白石水库混凝土重力坝坝基扬压力监测分析

刘 亮

(辽宁省白石水库管理局有限责任公司，辽宁 朝阳 122000)

0 前 言

扬压力是分析大坝稳定性的重要指标，是影响大坝坝体稳定性的重要荷载，影响扬压力的因素包括上下游水位、时效、节理裂隙发育、帷幕防渗、坝体排水等因素[1]。坝基扬压力升高会使大坝抗剪强度降低，坝体材料也会受到溶解破坏，较大的扬压力会严重威胁大坝安全，在实际工程中运用帷幕防渗、抽(排)水等技术措施可有效降低大坝坝体的扬压力。

白石水库位于辽宁省北票市，坝址处河床宽380m，河床平均高程94m，坝基岩石为玄武质安山岩，全晶斑状结构，呈厚层单斜状产出，有三组节理，节理裂隙比较发育，坝基开挖共发现12条断层，多为扭性或压扭性断层。

1 坝基扬压力监测模型

白石水库大坝坝基共布设47个扬压力测点，其中36个纵向扬压力测点，11个横向扬压力测点。水库大坝自动化监测系统在2015—2019年间发生过几次雷击事件，造成数据采集模块损坏，部分数据缺失。为便于研究扬压力规律，选取2016年01月01日-2018年12月31日两岸坝肩(UP1-UP4，UP31-UP35)、河床处(UP15-UP18)共计13个纵向扬压力测点和16#坝段(UP16-1-UP16-4)4个横向扬压力测点的监测数据进行分析。

1.1 模型选择

库水位、时效、温度、降雨等是影响扬压力的主要因素，文章根据监测资料对影响扬压力的各因子进行分析研究，扬压力统计模型表达式为：

(1)

式中：YHS为上游水位分量，hi为观测日当天、前1d、前2d、前3d至前4d、前5d至前14d和前15d至29d的平均上游水位；YHX为下游水位分量，a7为下游水位分量因子回归系数；YT为坝基温度分量；YP为降雨分量；Yθ为时效分量，θ为观测日至始测日累计天数除以100，每增加1d，θ增加0.01。

1.2 模型分析

通过对纵向扬压力测点和横向扬压力测点建立数学模型，纵向测点和横向测点的复相关系数都在0.85以上，分析结果如下：

1)帷幕上游面各测点受水压分量和时效分量影响显著，水压分量占比都在50%以上，其中测点UP1-UP2、UP34、UP16-1占比在60%以上；时效分量占比在20%左右，基本呈负相关；温度和降雨影响较小，其中两岸坝肩处测点的降雨分量占比相对较高，占比在15%左右[2]。

2)测点UP1-UP2、UP15-UP16、UP34-UP35和UP16-1-UP16-2扬压力的变化滞后于上游库水位，测点UP32-UP33与上游库水位观测日当天的回归系数较大，滞后性不明显。

3)UP3-UP4、UP17-UP18、UP31、UP16-3-UP16-4等测点位于帷幕下游，几乎不受各因子的影响。

4)纵向扬压力两岸坝肩处和横向扬压力测点UP16-1-UP16-2的拟合值和实测值相差较小，解析成果理想。

2 基扬压力监测成果分析

2.1 坝基纵向扬压力分析

扬压力受库区上游水位影响明显，时效其次，受降雨和温度影响较小，根据2016年01月01日-2018年12月31的监测资料绘制扬压力过程线，详见图1、图2和图3。

图1 UP1-UP4坝基纵向扬压力过程线

图2 UP15-UP18坝基纵向扬压力过程线

图3 UP31-UP35坝基纵向扬压力过程线

分析结果如下：

1)由图1、由图2、由图3可知扬压力呈两岸高、河床底分布的规律。两岸坝肩扬压力测点水位较高，初步分析可能受绕坝渗漏及地下水影响。河床处扬压力较低，与F2、F17、F18断层通过此坝段有关，坝基虽经灌浆处理，但是仍存在局部透水性较好的情况，降低了河床处的扬压力水位。相较于帷幕上游测点，帷幕下游测点UP3-UP4、UP17-UP18、UP31扬压力值较小，经分析是由于水库下游经常处于低水位运行，一定程度上减小了下游水位对坝体产生的托浮力。

