大壩安全監測系統滲壓計異常測值分析

董旭龍 ，易長春，高艷娜，付國麗

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 前言

大壩安全監測是人們了解大壩運行狀態和安全狀況的有效手段和方法，它的目的主要是了解大壩安全狀況及其發展態勢，是工程安全的重要保證條件之一，也是工程設計、施工、運行的重要組成部分。大壩安全監測資料分析是大壩安全監測工作中必不可少、不可分割的組成部分，主要是根據監測資料的定性、定量分析成果，對大壩當前的工作狀態作出綜合評價，及時發現存在的問題和安全隱患，從而有效控制施工、檢驗設計，監控大壩工作狀態并為進一步加強安全管理和監測和應采取的防范措施提出指導性意見。通過安全監測和資料整編分析，保證大壩安全運行。

2 工程概況

某電站樞紐主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統和地面出線場、下水庫攔河壩及攔排沙工程等組成。上水庫采用庫盆開挖的砂巖料筑壩圍庫而成，采用全庫盆瀝青混凝土面板防滲，壩頂高程812 m，庫頂軸線長2 846.088 m，壩頂寬8.0～10.0 m，上游壩坡1:1.75，下游壩坡1:1.5，最大壩高（壩軸線處）57 m，正常蓄水位為810 m。

為有效監測上水庫進出水口及瀝青混凝土面板滲漏情況，分別在上水庫進出水口前池混凝土與基巖接觸面安裝埋設了8支滲壓計，儀器編號分別為 P4-1、P4-2、P4-7、P4-8、P4-9、P4-10、P4-11、P4-12；在周邊瀝青混凝土面板墊層料內安裝埋設了10支滲壓計，均勻分布在庫底，儀器編號為Pb-1～Pb-10，其中由于Pb-5距離進出水口較近，該儀器電纜通過進出水口與其他儀器一起引入至同一測站，見圖1所示。

圖1 滲壓計安裝埋設位置

3 滲壓計測值異常初步判斷

（1）滲壓計Pb-5

上水庫自2007年9月28日開始首次蓄水，Pb-5監測儀器的滲透壓力2008年10月由0.6 m水頭開始上升，2009年2月10日增加至11.6 m水頭，并在2008～2011年之間呈現年度周期性變化，但總體為增大趨勢，在2011年10月24日，達到25.7 m水頭，2012年至放空檢查前一直在16～22 m水頭之間變幅。而均勻分布在庫盆底板墊層料內的其他滲壓計測值均在0.25 m水頭以下變化，基本處于零壓狀態，而Pb-5滲壓計水頭卻在16～22 m之間，見圖2所示。

圖2 庫盆底板墊料層內滲壓計數據對比

（2）滲壓計 P4-7

滲壓計P4-7埋設于2號閘門井前擴散段底板，與埋設于1號閘門井前擴散段底板的P4-12相對應，P4-12測值水頭在0～30.45 m之間變化；P4-7距上游沉砂池底板的滲壓計P4-8約23 m，該滲壓計測值水頭在0～15.35 m之間變化；P4-7距下游閘門井底板下游側的滲壓計P3約62.5 m，該滲壓計水頭在0～9.93 m之間變化。P4-7的監測水頭為0～1.5 m，對比最高水頭測值，比其周邊的滲壓計壓力小了很多，見圖3所示。

圖3 P4-7與周邊內滲壓計數據對比

（3）P4-7與Pb-5測值初步分析

P4-7位于上游沉砂池底板，埋設在其左側的P4-12、上游的P4-8、下游的P3均有明顯的滲透壓力，且位于附近的廊道排水孔有水滲出，而P4-7卻常年基本為零壓力，顯得不合理；Pb-5埋設于上水庫庫底墊層料內，通過2014年10月水下檢查及此次放空檢查，在其埋設儀器的部位半徑15 m內均未發現明顯缺陷，且就近的周邊廊道及庫底廊道均未發現疑似滲水，通過對其埋設相似部位的庫底滲壓計測值（基本無壓力）分析，Pb-5測值水頭常年保持在16～22 m之間顯得不合理。通過以上對監測數據對比分析，初步判斷兩支儀器可能串接。

