张峰水库初期蓄水大坝坝体渗流安全监测分析

李凯凯

（山西张峰水库建设管理局 山西沁水 048215）

1 工程概况

张峰水库位于山西省沁水县张峰村，是黄河流域沁河干流上第一座大型水利枢纽工程，库容3.94亿m3，建设任务以城市生活和工、农业供水为主，兼顾防洪、发电等综合利用。

大坝为黏土斜心墙堆石坝，坝顶高程763.8m，坝顶长627m，坝顶宽10.0 m，最大坝高72.2m，上游坝坡1∶1.75，下游坝坡1∶1.5；黏土防渗体顶部高程762.80 m，顶宽4.0 m，高程752.5m以上采用直心墙，以下为斜心墙，心墙上游边坡1∶0.75,下游边坡1∶0.25，上游堆石料与心墙之间设置一层反滤层和一层过渡层，心墙下游与堆石料之间设置两层反滤层和一层过渡层。

2 监测布置

大坝渗流观测分为坝体渗流观测、坝基渗流观测、右岸绕坝渗流观测和渗透流量观测四个部分。坝体渗流观测通过布设在0＋175、0＋350和0＋550三个断面上的渗压计反映，观测数据反映出坝体各个阶段的渗透特性，设备布置情况如下：

0＋175 观测断面，703.00 m高程上，埋设6支渗压计；718.00 m高程上，埋设5支渗压计；733.00 m高程上，埋设3支渗压计；748.00 m高程上，埋设2支渗压计。

0＋350 观测断面，在703.00 m高程上，埋设7支渗压计；718.00 m高程上，埋设5支渗压计；733.00 m高程上，埋设3支渗压计；748.00 m高程上，埋设2支渗压计。其中703.00 m高程埋设的渗压计P-3-4-2、P-3-4-3、P-3-4-4的3支仪器损坏，其余仪器工作情况正常。

0＋550 观测断面，在748.00 m高程上，埋设2支渗压计。

坝体孔隙水压力计共计35支。

3 坝体渗流分析

3.1 渗透压力观测值与库水位相关性分析

0＋175 剖面上，布设在心墙上游过渡层中的渗压计有P-1-4-1（718m 高程）、P-1-6-1（703m高程），在 0＋350剖面上同样布设在心墙上有过渡层中的渗压计有P-3-3-1（718m高程）、P-3-4-1（702.4m高程）。由于上游过渡层渗透系数较大，这4支渗压计观测的渗透压力值应该与库水位基本一致。通过分析这四支渗压计的测值可以判断渗压计观测的可靠性。

渗压计观测得到的是孔隙水压力值，可以将渗压计实测的孔隙水压力按公式换算成水头高程值，即：

式中：h -渗透水头高程，m；

h0-仪器埋设高程，m；

△U-渗压计实测的孔隙水压力，kPa；

γwg-水的重度，kN/m3。

由此得出各个渗压计观测得到的渗透水头高程值与库水位的关系见图1到图4所示：

图1 P-1-4-1（0＋175断面，718m）渗透水头与库水位关系曲线

图2 P-3-3-1（0＋350断面，718m）渗透水头与库水位关系曲线

图3 P-1-6-1（0＋175断面，703m）渗透水头与库水位关系曲线

图4 P-3-4-1（0＋350断面，703m）渗透水头与库水位关系曲线

从图1、图2可以看出，两个断面718m高程上的渗压计监测得到的渗透水头高程与库水位基本一致，水头随库水位的变化而相应变化，两者值相差不大，说明监测数据可靠，能够反映坝体渗透情况。

P-1-6-1渗压计的观测渗透水头高程值与库水位相差较大，最大达到40 m左右。说明该仪器在埋设过程中没有埋设到过渡层中而设在心墙之内。P-3-4-1渗压计观测初期与库水位基本一致，之后突然升高一段时间后恢复与库水位一致，再后就测不出数据，说明仪器损坏，不作为分析依据。

