蕉源水库大坝渗流监测资料分析

周清勇，周建云，刘 智，胡国平

(1.江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029；2.江西省袁惠渠工程管理局，江西 新余 338000)

土石坝除险加固后，大坝运行管理与维护的重点是大坝巡查和大坝安全监测。大坝安全监测包括大坝表面变形、大坝及坝肩测压管水位、坝体渗流量及环境量监测等，而大坝安全监测的重点是渗流监测和变形监测，其中渗流性态监测是决定大坝安全的重要因素之一[1]。

土石坝渗透稳定性态的判断[2-3]是根据坝体渗流观测数据及下游坝脚渗水出逸点情况，绘制大坝等势线或流网分布图，计算大坝的渗透比降和出逸坡降，了解大坝防渗体的工作性能，从而判断渗透稳定性态。对于大中型水库，特别是土石坝需在大坝及坝肩按规范要求设置测压管或渗压计[4]，在下游坝脚设置排水和量水堰观测设施，及时了解水库在运行过程中大坝渗流性态及渗流量变化情况。

本文对蕉源水库大坝渗流性态瞬时观测的原始资料进行统计分析，采用二阶多项式方法分析测压管数据的相关性，采用瞬时静态测值位势公式分析大坝位势的变化情况，综合评价大坝整体的渗流性态，针对个别断面坝体防渗性能存在的问题，分析原因提出相应的措施。

1 工程概况

蕉源水库位于赣江支流通津河蕉源水上，为重点中型水利工程，坝顶高程为148.60 m，最大坝高为30.6 m，坝顶宽度5.0 m，坝顶长度为231.0 m。大坝坝型为混凝土心墙坝，心墙厚0.6 m，顶高程148.18 m。2005年加固前，大坝存在的主要问题有坝基和两岸坝肩清基不彻底，基岩上覆残坡积土和冲积砂砾卵石中等～强透水，渗漏严重；坝体填筑不密实，渗漏系数偏大，属中等透水，不能满足坝体防渗的要求，存在坝肩、坝体和坝基渗漏问题。2005年～2008年除险加固解决了坝肩、坝体和坝基渗漏问题，运行初期防渗效果较明显，水库高水位运行时，坝后排水明渠已无明流渗出，大坝渗流基本稳定。

2 大坝渗流监测情况

蕉源水库大坝位于桩号0+020.0、0+076.0、0+125.0、0+225.0(坝左至坝右)处布置4个观测横断面，每个横断面上布设3条观测铅直线，共设置测压管12根，其心墙前各断面均布置1根测压管。测压管采用直径为30 mm的聚氯乙烯管，测压管导管下部用60号氯丁橡胶止塞封堵，其上回填粘土或水泥砂浆以防雨水渗入，测压管顶部设混凝土保护盒。12根测压管安装埋设成功后，2007年8月测压管做了注水试验进行灵敏度观测，采用花线吊线、水桶和万能表等设备，看见仪表动即时记变化数据。经几天的观测分析可知，测压管的透水灵敏度基本达到要求。每月观测频次2～4次，遇到汛期库水位急升时或大坝存在不安全因素时，进行了适当增加观测次数，观测频次基本满足规范要求，如发现测压管有异常数据情况会及时重测或进行试验，基本可做到发现问题及时处理。

结合现场检查可知，蕉源水库12支测压管均可正常观测，采用人工观测，测压管管口无堵塞、破损现象，观测设施均维护良好，但大坝坝脚未设量水堰观测设施，大坝右坝段下游坝脚未设反滤体。

3 渗流监测资料分析

3.1 坝体测压管水位及与库水位相关性分析

蕉源水库坝体测压管水位资料序列为2008年1月～2014年12月，选取的观测资料相对完整，人工观测记录及时，粗差及错误数据较少，对个别明显的粗差及错误数据已进行了剔除及修正[5]，故采用此时间段的数据进行统计分析，以观测资料瞬时静态测值进行考虑各点的位势应不随时间而变，大坝渗流观测分析成果如图1～图4所示。采用二阶多项式方法分析各断面测压管与库水位的相关性系数，则年相关性系数成果统计如图1～图4所示。

图1 桩号0+020断面测压管水位变化过程线和测压管水位～库水位年相关系数成果图

由图1～图4分析可知：①大坝坝顶上游侧4支测压管(1、4、7、10号)的观测数据与库水位呈现一定相关性，测压管水位峰值变化受库水位影响明显。② 对于大坝坝顶下游侧4支测压管(2、5、8、11号)即位于混凝土防渗墙下游侧的4支测压管，2号观测管水位平均值为132.53 m，观测数据与库水位呈现一定相关性，测压管水位峰值变化受库水位影响；5号观测管水位平均值为125.64 m，2013年和2014年的年相关性差，受库水位影响较小，测值变化波动不大，说明断面0+076.2处的防渗效果良好；8号观测管水位平均值为130.23 m，2011年和2014年的年相关性较差，说明断面0+120处的防渗效果较好；11号观测管水位平均值为133.50 m，观测数据与库水位呈现一定相关性，测压管水位峰值变化受库水位影响。③ 位于大坝下游坡的4支测压管，3、6号和9号观测数据与库水位年相关性较差，受库水位影响较小，而12号观测数据与库水位呈现一定相关性，测压管水位峰值变化受库水位影响。

