石佛寺水庫大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)和滲流性狀分析

孫 雷

（遼寧石佛寺供水有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽 110166）

1 工程概況

石佛寺水庫是遼河干流上唯一一座大型控制性水利工程，是遼寧省“十五”期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。水庫屬于河道型平原水庫，工程主要由主壩、副壩、泄洪閘、穿壩建筑物等組成。石佛寺大壩為均質(zhì)土壩，樞紐工程等級為Ⅱ等、泄洪閘、主壩等永久性水工建筑物級別為2級。水庫閘壩全長42.6km，其中主壩長12.4km，副壩長29.9km；水庫泄洪閘16孔，總寬248.5m。壩址以上控制流域面積16.48萬km2，其中控制省內(nèi)的流域面積1.62萬km2，淹沒影響耕地5.58萬畝，淹沒影響人口2142人。

1.1 地質(zhì)概況

水庫壩基為多層結(jié)構(gòu)，按巖性來劃分有三層，最下層為透水性較小的砂壤土層，厚度在3m～4m；中間層為具有強(qiáng)透水性的砂礫石層，此層為壩基主要的透水層；最上一層為砂泥層，厚度在1m～2m之間，透水性較砂礫石層小很多。由壩基地質(zhì)條件可以看出，壩基具有滲流發(fā)生的條件，并且石佛寺大壩為均質(zhì)土壩，壩體也存在滲流問題。自水庫大壩建成之后，部分壩段存在壩基滲流嚴(yán)重和壩體浸潤線高的問題。

2 滲流監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 滲流監(jiān)測系統(tǒng)功能需求分析

滲流監(jiān)測系統(tǒng)的建立首先要明確系統(tǒng)的功能需求，針對需求來設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)。為達(dá)到石佛寺水庫運(yùn)行安全和水庫日常信息化管理的目的，需建立水庫大壩的滲流監(jiān)測系統(tǒng)，滲流監(jiān)測系統(tǒng)主要包括主壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)和泄洪閘滲流觀測，確定功能主要為以下幾個方面：

（1）實(shí)時地對水庫大壩的壩體、壩基、泄洪閘的滲流情況進(jìn)行監(jiān)測，并自動采集和儲存滲流浸潤線數(shù)據(jù)。

（2）將采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能夠?qū)崟r定性定量地分析出滲流作用狀況，顯示各監(jiān)測點(diǎn)的滲流浸潤線、數(shù)據(jù)報(bào)表等內(nèi)容。

2.2 主壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)的建立

滲流監(jiān)測傳感器選用振弦式滲壓計(jì)，各監(jiān)測斷面的測點(diǎn)接入相應(yīng)的DAU數(shù)據(jù)采集儀，通過光纜與設(shè)在中控室內(nèi)的采集計(jì)算機(jī)組成主壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)。主壩滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩個方面的內(nèi)容：①將MicroZ-iCGRS連續(xù)測量參考站接收機(jī)作為兩個端點(diǎn)的接收機(jī)，兩個端點(diǎn)的接收機(jī)一是需要連續(xù)觀測，二是需要與IGS跟蹤站聯(lián)測。MicroZ-iCGRS系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足高品質(zhì)雙頻GPS無人值守連續(xù)數(shù)據(jù)采集作業(yè)的苛刻要求，數(shù)據(jù)文件可以在接收機(jī)連續(xù)跟蹤和記錄數(shù)據(jù)的同時，經(jīng)由MicroZ-iCGRS下載，并且也可實(shí)時輸出數(shù)據(jù)。②將AshtechproMark2單頻接收機(jī)作為滲流段面監(jiān)測用接收機(jī)，在段面監(jiān)測中，由于基線非常短，基線長度都在5m～25m之間，利用Ashtech的單頻接收機(jī)采集數(shù)據(jù)，并用隨接收機(jī)一起購買的數(shù)據(jù)處理軟件Ashtechsolutions解算基線并進(jìn)行平差，其精度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，成果滿足了土石壩變形與滲流監(jiān)測的精度要求。

