磽磧大壩壩基廊道測壓管UP14水位異常成因及處理效果研究

趙 靜

(云南魯布革顧問有限公司 昆明 650051)

李宏沖

(河南靈捷水利勘測設計研究有限公司 南陽 473000)

鄭培溪

(云南魯布革顧問有限公司 昆明 650051)

1 前言

大壩安全監測資料是判斷工程安危的重要依據。通過對監測資料的整理和分析，可以對水工建筑物的工作性態作出評價，及時發現安全隱患，為制定工程處理措施、指導工程處理、保障大壩安全運行提供科學的數據支撐。

磽磧水電站位于四川省雅安市寶興縣境內。2006年12月5日，下閘蓄水，攔河大壩為礫石粘土心墻堆石壩，壩頂高程2143.00m，最大壩高125.50m。壩前正常蓄水位2140.00m，死水位2060.00m。電站裝機容量為3×8萬kW。壩址區左右岸及河谷谷底主要為炭質千枚巖夾粉砂巖，遇水軟化嚴重，力學強度迅速降低。大壩采用防滲墻通過廊道與心墻連接的防滲結構，屬國內首創［1］;防滲墻底及左右岸采用灌漿帷幕深入弱風化基巖防滲。

磽磧大壩在蓄水過程中，壩基廊道縱0+227.00防滲墻后測壓管UP14水位表現異常，后根據監測資料，對防滲墻進行灌漿處理。

2 UP14水位異常表現

壩基廊道防滲墻后布置測壓管UP13～UP15，沿壩軸線方向樁號分別為縱0+197.00、縱0+227.00、縱0+256.00，管底分別深入建基面以下9.0m、6.5m、8.5m，用以監測防滲墻后水位。自2006年12月5日水庫蓄水以來，位于兩端的UP13、UP15水位較低且基本穩定，而位于廊道中部的UP14水位較高且與庫水位相關(見表1)。2008年10月28日庫水位2139.70m時，UP14水位為2085.91m，遠超過設計控制指標2030.00m［1］。換算成位勢，UP14 為 55.83%，僅消殺了44.17%的水頭。

取下壓力表，測壓管內水流瞬間呈噴出現象，約5s之后，流量迅速變小，僅沿測壓管口緩慢出流。水中夾有無數氣泡自管底向上翻滾，水質清澈，并有一股類似H2S的味道。再次安裝上壓力表后，壓力緩慢上升，次日恢復至之前壓力。

位勢計算公式為

式中 Ψ——位勢，%;

hi——測點水位，m;

H1——上游水位，m;

H2——下游水位，m。

圖1 UP13～UP15水位過程線

3 UP14水位異常原因

3.1 數據驗證

為驗證UP14水位的正確性，我們首先更換了數個新的壓力表，所測水位均一致，表明壓力表本身沒有問題。隨后，我們于2007年12月12日在測壓管上安裝三向接頭，從其中一接頭處連接塑料管并引向高處，觀測水位的上升情況，同時觀測壓力表讀數。校測結果如下:塑料管中水位最后穩定在2079.00m，壓力表所測水位為2078.77m，二者相差0.23m，再次表明壓力表測值正確，UP14水位確實較高。

3.2 統計模型分析

3.2.1 模型構建

現以多元逐步回歸統計模型對UP14水位進行影響因子的探討，模型構造如下［2-4］:

式中 xHi、xθj、xRk、xTl——水壓因子、時效因子、降雨因子、溫度因子;

ai、bj、ck、dl——待定系數;

const——常數。

選取2007年1月4日至2008年11月14日共283個測值為樣本進行建模。磽磧壩區降雨主要集中在7～9月，因此計算中未計入降雨因子。同時，不考慮多場耦合作用而未計入溫度因子。考慮到測壓管水位存在滯后效應，選取觀測當日、前5日、前10日、前30日平均水位與基準日、基準日前5日、前10日、前30日平均水位差的 1、2、3 次方 ΔH1、(ΔH1)2、(ΔH1)3;ΔH5、(ΔH5)2、(ΔH5)3;ΔH10、(ΔH10)2、(ΔH10)3;ΔH30、(ΔH30)2、(ΔH30)3等12 個水壓因子，t/100、ln(t/30+1)、1 － e－0.01t、lg(t+1)等4個時效因子，總計16個因子作為影響因子進行分析。

