5%F.S。

3.設(shè)置滲流措施的目的與引用規(guī)范

3.1 目的

施工期為蓄水后的后續(xù)施工提供參考和指導(dǎo)數(shù)據(jù)，監(jiān)測大壩運營期的滲漏情況，為后續(xù)水庫的運行管理積累提供基礎(chǔ)資料。

3.2 引用的主要規(guī)程規(guī)范

中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》SL237-1999、《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》SL49-2015；

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》GBJ145-90；

中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水電水利工程施工測量規(guī)范》SL52－2015；

松陽縣黃南水庫混凝土面板堆石壩填筑料分區(qū)試驗及施工要求（設(shè)計圖紙SK1017X-SG02-10）。

4.滲流設(shè)備

本工程所有滲流設(shè)備配備有18支壩基滲壓計BGK4500S-700kPa，9 支壩體滲壓計BGK4500 S -700 kPa，12支繞壩滲壓計BGK4500S-700kPa，8支溢洪道滲壓計BGK4500S-700kPa，12個Ф90繞壩測壓管，5個Ф90水位孔，1個量水堰。

5.儀器設(shè)備的埋設(shè)

（1）壩體、壩基滲壓計的埋設(shè)。

1）將透水石放在除掉空氣的水中，浸泡2小時以上，可以除掉透水石中的空氣。

2）組裝滲壓計：在除掉空氣的水中的滲壓計要重新組裝，將組裝的滲壓計要一直放于已除掉空氣的水中以待備用。

3）測壓管中埋設(shè)前測量好孔深，先將滲壓計用土工布包好，然后將滲壓計放到孔底，記錄好滲壓計埋設(shè)高程，將滲壓計電纜從帶有電纜出口的測壓管孔口裝置引出，做好孔口及電纜出口的密封止水措施。

4）壩體、壩基滲壓計先將滲壓計用土工布包好，回填砂或粒靜小于5cm的級配碎石料。

5）讀數(shù)并做好電纜保護(hù)工作。

（2）測壓管的質(zhì)量控制。

1）鉆孔過程。

①測壓管鉆孔機(jī)具采用鉆孔直徑φ110mm鉆頭，并深入強(qiáng)分化基巖1m，鉆孔與鄰近排水孔的傾斜度一致。

②根據(jù)設(shè)計要求，開孔孔位的偏差不大于50mm。

③完成鉆孔后，用壓力風(fēng)水進(jìn)行沖洗鉆孔，并將孔道內(nèi)的巖屑和泥沙進(jìn)行沖洗，一直沖洗至回水變清10min后為止。

④完成測壓管鉆孔后，要進(jìn)行臨時保護(hù)并作標(biāo)記，通知相關(guān)人員進(jìn)行檢查驗收，待驗收合格后，經(jīng)相關(guān)人員簽字確認(rèn)。

2）制作測壓管。

①測壓管選用鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管外徑為φ50mm，管壁厚4mm。

②進(jìn)水管長度80 cm 左右，在進(jìn)水管管壁上開透水孔，孔徑為φ4mm～6mm，按梅花形布設(shè)，開孔率控制在18%內(nèi)，管外壁用土工布包裹。

3）安裝測壓管。

①在鉆孔底部清理干凈后填充已洗凈的粒徑為5mm～8mm的砂卵石厚30cm墊層，密實。再將測壓管伸入孔內(nèi)至進(jìn)水管底部位的砂卵石墊層上。

②進(jìn)水管周圍填充已選定規(guī)格的干凈砂礫石后，并加以密實，填充至設(shè)計要求的高度，最后鋪設(shè)5mm厚的橡膠墊板和3mm厚的鋼墊板。

③測壓管的孔口段采用M10水泥砂漿回填至管口高程，水泥砂漿水灰比控制在0.4內(nèi)，并水泥砂漿灌實，等水泥砂漿終凝后，進(jìn)行管口高程測定，安裝好滲壓計，并引出電纜。

④測壓管的孔口位于地表面，從孔口引出電纜，走線將根據(jù)實際情況利用鋼管或PVC管進(jìn)行保護(hù)，并按設(shè)計要求牽引到指定觀測箱。

6.監(jiān)測頻率

滲流監(jiān)測設(shè)備完成后應(yīng)及時進(jìn)行觀測，特別是大壩初次蓄水后，應(yīng)提高觀測頻率，初期觀測時間根據(jù)水位上漲速度而定，有一定觀測經(jīng)驗積累后按如下要求進(jìn)行：

（1）繞壩滲流監(jiān)測：施工期1～4次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

（2）壩體、壩基滲流壓力監(jiān)測：施工期3～6次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