圖1 各斷面的測點(diǎn)布置

圖2 BA0+125斷面測點(diǎn)滲流壓力水位

圖3 BA0+125斷面測點(diǎn)滲流浸潤線示意圖

圖4 BB0+010斷面測點(diǎn)滲流壓力水位

圖5 BB0+010斷面測點(diǎn)滲流浸潤線示意圖

圖6 BB0+010斷面壩基滲流壓力分布線

表1 各測點(diǎn)位勢統(tǒng)計(jì)表%

表2 各測點(diǎn)位勢統(tǒng)計(jì)表%

2.3 主壩滲流監(jiān)測方案

為了監(jiān)測壩體在上、下游水位差作用下浸潤線的變化和壩基滲流壓力的大小，設(shè)計(jì)建立了滲流監(jiān)測網(wǎng)。依據(jù)壩區(qū)及周圍地質(zhì)環(huán)境條件，在大壩的兩端分別選定朱爾山和調(diào)度中心樓樓頂為相對穩(wěn)定點(diǎn)，設(shè)立基巖墩兩個，作為全網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)沿大壩方向布設(shè)，與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，其中壩面GPS監(jiān)測點(diǎn)18個，高程擬合點(diǎn)2個，基準(zhǔn)點(diǎn)至各監(jiān)測點(diǎn)的平均邊長為7.4km，最長為11km，最短為5km。在 BA0+125、BA0+665、BA1+145、BA2+595、BA3+695 樁號斷面上各設(shè)5個浸潤線觀測點(diǎn)、5個壩基滲流監(jiān)測點(diǎn)；BB0+010、BB1+489、BB3+289 樁號斷面上各設(shè)5個浸潤線監(jiān)測點(diǎn)、4個壩基滲流監(jiān)測點(diǎn)。

2.4 泄洪閘滲流觀測方案

水庫蓄水時，泄洪閘、上游鋪蓋、斜坡段、消力池段底板在上、下游水位差作用下產(chǎn)生揚(yáng)壓力，在尾水作用下會產(chǎn)生浮托力。為了監(jiān)測對泄洪閘、上游鋪蓋、斜坡段及消力池段底板滲透壓力的大小，在泄洪閘每個閘段的閘墩中間的底板上埋設(shè)一個測點(diǎn)。對BA0+245.00、BA0+339.50樁號兩個斷面的閘底板進(jìn)行了重點(diǎn)觀測，每個斷面埋設(shè)4個測點(diǎn)。在上游鋪蓋、斜坡段及消力池段底板的橫剖面方向BA0+245.00、BA0+339.50樁號的縱剖面各布置3個測點(diǎn)。這些測點(diǎn)與設(shè)置在閘室內(nèi)的兩臺DAU數(shù)據(jù)采集儀連接，與設(shè)置在中控室的采集計(jì)算機(jī)組成泄洪閘滲流觀測系統(tǒng)。

3 主壩滲流性狀分析

石佛寺水庫于2005年7月汛前基本建成并發(fā)揮防洪效益，滲流監(jiān)測階段選取在2005年7月到2006年4月，采用滲流監(jiān)測系統(tǒng)對各監(jiān)測點(diǎn)的滲壓水位和浸潤線進(jìn)行分析。

3.1 防滲墻滲流性狀分析

（1）圖2、3為監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測階段得到的BA0+125斷面測點(diǎn)滲流壓力水位和斷面測點(diǎn)滲流浸潤線，分析測點(diǎn)滲流壓力水位過程線可知，防滲墻前后測點(diǎn)的水頭差值比較大。

（2）根據(jù)2005年9月1日采集數(shù)據(jù)計(jì)算得出測點(diǎn)位勢，見表1。

綜上分析可得，石佛寺水庫大壩防滲墻各段的防滲效果存在差異，但整體的防滲效果達(dá)到了預(yù)期的要求。

3.2 BB0+010和BB1+489斷面滲流分析

（1）圖4、5為監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測階段得到的BB0+010斷面測點(diǎn)滲流壓力水位和斷面測點(diǎn)滲流浸潤線，分析測點(diǎn)滲流壓力水位過程線可知，防滲墻前后壩基、壩體測點(diǎn)的水頭差值仍然較大。

（2）BB0+010和BB1+489斷面測點(diǎn)位勢統(tǒng)計(jì)見表2。

綜上所述，BB1+489防滲墻墻后壩體位勢較高，分析其原因，可能是由于壩體左側(cè)的發(fā)電尾水位頂托，致使壩體位勢處于一較高的水平。BB0+010和BB1+489兩斷面的滲流狀態(tài)相近，墻后壩體浸潤線較為平緩，并處于較低的水平；防滲墻前后的浸潤線有很大的波動，并且不是連續(xù)發(fā)展，這一特征正好符合復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)的滲流規(guī)律；壩基測點(diǎn)的滲流壓力逐漸降低，上游滲流壓力較高，下游滲流壓力小，壩基滲流壓力分布線平緩，滲流壓力坡降均在0.01范圍以內(nèi)，綜合分析結(jié)果為石佛寺水庫大壩滲流狀態(tài)良好。

4 結(jié)語

石佛寺水庫大壩滲流監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r地采集水庫大壩的滲流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了自動化監(jiān)測的目標(biāo)。通過滲流的自動化采集及處理，工作人員就可以評估大壩的滲流安全，為今后的水庫安全運(yùn)行及管理提供了科學(xué)的依據(jù)，確保了水庫大壩的長久安全運(yùn)行。陜西水利

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