3.2.2 計算結果

經過多次計算，求得最佳模型方程，見式(3)。其中 (ΔH5)3、ΔH10、(ΔH10)2、(ΔH10)3、ΔH30等 5 個因子未通過F檢驗而未能進入方程，觀測值、擬合值、擬合誤差過程線見圖2，分量過程線見圖3。

圖2 UP14觀測值、擬合值和擬合誤差過程線

圖3 UP14水壓、時效分量過程線

方程復相關系數R、顯著性檢驗值F、標準差σ分別為0.9857，841.7568，2.424。觀測值和計算值擬合較好，殘差在 ±2σ范圍內。水壓分量對UP14水位的影響較大，且隨庫水位升降而周期性變化，而時效分量對UP14水位影響較小，且基本穩定。如2008年10月28日，水壓分量所占比重為91.06%，時效分量所占比重為8.94%。

3.3 UP14測壓管水位異常成因分析

3.3.1 防滲墻或防滲墻與廊道接頭處存在薄弱部位

UP14水位主要受庫水位影響，壩基河床防滲墻深度較深，最深處為70.5m，采用“單反弧掃孔”工藝，而此工藝在當時尚不成熟，很難全部消除接頭處三角區殘留物，個別槽段接頭部位在一定深度可能存在缺陷，另外，防滲墻采用廊道形式與心墻連接，在接頭部位應力大，易產生裂縫［1］。初步判斷UP14測壓管水位異常的成因為:UP14對應防滲墻段或防滲墻與廊道連接處存在局部薄弱部位，導致UP14水位較高且與庫水位相關。分析認為上述原因是最有可能的。

3.3.2 測壓管內存在巖層氣體侵入

在長期的地質歷史過程中，一些地區深部巖體中會形成某種氣體，逐步向淺層運動，富集于淺層巖層的孔隙及裂隙中［5］。基于此，分析認為磽磧地區淺層巖層孔隙及裂隙中富集著某種氣體，而測壓管UP14正巧與這些富集氣體的孔隙或裂隙存在細微通道，當壩基巖體受力情況發生變化，或巖體中滲流狀態發生變化時，這些存在于巖層孔隙或裂隙中的氣體逸出，并侵入到UP14測壓管中，導致其壓力測值偏高。此外，巖層中也可能存在某種成分，在一定條件下會發生化學反應而產生氣體，并侵入到UP14測壓管中，導致其壓力測值明顯偏高。現場測試時，擰開壓力表后，測壓管水體中夾帶有氣體，也證明測壓管內確有氣體存在。

4 灌漿處理效果

為確保防滲墻的長期穩定安全運行，根據監測分析資料，于2008年11月中旬至2009年2月中旬對測壓管UP14對應防滲墻段進行灌漿處理，之后在UP14附近鉆孔埋設滲壓計。

4.1 UP14水位

4.1.1 灌漿時

在2008年11月中旬至2009年2月中旬的灌漿過程中，UP14水位波動較大，特別是2008年11月19日、12月 20日(庫水位分別為 2138.56m、2135.10m)，UP14水位突然下降，分別下降10.71m、15.30m，后分別于11月20日、12月25日突然上升到下降前水平，并與庫水位同步變化，參見圖4。以上情況證明防滲墻存在缺陷，且灌漿已找到防滲墻缺陷的大概位置，但尚未完全封堵住滲漏通道。

4.1.2 灌漿后

2009年2月15日，灌漿處理結束后至同年3月底，UP14水位仍然較高，且隨庫水位下降而緩慢下降。2009年3月與灌漿前的2008年8月相同庫水位時相比，UP14水位低8m左右，說明灌漿處理起到一定效果，但十分有限，可能滲漏通道未完全封住。

