洞坪水电站大坝坝基扬压力监测资料分析

谭 立，杨 源

(湖北宣恩洞坪水电有限责任公司，湖北 恩施 445000)

洞坪水电站工程位于恩施州宣恩县境内的忠建河下游河段，距宣恩县城33.0 km，是1座以发电为主，兼有库区航运、交通、防洪、灌溉、水产养殖及旅游等综合效益的Ⅱ等大(2)型水利水电枢纽工程。工程主要由混凝土双曲拱坝及坝身泄洪建筑物、坝后水垫塘消能建筑物、左岸发电引水隧洞、地下发电厂房及开关站等组成，最大坝高135 m。坝址控制流域面积1 420.5 km2，多年平均流量46.4 m3/s，多年平均年径流量14.62亿m3。水库正常蓄水位490 m，设计洪水位为492.20 m，校核洪水位为493.96 m，死水位为456 m，总库容3.43亿m3，调节库容1.92亿m3，库容系数13.08%，为年调节水库；电站总装机110 MW，单机容量55 MW，保证出力17.93 MW，多年平均发电量3.22亿kW·h。工程于2002年开工建设，2005年下闸蓄水，2006年竣工投产。

1 仪器布置及分析方法

洞坪大坝坝基扬压力监测设置纵向和横向监测断面，排水帷幕线上布置了坝基扬压力监测点[1]。为监测大坝基础(包括两岸坝肩)的扬压力、渗透压力的变化，在坝体基础(包括两岸坝肩)、山体布设了测压管(管内含渗压计)和渗压计。一是在6～10号坝段的坝基灌浆排水廊道(高程376～406 m)布置8支测压管，测点编号为UP-01～UP-07和P6Z3(管内渗压计编号与测压管编号相同)。二是在河床坝基、左右岸拱座拉应力最大部位(2、3、5、6～12号坝段)布置21支埋入式渗压计，编号为P-01～P-16、P-19～P-23。监测仪器布置见图1和图2。本次监测资料分析时段为运行期以来截至到2019-12-31日，在测值可靠性分析的基础上，采用比较法、作图法及特征值统计法等对监测资料进行深入分析，重点以趋势性和异常现象诊断为主，从实测性态角度出发分析大坝基础扬压力的变化规律、分布规律，统计渗压系数折减情况后，与坝基渗压系数设计控制值进行对比，简要评价防渗帷幕和排水设施效果。

图1 坝基扬压水位、坝体渗透压力及山体地下水位监测布置图

图2 坝基扬压力及坝体渗透压力监测布置图

2 扬压力监测资料分析

2.1 变化规律分析

洞坪大坝坝基扬压力监测的测压管均位于帷幕后，渗压计则分别布置在帷幕前和帷幕后。部分坝段坝基扬压水位实测过程线见图3，河床坝段和两岸岸坡坝段坝基扬压力特征值统计情况见表1和表2。因P6Z3和UP7钻孔深度达到了基岩面以下17.15 m，所监测水位为坝基深层地下水位而非坝基扬压水位；UP5钻孔深度并未到达基岩面，所监测水位不是坝基扬压水位，以上3个测点本次不作分析。

从坝基扬压水位实测过程线图3可以看到，坝基扬压力主要受上游水位和温度变化影响，河床坝段(7、8号和9号坝段)帷幕前测点P-01、P-04和P-07扬压水位受上游水位影响明显，随着水位的升降而增减；帷幕后测点扬压水位受上游水位影响相对较小，帷幕防渗效果明显。坝趾部位扬压水位与下游水位相关性较强，大小及变幅与下游水位基本相等。

图3 坝基扬压水位(部分坝段)实测过程线

总体来看，河床坝段坝基扬压水位分布规律是合理的。坝肩基础高程415 m以上渗透压力较小，变幅较小，相应的渗压水位较低，自2007年以来部分测点未监测到渗透压力。

坝基扬压力统计时段内洞坪水库从2005-03-30日开始蓄水(上游水位为390.02 m)，截至到2019年正常运行期内上游水位出现最大值为490.24m，上游水位最大变幅为100.22 m。从坝基扬压力特征值表1和表2可以看到，河床坝段帷幕前实测最高扬压水位在422.00～477.78 m之间，最大变幅在42.26～80.14 m之间，其中9号坝段P-01扬压水位最高，为477.78 m(当日库水位为489.47 mm)。河床坝段帷幕后实测最高扬压水位在382.33～404.09 m之间，最大变幅在7.30～27.43 m之间，其中7号坝段UP-06扬压水位最高，为404.09 m(当日库水位为487.90 m)。两岸岸坡坝段坝基扬压水位测值基本稳定，扬压水位在419.41～456.47 m之间，扬压水头在1.47～6.47 m之间，最大年变幅在0.56～5.89 m之间。扬压水头最高为5号坝段基础上游侧高程415.0 m的测点P-12，其最高扬压水位为421.47 m。

表1 河床坝段坝基扬压力特征值统计 m

表2 两岸岸坡坝段坝基扬压力特征值统计 m

2.2 分布规律分析

为分析扬压力分布规律，结合监测资料绘制大坝防渗帷幕后的坝基扬压水位纵向分布情况见图4。同时选取近3年上游水位最接近正常蓄水位的运行工况(2017-10-17日)，绘制了8号坝段实测坝基扬压水位横向分布情况见图5。

图4 帷幕后坝基扬压水位纵向分布图

图5 8号坝段坝基扬压水位横向分布图

通过分布图可以看到，坝基纵向扬压水位总体呈现“岸坡坝段高、河床坝段低”的分布规律，左岸扬压水位略高于右岸；扬压水头总体呈现“岸坡坝段低、河床坝段高”的分布规律。坝基扬压水位横向分布从坝踵至帷幕后，扬压水位急剧降低，帷幕后实测扬压水位均远低于设计控制值，防渗帷幕和排水幕对水头的折减效果显著；帷幕后至坝趾扬压水位略微升高，分析认为是排水降压作用显著造成的[2]。

2.3 坝基扬压力折减情况

为掌握坝基扬压力折减情况和评价坝基帷幕防渗效果，选取近3年上游水位最接近正常蓄水位的运行工况(2017-10-17日，当日上游水位为488.59 m)统计各坝段坝基扬压力渗压系数见表3。

表3 接近正常运行工况下坝基扬压力渗压系数统计(2017-10-17日)

通过统计表分析看到：河床坝段防渗帷幕后坝基渗压系数最大为0.35(7号坝段帷幕后坝趾附近P-09)，小于设计控制值0.50，表明坝基帷幕防渗效果良好。两岸岸坡坝段坝基渗压系数最大为0.10(3号坝段基础高程439.5m)，满足岸坡坝段渗压系数小于设计控制值0.40的要求。

3 结 语

通过对洞坪大坝坝基扬压力多年来监测资料进行分析，认为坝基扬压力主要受上游水位和温度变化影响；河床坝段坝基扬压力分布规律合理，高水位和低水位典型工况下帷幕后实测扬压水位均低于设计控制值，防渗帷幕和排水幕对水头的折减效果显著；坝肩基础渗透压力较小，变幅较小，均低于岸坡坝段渗压系数设计控制值；综合分析表明洞坪大坝坝基坝肩防渗帷幕效果总体良好。但在今后的运行管理中仍需对部分扬压力水位较高的部位加强监测分析和巡视检查。