淺析返步橋水庫監(jiān)測資料變化規(guī)律及分布特征

周志維，馬秀峰，喻蔚然，董建良，羅梓茗

（江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

1 問題的提出

大壩安全評價的重點之一是分析壩基滲流壓力的監(jiān)測資料。在壩體表面及壩基埋設(shè)觀測設(shè)施，可實時監(jiān)測大壩的運行性態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)大壩存在的問題和隱患。通過分析監(jiān)測資料，及時發(fā)現(xiàn)大壩隱患的工程實例很多，為消除大壩安全隱患、水庫安全運行提供重要保障，段祥寶[1]等人通過滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)對富水水庫大壩進(jìn)行分析，判斷大壩黏土鋪蓋可能產(chǎn)生滲透破壞等；張玉龍等[2]通過滲流監(jiān)測實例，分析壩體內(nèi)部的滲流運行不安全。因此，監(jiān)測數(shù)據(jù)是分析大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及滲流分析最主要依據(jù)。

大壩監(jiān)測是大壩運行管理最重要的工作之一，但是，由于觀測設(shè)施的可靠性差，致使許多觀測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能直接反應(yīng)大壩運行情況。造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如施工原因、專業(yè)技術(shù)限制、觀測方法不合理，導(dǎo)致測壓管堵塞失效、數(shù)據(jù)精度不高、觀測系統(tǒng)損壞等。因此，在進(jìn)行監(jiān)測資料分析時，對數(shù)據(jù)的可靠性分析是十分必要。一般通過靈敏度試驗[3]，結(jié)合數(shù)據(jù)的分布特征，對數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行分析。

大壩監(jiān)測內(nèi)容主要包括變形及滲流，而變形主要包括垂直位移及水平位移，影響因素主要包括庫水位、氣溫、時效等[4]。對于滲流壓力，主要包括壩體與壩基，由于庫水位長年劇烈變化，且土體長期處于飽和狀態(tài)下，土質(zhì)可能發(fā)生變化，對于薄弱部位，易發(fā)生滲透破壞，因此，滲流數(shù)據(jù)的可靠性是分析的重點內(nèi)容。

本文選取返步橋水庫，主要分析滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化過程及分布特征，結(jié)合靈敏度試驗，分析大壩滲流運行性態(tài)。

2 工程概況

2.1 大壩概況

返步橋水庫建于20世紀(jì)70年代初，后經(jīng)2009年除險加固。該壩為漿砌石重力壩，最大壩高60.20 m，壩頂長137.00 m，正常蓄水位344.20 m，壩頂寬9.00 m，壩內(nèi)設(shè)有灌漿廊道，距防滲面板底部0.50 m，帷幕灌漿伸入左壩肩15.00 m，伸入右壩肩21.00 m。大壩橫斷面見圖1。

圖1 返步橋水庫大壩橫斷面圖

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩壩頂平整，無明顯裂縫；壩基排水管水進(jìn)入廊道內(nèi)，由于無法及時排出，壩體廊道內(nèi)常年積水，排水系統(tǒng)失效。

2.2 水文地質(zhì)條件

庫區(qū)屬低山地貌，河谷呈較狹窄的“U”型或“V”型，河床坡降較大，水流較湍急，切割作用較為強烈，局部崖岸有坍塌現(xiàn)象。

3 滲流觀測設(shè)施布置與可靠性分析

3.1 測壓管布置情況

為監(jiān)測壩基滲流壓力，在溢流堰左右兩側(cè)，樁號0 +041.50 m（以下簡稱1#斷面）及樁號0 + 078.50 m（以下簡單2#斷面），各埋設(shè)3根測壓管，均設(shè)置在帷幕后，管底埋設(shè)在基巖面以下深約1.00 m，基巖以灰白、黃褐色中厚層狀石英巖為主，夾有不等粒砂巖和硅化角礫巖。測壓管考證情況見表1，測壓管平面布置見圖2。

