基于大坝渗漏断面处测压管监测数据分析

凌锐

安徽水安建设集团股份有限公司综合设计院 安徽 合肥 230601

引言

水利工程上，渗流广泛存在于土石坝中。渗流会对土体产生渗流力，渗流力会作用于无黏性土的颗粒及黏性土的骨架上，影响坝体的应力和变形状态，最终导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等，危及大坝的安全[1]。工程上常在土石坝坝身和坝基的适当位置，有计划的布置测压管或渗压计，以及时了解大坝的渗流性态。在采集渗流原始监测数据后，常使用相关线分析法、位势分析法等对监测数据进行数据处理[2]。在本文中，通过分析桑涧水库渗漏断面处的监测数据，最终得出渗漏断面处坝体防渗墙存在局部质量不佳这一结论，对后期进行的除险加固起到了指导意义。

1 工程概况

桑涧水库为均质土坝，坝顶高程63.00m，最大坝高18.60m，坝顶宽5.00m，防浪墙顶高程64.00m。大坝迎水坡坡比1∶2.50，为干砌块石护坡；背水坡在55.00m高程处设马道，宽度为9.0m，自上至下坝坡坡比依次为1∶2.50、1∶3.00，背水坡护坡为草皮护坡。大坝桩号0+000～0+650段采用40cm厚塑性砼防渗墙。根据水库运行资料，当库水位较高时，北涵南侧坝体0+500m～0+550m段背水坡坡脚出现散浸、局部漏水的现象，渗漏部位最高点高程为55.86m。

2 大坝渗流监测情况

桑涧水库大坝共埋设28根测压管，其中坝身测压管5排17根，坝基管3排11根，坝身管所在断面为0+100、0+302、0+402、0+512、0+720，坝基管所在断面为0+300、0+400、0+510。水库设有观测站，可自动记录收集上游水位与降雨量数据，测压管水位通过听筒器测绳人工采集。

3 大坝渗流监测资料分析

本文旨在研究桩号0+500m～0+550m段坝体产生渗漏的原因。分析对象为0+512断面坝身测压管和0+510断面坝基测压管，分析时间序列为2012年1月～2018年12月。此序列个别明显异常数据已剔除，并用插值法补全缺失值，总体来说数据相对合理，故采用此序列[3]。

3.1 测压管水位与库水位相关性分析

处理观测所得的测压管数据，建立一元线性回归模型，分析各断面测压管与库水位的相关性系数。其中坝身测压管IV-1位于防渗墙之前，IV-2、IV-3位于防渗墙之后；坝基测压管Ⅳ’-1位于防渗墙之前，Ⅳ’-2、Ⅳ’-3位于防渗墙之后。测压管水位与库水位相关分析成果见表1。

表1 测压管水位与库水位相关分析成果表

测压管水位与库水位经一元线性回归方程拟合后，若相关系数>0.8，则相关性较好；0.4<相关系数<0.8，为弱相关；相关系数<0.4，为不相关[4]。由表1可知，坝身测压管水位与库水位均为不相关；坝基测压管Ⅳ’-1、Ⅳ’-2为弱相关，Ⅳ’-3为不相关。且测压管的位置越靠近坝趾，则相关系数越小，即相关性越低，这一结果与大坝渗流规律是相吻合的。

3.2 测压管位势分析

测压管水头在渗流场中占总渗流水头的百分数即为测压管位势。测压管位势的变化，可直观地反映防渗墙和坝体对水头的消减程度，对大坝渗流安全形态的评价具有重要意义。位势计算公式如下：

式中，hi为测压管水位，H1为上游水位，H2为下游水位。

0+512断面、0+510断面测压管位势变化如图1、图2所示。

图1 0+512断面坝身测压管位势图

图2 0+510断面坝基测压管位势图

由图3、图4分析可知：①0+512断面坝身测压管中，存在部分位势值大于100%现象，可能是测压管管口封堵不严导致雨水进入管内所致；2017年、2018年数据相对合理，对其进行数据分析，IV-1测压管平均位势为99.16%，IV-2测压管平均位势为82.61%，IV-3测压管平均位势为58.76%，防渗墙前后位势降幅较小，仅消减17%的水头，防渗墙防渗效果不佳；下游坝坡土消减近29%的水头，防渗效果尚可。②0+510断面坝基测压管中，存在Ⅳ’-3测压管位势高于Ⅳ’-1、Ⅳ’-2测压管位势的现象，同水位过程线图相吻合，可能是测压管管口封堵不严所致；同取2017年、2018年数据分析，Ⅳ’-1测压管平均位势为66.61%，Ⅳ’-2测压管平均位势为57.45%，Ⅳ’-3测压管平均位势为51.50%，防渗墙前后位势降幅较小，仅消减13%的水头，防渗墙防渗效果不佳；下游坝坡土消减12%的水头，防渗效果一般。

3.3 测压管分析结论

通过测压管观测资料分析，0+512断面和0+510断面防渗墙前后测压管位势降幅不大，防渗墙消减的水头较小，防渗效果不佳。根据水库施工日志，0+500m～0+550m段混凝土防渗墙施工采用液压锯槽法造孔成墙，接头处理部位容易出现局部施工不均匀，且成槽机在北涵处机身曾发生歪斜。结合测压管数据分析结果，可判断防渗墙存在局部质量不佳，导致0+500m～0+550m段坝体背水坡坡脚出现散浸、局部漏水的现象。

4 结束语

测压管监测数据分析表明：①越靠近坝趾的测压管相关系数越小；②渗漏断面防渗墙前后位势降幅较小，防渗效果不理想。

考虑到水库施工日志中成槽机在北涵处机身曾发生歪斜这一事实，结合监测数据分析结论，基本可判断0+500m～0+550m段防渗墙的局部质量不佳，是导致此段坝体背水坡渗漏的原因。