3.2 坝体内位势变化分析

分析土石坝位势的变化，对于评价坝体渗流性态和混凝土心墙防渗状态具有重要的意义，位势的变化可直观地反映出大坝坝体消减水头的能力，进而评价大坝防渗性能理想状态[6]。当渗流场恒固定时，结合观测资料瞬时静态测值，则考虑为各点的位势应不随时间而变[7]，位势的变化可用如下表示：

图2 桩号0+076断面测压管水位变化过程线和测压管水位～库水位年相关系数成果图

图3 桩号0+120断面测压管水位变化过程线和测压管水位～库水位年相关系数成果图

图4 桩号0+225断面测压管水位变化过程线和测压管水位～库水位年相关系数成果图

Yi=(hi-H2)//(H1-H2)

式中：hi为测压管水位；H1、H2分别为上下游水位。

计算分析各断面位势变化见图5～图8所示。

由图5～图6分析可知：①大坝左侧桩号0+020断面，其心墙前后的位势变化降幅较小，心墙前后消减近22%的水头，说明此断面混凝土心墙防渗性能一般，而心墙后的位势变化较大，下游坡坝体土消减近49%的水头，说明下游坡坝体土坡降较好，则桩号0+020断面防渗效果较好。②大坝左侧桩号0+076断面，心墙前后的位势变化降幅较大，心墙前后消减近48%的水头，说明此断面混凝土心墙防渗性能良好，则桩号0+076断面防渗效果良好。③大坝左侧桩号0+120断面，心墙前后的位势变化降幅较大，心墙前后消减近47%的水头，说明此断面混凝土心墙防渗性能良好，则桩号0+120断面防渗效果良好。④大坝左侧桩号0+225断面，心墙前后的位势变化降幅较小，心墙前后消减近15%的水头，心墙后下游坡坝体土消减近24%的水头，说明桩号0+225断面防渗效果一般，即右坝段坝体浸润线偏高，数据反映其出逸点位置明显高于坝脚排水棱体之上，不利于大坝的稳定。

图5 桩号0+020断面位势变化过程线图

图6 桩号0+076断面位势变化过程线图

图7 桩号0+120断面位势变化过程线图 ST〗

图8 桩号0+225断面位势变化过程线图

对桩号0+225断面即右坝段坝体的防渗性能不理想，笔者通过大坝现场检查及查找相关原始资料可知，下游右坝脚未设反滤体，混凝土防渗墙施工采用高压旋喷法和两钻一抓法结合的方式完成造墙，造墙结合部位容易出现施工质量缺陷。经分析其原因是下游坝脚未设反滤体及防渗心墙施工质量局部不佳等所导致的。

3.3 各断面比较分析

本文采用二阶多项式方法和瞬时静态测值位势公式综合分析了蕉源水库大坝渗流性态。对比各个观测断面的渗流数据及位势情况可知：

1)大坝中间断面即老河槽附近0+076和0+120观测断面的坝体渗流压力分布较好，位势降幅明显，混凝土心墙防渗效果良好，与各向同性心墙坝的坝体渗流压力分布规律一致，说明大坝中间段坝体上游防渗体系完善。

2)大坝左侧桩号0+020断面心墙前后的位势降幅不明显，但下游坡坝体土消减水头明显，说明大坝左坝段防渗体系较好。

3)大坝右侧桩号0+225断面心墙前后的位势降幅不明显，且下游坡坝体土消减水头亦不明显，说明大坝右坝段防渗体系不理想。经分析是下游坝脚未设反滤体及防渗心墙施工质量局部不佳等导致的。建议增设反滤排水体，加强右坝段渗流状态监测。

4 结 语

1)大坝防渗心墙下游侧，2号和11号管水位受库水位影响明显，年相关性较好，5号和8号管水位受库水位影响较小，年相关性差，观测值变化波动不大，说明大坝中间断面防渗性能良好。

2)大坝左侧及中间坝段坝体位势降幅明显，消减水头效果良好，渗流性态稳定，而右坝段心墙前后位势降幅不明显且下游坡坝体土消减水头效果一般，则大坝右侧坝段防渗性能不理想。

3)右坝段坝体防渗性能不佳，数据反映浸润线出逸点偏高将对大坝的稳定不利，极有可能是下游坝脚未设反滤体及造墙施工时结合部位质量局部不佳有关。

4)建议加强右坝段渗流状态监测，密切关注其变化趋势，建议增设右坝段反滤排水体。