（3）滲流量監(jiān)測：施工期3～6次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

7.滲流分析

7.1 大壩滲流監(jiān)測

1）大壩滲流分析。

①壩基滲流。2019年5月～2019年8月壩前積水，此時面板尚未澆筑，導(dǎo)致壩基滲壓計水位升高，最大水頭11.48m，發(fā)生在P 0-3（壩0+192.00、壩上0+126.00、2019-7-11），2019年9月排水后水位降低。2020年8月份蓄水后壩基水位隨上游水位上漲隨之升高。

②壩體滲流。壩基滲流量觀測是：大壩樁號0+116.0、0+157、0+198.7等3處各設(shè)置6根測壓管，從2019年4月5日至2021年8月30日止，埋設(shè)高度240m～272m，最高水位為250.193m～272.042m，經(jīng)過分析壩基內(nèi)部水位無明顯變化。

壩體滲流量觀測K 大壩樁號0+116.0、0+157、0+198.7等3 處各設(shè)置3 根測壓管，從2019 年4月5日至2021年8月30日止，埋設(shè)高度290 m～319 m，最高水位為290.000m～320.045m，經(jīng)過分析壩體內(nèi)部水位無明顯變化。

2）繞壩滲流分析。從2020年6月1日至2021年9月30日止觀測資料分析，庫內(nèi)最高水位320.045m，最低水位260.000m，左右岸繞壩滲流最高出水水位位點338.022m，最低出水水位點328.010m，由此可見左右岸繞壩滲流孔RS1～RS4、右岸繞壩滲流孔RS7～RS11高于庫水位，不存在繞壩滲流。其他繞壩滲流孔與上游水位相關(guān)性不明顯，主要孔受降雨影響，雨季水位有所升高。

3）量水堰滲流分析。壩后量水堰水于2020年9月22日到達(dá)堰口，開始進(jìn)行滲流量監(jiān)測。2020年10月17日至2021年1月27日、2021年2月6日～2021年6月5日量水堰受施工單位抽水影響，暫時停測。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：2020 年9月28日～2020年10月2日受降雨影響，非真實測值，排除降雨影響后2020年10月（上游水位300m）滲流量在20 L/s。2021年8月25日滲流量在65.6L/s（上游水位326.69m），2021年9月30日滲流量37.08 L/s（上游水位317.70m）。量水堰滲流量隨水位下降明顯減小。

7.2 溢洪道滲流監(jiān)測

1）溢洪道地下水位監(jiān)測分析。溢洪道樁號0-032.00處設(shè)置3支測壓管，孔口高程分別是382.00m、367.00m、352.00m，檢測日期分別是2021年1月24日、2019年1月20日、2019年10月22日，由此可見：溢洪道邊坡地下水位較為穩(wěn)定，最高水位342.17m～356.644m、最低水位327.50～350.376m。

2）溢洪道泄槽段滲流分析。溢洪道上下游控制段樁號0+000、泄槽段樁號0+010、0+026、0+046、0+086、0+106、0+126 等處各設(shè)置1 支測壓管，埋設(shè)高程分別為318.000m、318.400m、312.310m、302.786m、293.262m、283.739m、274.215m、264.961m，觀測時間是2020年12月20日、2020年12月20 日，溢洪道滲流最高水位分別為318.63m、318.3m、312.54m、303.02m、293.49m、283.97m、274.44m、264.92m。由此可見：控制段滲壓計水位基本與上游水位一致，泄槽段滲壓計水位與安裝高程基本一致，滲透壓力較小。

8.經(jīng)驗和建議

總體而言，水庫的滲流監(jiān)測非常必要，是保證水庫正常運行的重要措施之一。通過對大壩的滲流監(jiān)測，一方面檢測了設(shè)計和施工質(zhì)量，另一方面為水庫的正常運行提供了重要的分析資料。隨著觀測數(shù)據(jù)的積累，可以模擬和建立水庫滲流對壩體形變的動態(tài)模型，為進(jìn)一步的研究堆石體變形過程提供基礎(chǔ)資料，并為后續(xù)同類工程提供一定的參考資料?；谟^測的方便和數(shù)據(jù)采集的有效性方面，以下問題在建造同類型水庫時仍需進(jìn)一步的完善：

壩體滲壓計的合理安裝部位和數(shù)量需進(jìn)一步研究，能否在水庫首次蓄水后根據(jù)實際情況動態(tài)增加一定數(shù)量的滲流計，而不是按規(guī)范要求均勻布設(shè)，是一項值得研究的內(nèi)容；

利用一定的大數(shù)據(jù)平臺，有必要建立在線滲流數(shù)據(jù)實時分析系統(tǒng)；

量水堰的觀測應(yīng)區(qū)分壩后來水和水庫滲水的區(qū)別，特別是壩體兩側(cè)填筑體和原地形結(jié)合處，盡量截斷地表水，確保量水堰水量觀測的準(zhǔn)確性；

初期觀測頻率盡量每天進(jìn)行，以準(zhǔn)確監(jiān)測水庫滲漏情況。