将0＋175断面P-1-4-1测点和0＋350断面上P-3-3-1测点水头高程与库水位绘制成为相关曲线如图5、图6所示。理论上由于这两个测点埋设在上游坝壳反滤层中，渗透水头值与库水位应该是一条45o倾角的光滑曲线，如果与该线基本符合说明测值正确可信，如偏离过大就说明测值不可靠。

图5 P-1-4-1测点渗透水头高程与库水位相关曲线

从图中看出，两者整体趋势是在一条45o曲线上，整体数据是可信的。综上分析表明，埋设在过渡层中的渗压计观测数据与库水位基本一致，测值可信。

3.2 心墙防渗效果分析

0＋175 断面在718m高程上埋设的4支渗压计测值水头变化时程图7可以看出，心墙上游过渡层中的渗透水头基本与库水位一致（P-1-4-1），由上游向下游（即P-1-4-2到P-1-4-3）渗透水头依次减小，到心墙下游过渡层（P-1-4-5）后渗透水头最小，说明心墙防渗效果明显。

0＋350 断面在718m高程上埋设的5支渗压计水头变化程图8也可以看出同样的规律。从以上分析综合得出：坝体心墙的防渗效果良好。

图6 P-3-3-1测点渗透水头高程与库水位相关曲线

图7 0＋175断面（718m）心墙与过渡层渗透水头变化时程图

图8 0＋350断面（718m）心墙与过渡层渗透水头变化时程图

4 坝基渗流分析

0＋175 断面下游基岩布设了5支渗压计，用来反映下游岸坡的渗透压力。渗压计测值均为负值，从观测结果看，该断面下游岸坡上无渗流发生。另外在该段面坝基帷幕上下游各埋设有2支渗压计，这两个渗压计的测值可以反映帷幕的防渗效果。图9、10绘出了帷幕上下游同高程的两支渗压计测定的渗透压力值随时间变化的过程线，从图中看出，在帷幕的上部（对应于P-1-8-1,P-1-8-2测点）帷幕下游渗透压力明显小于上游，渗透压力折减系数在0.1～0.4之间，说明帷幕上部防渗效果良好。但是帷幕下部（对应于P-1-9-1,P-1-9-2测点）刚好相反，可能是两支渗压计埋设位置不准确，均埋入帷幕内所致。

图9 0＋175断面坝基帷幕上下游渗透压力值时程曲线

图10 0＋175断面坝基帷幕上下游渗透压力值时程曲线

0＋350 断面帷幕上部两支渗压计（上游P-3-6-1,下游P-3-6-2），以及下部两支渗压计（上游P-3-7-1,下游P-3-7-2）的渗透压力测值时程曲线见图11所示。图中看出帷幕上部上游渗压大于下部但幅值不大，帷幕下部上下游测值基本一致，也可能是渗压计埋入帷幕内所致。

图11 0＋350断面坝基帷幕上下游渗透压力值时程曲线

综合分析认为：多支渗压计埋入帷幕内埋设位置不准，特别是上游侧渗压计埋入帷幕内，影响了对帷幕防渗效果的判读。但是总体看幕后渗透压力值较小，说明帷幕防渗效果尚可。

5 总结

通过坝体安装的渗压计观测数据与库水位相关性分析和黏土心墙防渗性分析，以及坝基渗流情况的分析，可以得出以下结论：

（1）从坝体初蓄期渗压计观测资料可看出，绝大部分渗压计测值正常，上游过渡层中埋设的渗压计测值与库水位密切相关，折算成渗透水头高程与库水位基本一致，表明渗流观测资料可靠。

（2）心墙防渗效果良好，浸润线经过心墙后水头降幅较大，说明大坝目前工作性态正常。

（3）坝基帷幕上下游渗透压力测值表明：有些部位帷幕上游渗透压力还大于下游值，但是幅度不大，说明上游侧渗压计可能埋入到帷幕内。但是从渗透压力测值看，坝基渗透水头较库水位低很多，说明基岩渗透性较小，坝基防渗可以保证。

（4）下一步应注重坝体及坝基础渗流量异常情况，确保大坝安全。