表1 測壓管考證情況表

圖2 測壓管平面布置圖

3.2 靈敏度分析

采用降水頭注水試驗，對各測壓管觀測數(shù)據(jù)可靠性進(jìn)行檢驗[4]，測壓管水位回落過程見圖3。

圖3 測壓管注水試驗過程圖

各測壓管水位回落過程差異較大，除測點3外，其余測點回落速度較快，透水性能接近，表明壩基條件相似，各測點均能在1 d內(nèi)回到原水位，表明測壓管透水性能較好，靈敏度合格，測點3管水位下降緩慢，在較長時間內(nèi)管水位回落曲線趨于穩(wěn)定，明顯高于注水前管水位303.00 m，靈敏度不合格，管內(nèi)存在淤堵情況。另外，測點4與測點5的回落過程基本同步，透水性能非常接近。

4 滲流分析

1#，2#斷面測壓管水位變化過程見圖4。

圖4 斷面測壓管水位變化過程線圖

由圖4可知，在發(fā)生強降雨或連續(xù)降雨時，除少數(shù)測點偶有異常突變現(xiàn)象，且突變后穩(wěn)定，各測壓管水位運行基本平穩(wěn)，未見明顯異常變化，表明測壓管不受降雨影響。

樁號0 + 078.50 m斷面：測點1管水位變化規(guī)律與庫水位較為一致，庫水位上升時，管水位也上升，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93，表明該測點主要受庫水位影響；測點2管水位與測點3接近，過程線近乎呈直線，與庫水位相關(guān)性差，且測點3管水位高于測點2，根據(jù)靈敏度試驗結(jié)果可知，測點3觀測數(shù)據(jù)不可采用。從坡降可知，測點1與測點2之間區(qū)域平均坡降達(dá)到3.0以上，坡降較大，存在局部滲透破壞的可能，但壩基滲流整體穩(wěn)定性較好。

樁號0 + 041.50 m斷面：測點4在2014年9月前水平不動，不合理，記錄有誤，測點4平均管水位為306.89 m，測點5為306.86 m，測點6為300.84 m。測點4與測點5年均管水位及變化過程線基本重合，與庫水位相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9以上，受庫水位影響明顯，與廊道內(nèi)積水水位接近。綜合判斷，壩基排水管與兩測壓管之間存在斷層或滲漏通道，當(dāng)庫水位升高時，壩基揚壓力也變化，廊道內(nèi)積水變化，從而影響管水位的分布。測點6管水位過程線變化平穩(wěn)，與下游水位接近，主要受下游水位影響，揚壓力不大。從坡降可知，主要坡降集中在測點5與測點6之間，區(qū)域平均坡降達(dá)到1.5 ～ 2.0，坡降偏大，存在局部滲透破壞的可能，但壩基滲流整體穩(wěn)定性較好。

綜上分析，壩基揚壓力典型數(shù)據(jù)分布見圖5。樁號0 +041.50 m斷面比樁號0 + 078.50 m斷面揚壓力略大，揚壓力系數(shù)在壩基中間位置降到0.18以下，主要坡降集中在壩基中上部，中下部揚壓力較平穩(wěn)，滲流分布較合理，滲流運行性態(tài)較穩(wěn)定。

圖5 壩基揚壓力典型數(shù)據(jù)分布圖

5 結(jié) 論

（1）靈敏度試驗可作為檢查測壓管可靠性的有效手段，作為監(jiān)測資料分析重要鋪助方法。

（2）壩基大部分坡降發(fā)生在中上部位，壩腳處揚壓力較小，局部坡降偏大，但滲流壓力分布整體合理，穩(wěn)滲運行基本穩(wěn)定。

（3）測點4與測點5受廊道積水影響明顯，建議完善排水系統(tǒng)，并作進(jìn)一步地質(zhì)勘探，以便更準(zhǔn)確分析壩基揚壓力分布情況。