柏葉口水庫面板堆石壩滲流分析

張 琛

（1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西省柏葉口水庫建設(shè)管理局，山西 太原 030012）

1 引言

面板堆石壩是各種水利工程建筑結(jié)構(gòu)中較為常見且十分重要的一種壩型，其壩體結(jié)構(gòu)的防滲層主要為鋼筋混凝土面板。國內(nèi)的混凝土面板堆石壩始建于20世紀(jì)80年代，迄今已有30多年的歷史，建設(shè)工藝日漸完善。在壩體安全監(jiān)測眾多項目中，滲流觀測分析至關(guān)重要。如果面板堆石壩壩體的變形過大，大壩面板和止水系統(tǒng)遭受損毀開裂的幾率將會增大，進(jìn)而造成壩體滲水，更會危及整個樞紐的安全。因而，在設(shè)計和施工過程中對壩體滲流應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測和分析。通過滲流監(jiān)測和分析，研究滲流影響因素及其變化規(guī)律，可為其他水工構(gòu)筑物滲流量的監(jiān)測和分析提供借鑒。

2 工程概況

柏葉口水庫位于交城縣會立鄉(xiāng)柏葉口村，建于文峪河干流之上，距下游文峪河水庫約30.7 km。水庫總庫容9712萬m3，控制流域面積875 km2，是一座以工業(yè)和城市生活供水、防洪為主，兼顧提高現(xiàn)有灌溉保證率、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。水庫樞紐為Ⅲ等工程，主要水工建筑物包括大壩、溢洪道、泄洪發(fā)電洞和水電站等。大壩壩頂長310m、寬10m，壩頂高程1138.30m，壩高88.3m。防浪墻頂高程1139.5m，設(shè)在壩頂上游側(cè)，上游及下游的坡度比均為1∶1.4。大壩下游壩坡設(shè)有馬道，間隔為20m高、2m寬，馬道上設(shè)6處安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站。柏葉口水庫大壩壩基防滲方式為單排帷幕，帷幕深50~30m。大壩右岸由左壩端處向山體延伸約30m，左岸經(jīng)溢洪道向左側(cè)延伸約30m，為混凝土面板堆石壩。

2010年4月大壩主體開始填筑，2010年10月填筑至1098m高程后開始全斷面填筑，2010年11月大壩填筑至壩頂1138.3m高程，2011年12月水庫大壩填筑工程竣工。

3 大壩滲流監(jiān)測

3.1 壩基滲水壓力監(jiān)測

為觀測壩基防滲系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及覆蓋層的滲透情況是否穩(wěn)定，在壩體斷面0+100和0+156底部埋設(shè)6支（SY19～SY24）鋼弦式滲水壓力計，兩個斷面位置各安裝3支，見表1。

表1 壩基滲壓計埋設(shè)位置表

3.2 帷幕灌漿前后滲流壓力監(jiān)測

為達(dá)到監(jiān)測防滲帷幕工作狀況的目的，沿壩軸線方向在帷幕上下游3.5m處分別埋設(shè)6支（共計12支）滲水壓力計，見表2。

表2 趾板滲壓計埋設(shè)位置表

3.3 繞壩滲流監(jiān)測

在大壩左岸和右岸沿流線方向共布置15個滲流測點，其中沿左岸布設(shè)6個（S1～S6），沿右岸布設(shè)9個（RS1～RS9）。在大壩蓄水位正常值的浸潤線下方進(jìn)行各個測點的布置，用于觀測壩體兩岸繞壩滲流的分布情況。

4 壩基、壩體及繞壩滲壓觀測方法

壩基和壩體滲壓觀測，是在相應(yīng)位置上安裝滲水壓力計進(jìn)行監(jiān)測，滲水壓力計接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用采集儀器對采集設(shè)備的電子信號進(jìn)行采集，再通過專用軟件轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的物理數(shù)值。繞壩滲流觀測可通過便攜式水位計進(jìn)行人工觀測，也可接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行自動化觀測。

