某水电站坝基扬压力观测资料分析

黄小华

（福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000）

1 工程概况

某水电站位于福建省闽江干流中游，上游距闽北重要城市南平市94 km，下游距闽清县城14 km，距福州市84 km。坝址以上流域面积52 438 km2。该枢纽工程由大坝、电厂、船闸、升船机等建筑物组成，以发电为主，兼顾航运、过木。坝型为混凝土重力坝，坝顶全长783 m，最大坝高101 m，沿坝轴线方向分为42个坝段，其中8# ～ 21#为引水坝段，23# ～ 35#为溢流坝段，水库属不完全季调节水库。坝址位于新华夏系第二隆起带内，左右两岸地形大致对称，坝基为新鲜完整的花岗岩，岩性致密、完整、坚硬。根据地质勘探资料，坝区仅见较小的断裂及挤压破碎带，未发现较大的断裂，在构造上属于相对稳定地区。大坝沿基础灌浆廊道共布设扬压力测孔58个，用以监测坝基渗流状态，检查帷幕灌浆的防渗和排水效果。测孔主要沿坝轴线方向（纵向）和垂直于坝轴线方向（横向）布置，纵向布置的扬压力监测孔共 38 孔（编号为 UP1 ～ UP8、UP13 ～ UP18、UP23 ～UP30、UP35 ～ UP38、UP43 ～ UP45、UP50 ～ UP58）；横向布置扬压力监测孔位于11#、17#、25#、29#和32#坝段基础横向廊道内的20个测孔，编号为UP9 ～ UP12、UP19 ～ UP22、UP31 ～ UP34、UP39 ～ UP42、UP46 ～ UP49。测孔沿横向和纵向的分布见图1。

图1 大坝渗流观测布置图

2 扬压力变化规律

扬压力由上下游水位差产生的渗透水压力和下游水深产生的浮托力2部分组成。由于岩体中节理裂隙的产状十分复杂，所以，地基内的渗透以及作用于坝底面的渗流压力也难以确定。坝基扬压力作为影响大坝安全稳定的重要因素，一直以来都被视为重点项目进行检测。该水电站扬压力实测资料系列为1993年3月至2009年6月。现就实测资料做以下分析。

2.1 扬压力横向分布规律

图2 ～ 4为相关坝段横断面测值过程线图。根据横断面测值过程线图可以看出：

（1）因为扬压力受到上下游水位的影响，靠近上游侧的测孔受上游库水位的影响比中间测孔大，因而上游第1个测孔的孔水位最高。如11#坝段（UP8 ～ UP12）和17#坝段（UP18 ～ UP22）的第1个测孔（11#坝段UP8和17#坝段UP18）。其次为离上游较近的第2个测孔（11#坝段UP9和17#坝段UP19）孔水位也较高，中间（11#坝段UP10、UP11和17#坝段UP20、UP21）测孔孔水位最低，电站下游水位相对较高，在下游水位的影响下出现反渗现象，导致下游测孔的孔水位比中间测孔的孔水位更高，如测孔（11#坝段UP12和17#坝段UP22）。此外，2005年以后11#坝段UP11孔孔水位总体呈逐渐降低的趋势，可能是因为该孔出现淤堵所致。

图2 11#坝段横断面坝基扬压水位过程线图

图3 17#坝段横断面坝基扬压水位过程线图

图4 25#坝段横断面坝基扬压水位过程线图

（2）通过25#坝段横断面测值过程线图发现一些反常现象。如25#坝段（UP30 ～ UP34），大部分时段第5孔（UP34）孔水位高于其余4孔（UP30 ～ UP33），第4孔（UP33）高于第2孔（UP31）和第3孔（UP32），与扬压力正常分布规律矛盾。通过分析，反常现象是由于受到坝基断层带的影响。

2.2 扬压力极值变化规律

为了分析坝基扬压力沿坝轴线方向的分布，在图5中绘制了扬压力水位过程线沿坝轴线方向的最大值和最小值系列图。根据实测资料对各点测值特征值分析，大部分孔扬压力的年最大值发生在库水位较高、温度较低时，扬压力的最小值常发生在库水位较低、温度较高时。

图5 扬压力实测值沿坝轴线的分布图

2.3 渗透压力强度系数分布规律

渗压系数的计算公式为[1]：

式中：αi为第i个测压孔的渗压系数；Hi为上游水位（m）；为下游水位（m）；H2为第i个测压孔的实测水位（m）。

图6为坝基扬压力渗透压力强度系数沿坝轴线方向的分布图。从图6中分析可以看出，靠近左岸的UP1测孔（4#坝段）、UP2测孔（5#坝段）、UP3测孔（6#坝段）以及河床坝段的UP14测孔（13#坝段）、UP35测孔（26#坝段）、UP51测孔（34#坝段）和右岸的UP57测孔（38#坝段）的渗压系数偏大。其中UP1、UP2 、UP3渗压系数较大，其原因是该孔孔水位除了受库水位变化影响外，左岸地下水位影响也是一个重要原因。除上述测点外，其余测点的渗压系数都比较小，说明大坝帷幕防渗和排水效应显著。

图6 坝基扬压力渗透压力强度系数沿坝轴线方向的分布图

3 扬压力影响因素

通过对坝基扬压水位测值及其扬压水头、渗压系数等计算成果的分析可知，大坝各坝段的坝基扬压水位主要受水位、温度和时效等因素的影响。因此，坝基扬压水位由水位分量、温度分量和时效分量等几项组成[2]，即：

式中：P 为测孔水位（m）；PH、PT、Pθ、PR为测孔水位的水位分量（m）、温度分量（m）、时效分量（m）和降雨分量（m）。

（1）水位分量：上、下游水位变化对坝基扬压力有影响，且有一定滞后效应。上下游水位变化对坝基扬压力的影响相对较大。一般库水位升高，坝基扬压力滞后于库水位增大；库水位下降，坝基扬压力滞后于库水位减小。此外，由于大坝下游水位较高，下游水位对坝基扬压力也有一定影响，尤其是处于下游部位的测孔。

（2）温度分量：温度变化对坝基扬压力也有较大影响。一般低温时，坝基扬压力增大；高温时，坝基扬压力减小。这是由于坝基岩体裂隙及坝体微裂缝随着温度的升高（或降低），而呈现出闭合（或张开）的变化，因而坝基与坝体的渗流也相应减小（或增大），从而导致扬压水位的降低与升高。

（3）时效分量：时效与坝基扬压力没有明显的相关关系，对扬压力影响很小。

（4）降雨分量：通过资料分析，虽然降雨对坝基扬压力的影响不太明显，但在降雨较多的季节，较大的降雨量造成库水位升高，并对岸坡坝段的渗压有一定影响，从而间接地影响扬压力的变化。

4 结 论

在对大坝坝基扬压力资料分析的基础上，可以得出：

（1）横向扬压力测值受上下游水位的影响，离上游面较近的孔水位较高，受上游库水位的影响比中间孔大；而离下游面较近的孔，在下游水位作用下出现反渗，其孔水位比中间测孔水位略高。同时可能受到断层的影响，有些测孔的水位受下游影响较大，孔水位比相邻的测孔水位更高。

（2）从扬压测值极值可以看出，大部分孔扬压力的年最大值发生在库水位较高、温度较低时；扬压力的最小值常发生在库水位较低、温度较高时。

（3）经实测资料分析可知，上下游水位变化对坝基扬压力的影响相对最大，且坝基扬压力变化滞后于库水位的变化。温度改变对坝基扬压力的变化也会产生影响。时效分量和降雨分量对坝基扬压力的影响较小。