2)2016-2018年各测点测值无较大变化，其中灌浆帷幕上游的大部分测点测值与库水位具有相关性，且当库水位超过115m后，相关性更加明显，除受水力坡降影响的测点外，其余测点的水位远低于库水位，表明坝基纵向扬压力稳定[3]。

2.2 坝基横向扬压力分析

白石水库大坝坝基按照横向廊道分别布置三个扬压力监测断面测点，测点编号分别为UP9-1-UP9-4、UP16-1-UP16-4、UP24-1-UP24-3，为便于比较，选取数据采集连续性和稳定性都比较好的UP16-1-UP16-4测点进行分析研究。

2.2.1 坝基横向扬压力过程线分析

16#坝段坝基横向扬压力过程线，如图4所示。

图4 16#坝段坝基横向扬压力过程线

分析结果如下：

1)帷幕上游测点UP16-1扬压力水位较高，2016年2月至5月期间该测点的扬压力值出现较大的波动，此期间水库水位未出现骤升或骤降的情况，出现该异常情况可能与此期间发生的一次雷击事件有关。测点UP16-2过程线平缓，变化不大。各测点测值较2016-2017年无异常变化[4]。

2)位于帷幕下游的测点UP16-3-UP16-4过程线平缓，受水位、时效、降雨等因子影响较小，表明扬压力水位通过帷幕有很大折减。

2.2.2 坝基横向扬压力分布图

根据扬压力监测资料，选取2018年4个时间节点对扬压力的水柱分布图进行了分析，详见图5。

图5 16#坝段坝基横向扬压力分布图

由图5可知，帷幕上游测点UP16-1扬压力水柱较高，测点UP16-2扬压力水柱较小且无明显变化，测压管可能出现堵塞情况，帷幕下游测点UP16-3-UP16-4扬压力水柱基本没有变化，且扬压力水柱出现显著的减小，坝基防渗效果较好。

2.3 坝基扬压力系数

根据监测资料，对2018年01月03日纵向扬压力和横向扬压力的扬压力系数进行了计算，坝基扬压力系数详见表1。

表1 坝基扬压力系数统计表

由表1可知，帷幕上游侧测点的扬压力系数普遍大于下游侧的扬压力系数，分析结果如下：

1)坝基扬压力系数较大的测点为UP1-UP2、UP16、UP35 、UP16-01等，扬压力系数最大值为0.80，测点UP3 、UP4 、UP31及UP16-2-UP16-4扬压力系数较小，均未超过设计值。

2)防渗帷幕下游侧测点的扬压力系数小于设计系数，扬压力在坝基处受阻，防渗效果较好。

3)河床处测点UP16扬压力系数较高的，经分析是由于渗水的析出物堵塞了坝体的排水孔，排水不畅导致扬压力升高，现已对相关的排水孔进行疏通；防渗帷幕上游测点UP16-2扬压力系数较低可能存在测压管堵塞情况，需要及时对测压管进行疏通，以便更好对扬压力进行监测[5]。

3 结 论

通过对白石坝基扬压力监测资料的分析，可以得出以下结论：

1)坝基扬压力受下游水位、时效、节理裂隙发育、帷幕防渗、坝体排水等因素影响，帷幕上游面各测点受水压分量和时效分量影响显著，帷幕下游面各测点受库水位、时效、降雨等因子影响较小，扬压力通过帷幕有很大折减，帷幕防渗效果良好。

2)靠近两岸坝肩测点的扬压力水位相对较高，扬压力呈明显的V型分布。

3)由于帷幕灌浆存在局部缺陷及受断层影响，灌浆上游面测点UP15-UP16扬压力值较小。对于一些扬压力值较高的测点，及时对相关排水孔进行了疏通，从而很好地降低了扬压力。

4)通过对扬压力的监测与分析，扬压力测点监测值稳定，大坝处于正常运行状态。