5 壩基滲壓觀測分析

在壩0+100和壩0+156斷面上壩基滲水壓力始測日期為2010年7月，初蓄期庫水位變化曲線如圖1所示。

圖1 初蓄期庫水位變化曲線圖

周期內(nèi)壩基滲壓計觀測數(shù)據(jù)隨觀測周期內(nèi)庫水位的變化呈階段性關(guān)聯(lián)，結(jié)合圖1進(jìn)行分析如下：

第一，蓄水前（2013年9月以前）壩體填筑的最初階段，降雨、施工等因素對數(shù)值影響明顯，壩基滲壓計滲透壓力總體呈現(xiàn)上下起伏狀態(tài)，但滲透壓力均較小，表明壩基滲壓計工作正常。

第二，蓄水后庫水位的變化對各測點測值有較為明顯的影響,各滲水壓力計測值曲線變化趨勢基本一致，并隨著庫水位升高而增大，趨于平緩。從后期滲水壓力測值和庫水位變化對比來看，后期滲水壓力與庫水位相關(guān)性不明顯，說明壩基與壩體的防滲性能良好。

第三，就其埋設(shè)位置而言，越靠近壩體上游處滲水壓力越高，越遠(yuǎn)離上游測點滲水壓力越低，符合面板堆石壩的一般規(guī)律。

6 帷幕灌漿前后滲流壓力觀測分析

為監(jiān)測趾板帷幕灌漿的防滲效果和壩基、壩體滲流狀況，在帷幕上下游3.5m處沿壩軸線方向布置的兩個監(jiān)測斷面上，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)各及周期內(nèi)滲壓計觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：蓄水后，防滲帷幕前滲壓計滲透壓力數(shù)據(jù)與庫水位值呈明顯相關(guān)。而防滲帷幕后滲壓計滲透壓力值很小，基本不變。據(jù)此表明，帷幕前后滲壓折減明顯，帷幕灌漿的防滲效果視為正常。

7 繞壩滲流觀測分析

2012年5月開始記錄繞壩滲流初始數(shù)據(jù)。觀測數(shù)據(jù)滲壓計測值維持穩(wěn)定無明顯變化，與觀測周期內(nèi)庫水位變化無相關(guān)性，數(shù)據(jù)觀測結(jié)果結(jié)合觀測周期內(nèi)庫水位變化曲線圖分析如下：繞壩孔水位很穩(wěn)定，水庫水位變化對其幾乎無影響，說明繞壩孔與庫水基本不存在滲流連通，因此總體來看，山體的防滲性能較好。

8 結(jié)論

綜合以上對壩基和壩體滲壓觀測、防滲帷幕前后滲壓觀測以及繞壩滲流觀測的分析結(jié)果可知：

第一，各測點滲水壓力計的測值趨于穩(wěn)定。在水庫蓄水之后，滲水壓力計值與水庫水位值無明顯相關(guān)性，說明壩基防滲性能良好。

第二，帷幕前后滲壓折減較為明顯，表明防滲效果正常。

第三，繞壩孔水位很穩(wěn)定，水庫水位對其幾乎沒有影響，說明繞壩孔與庫水基本不存在滲流連通，因此總體來看，山體的防滲性能較好。

[1] 呂海東.混凝土面板堆石壩滲流場與應(yīng)力場的耦合分析[D].西安理工大學(xué)，2007.

[2] 岑黛蓉.覆蓋層上面板堆石壩壩壩區(qū)滲流場特性及分析模型研究[D].河海大學(xué)，2007.

[3] 牟聲遠(yuǎn).高混凝土面板堆石壩安全性研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[4] 李炎隆.混凝土面板極端破壞情況下堆石壩滲流與應(yīng)力變形特性研究[D].西安理工大學(xué)，2008.

[5] 付國棟.施工期壩面過水面板堆石壩滲流場與應(yīng)力場的耦合分析[D].西安理工大學(xué)，2010.

[6] 張嘎，張建民，洪鏑.面板堆石壩面板出現(xiàn)裂縫工況下的滲流分析[J].水利學(xué)報，2005，4：420-425.

[7] 宋飛，張嘎，張建民.各向異性對積石峽面板堆石壩滲流的影響分析[J].巖土力學(xué)，2007，28（增刊）：286-290.