圖4 灌漿處理及鉆孔過程中UP14水位過程線

2009年3～5月，在UP14附近鉆孔埋設滲壓計，其中2009年4月3日在UP14壩軸向3m處鉆孔時，UP14水位一天內下降26.21m，之后基本穩定在2024.71m左右，且與庫水位無關。換算成位勢，在2009年、2010年庫水位接近正常蓄水位2140.00m時，位勢均為5.50%，即防滲墻消殺了94.50%的水頭。

另外，擰開壓力表后，水中氣泡明顯減少，但仍然存在類似H2S的味道。

綜上所述，UP14水位在灌漿后并沒有明顯下降，而是之后在其附近鉆孔時才突然下降到與周圍地下水位相近水平，結合灌漿過程中UP14水位出現兩次突降突升現象，分析原因應該是灌漿已封堵住防滲墻的主要滲漏通道。UP14水位在灌漿后緩慢下降與庫水位無關，應是其所在部位排水不暢，導致水流消散較慢，當在其附近鉆孔時，間接導致滲流通道暢通，才發生2009年4月3日UP14水位突然下降的現象。后期至今UP14水位較低且基本穩定，表明灌漿處理具有明顯效果(見圖5)。

圖5 灌漿處理后UP14水位過程線

4.2 P12水位

滲壓計P12位于UP14左側約3m處，為2009年4月鉆孔埋設，其過程線見圖6。由圖6可知，P12水位與庫水位有一定關系，但水位不高且變化幅度不大，在2023.40～2028.40m之間，即正常蓄水位時防滲墻消殺了約92%的水頭，再次表明防滲墻灌漿處理效果明顯。

圖6 滲壓計P12水位過程線

5 結語

a.磽磧大壩防滲墻后縱0+227處布置的測壓管UP14水位較高且與庫水位關系密切，多元逐步回歸統計模型分析表明:庫水位是影響UP14水位的主要因素，防滲墻存在缺陷的可能性較大。

b.根據監測分析資料并結合實際情況，針對性地對防滲墻進行補強灌漿處理后，UP14水位迅速下降至與周邊地下水位接近且與庫水位無關，其左側3m處補埋的滲壓計P12水位隨庫水位升降在2023.40～2028.40m之間小幅周期性波動。說明灌漿處理已封堵住防滲墻的主要滲漏通道，灌漿處理效果明顯。

c.測壓管UP14水中存在類似H2S的味道，可能存在某種化學反應。建議對上游庫水、防滲系統后包括UP14在內的不同部位的地下水進行水質分析，進一步確定化學反應類型及對防滲墻是否會產生不利影響。

d.建議在加強觀測的同時，采取地質雷達等必要補充手段對防滲墻可能存在的薄弱部位進行進一步檢測。同時，由于磽磧大壩采用的是“防滲墻通過廊道與心墻連接”的聯合防滲體系，三者的變形協調性對于大壩的防滲性能至關重要，因此，建議對“壩基防滲墻+廊道+心墻”的變形協調性及穩定性進行計算分析。

1 王平，王曉東，王黨在等.磽磧水電站蓄水安全鑒定設計自檢報告［R］.成都:中水顧問集團成都勘測設計研究院，2006.

2 郞興學，崔會東，祈月.磽磧大壩滲流監測成果初步分析［C］//周建平，宗敦峰、楊繼學，等.現代堆石壩技術進展—2009.北京:中國水利水電出版社，2009.

3 黃銘.數學模型與工程安全監測［M］.上海:上海交通大學出版社，2008.

4 方濤，張忠云，徐文彬.土石壩滲流監測模型分析［J］.黑龍江水專學報，2007(4):28-30.

5 何金平，施玉群，盧秋生.古田溪四級大壩壩基揚壓水位異常成因分析［J］.大壩監測技術，2010(3):36-39.