4 滲壓計傳感器串接論證分析

（1）P4-7、Pb-5滲壓計埋設部位分析

該工程埋設的滲壓計均為美國基康公司生產的型號為GK-4500S，通過查閱說明書，該儀器線圈電阻正常情況下是180 Ω±10 Ω，加上電纜電阻，四芯水工電纜每100 m約5 Ω。由于Pb-5與P4-7埋設的部位不同，但信號線卻均匯集在同一個測站，因此可以通過測量紅黑兩根芯線的電阻大小來確定電纜的長度，進而判斷儀器是否存在串接。通過對現場同型號的2支滲壓計備件實際測試，電阻值為179.3 Ω和175.3 Ω，表明實際與說明書相符。通過查閱圖紙，P4-9、P4-10的電纜長度基本一致，P4-7、P4-12的電纜長度基本一致，確定Pb-5與P4-7從埋設地點到測站的距離分別為253 m和172 m。周邊其他儀器的電纜長度及芯線電阻見表1所示。

由表1看出，Pb-5距離測站最遠，電纜長度最長，芯線電阻實測值應該最大，但實際P4-7的實測電阻最大，實測Pb-5與P4-12、P4-9、P4-10的芯線電阻更接近，由于P4-12、P4-9、P4-10儀器的埋設部位與測值并無異議，因此P4-7與Pb-5滲壓計存在串接的可能性。

表1 P4-7、P6-5與周邊其他滲壓計電纜長度及芯線電阻數值

（2）P4-7、Pb-5變化趨勢分析

從埋設部位分析，P4-7與P4-12、P4-8與P4-11、P4-9與P4-10埋設部位存在較強的對應關系，分別安裝在1號、2號閘門井前擴散段底板、沉砂池底板左右側底板、前池左右側庫底墊層料。從近10年的運行數據分析表明P4-8與P4-11、P4-9與P4-10在滲漏壓力水頭測值及變化趨勢上均十分相似，但P4-7與P4-12卻相差較大，而Pb-5與P4-12變化趨勢卻一致，因此P4-7與Pb-5滲壓計存在串接的可能性。詳見圖4所示。

圖4 近10年運行數據分析

（3）P4-7、Pb-5溫度測值變化分析

上水庫進出水口附近及面板底板滲壓計安裝主要集中在2005年8～12月，儀器埋設后施工單位對監測儀器每周觀測一次。上水庫2007年9月開始蓄水，為減輕庫水對滲壓計溫度測量的影響，只對蓄水前滲壓計的溫度進行分析，這樣溫度隨氣溫的影響會更明顯。

由于P4-12與P4-7埋設在1號、2號閘門井前擴散段混凝土底板與基巖接觸面，上部混凝土厚度為1.5 m，而Pb-5位于面板底板墊層料內，厚度不到1 m，相對擴散段混凝土底板與基巖接觸面的滲壓計比較，面板底板墊層料內的滲壓計保護層更薄、且上部無遮擋物（P4-12在洞內），滲壓計溫度測值隨氣溫影響趨勢更明顯，通過對比P4-12和Pb-1滲壓計溫度測值，Pb-1的溫度變幅確實較P4-12大，論證了面板底板墊層料內的滲壓計比閘門井前擴散段混凝土底板滲壓計溫度變化大的觀點。

埋設在相似環境的P4-8、P4-11及Pb-1、Pb-2溫度變化幅度相近，詳見圖5所示。而原本埋設在面板底板墊層料內相似環境的Pb-5與Pb-1溫度變化幅度卻相差較大，Pb-5卻與擴散段混凝土底板與基巖接觸面的P4-12相近；原本埋設在擴散段混凝土底板相似環境的P4-7與P4-12溫度變化幅度卻相差較大，P4-7卻與面板底板墊層料內的Pb-1相近，詳見圖6所示。

圖5 P4-8、P4-11及P6-1、P6-2溫度變化幅度

圖6 P4-7、P6-5與相似環境內滲壓計的溫度變化幅度

綜上所述，P4-7與Pb-5滲壓計存在串接的可能性。

5 P4-7與Pb-5儀器串接發生的時間

通過對P4-7與Pb-5滲壓計頻率模數測值的統計分析，P4-7頻率模數測值在8 834.3至8 876.7之間，Pb-5頻率模數測值在7 394.7至8 885.5之間，兩支儀器頻率模數測值存在有交叉點。由于在蓄水后由于滲透壓力的變化，兩支儀器頻率模數測值相差較大，如果發生串接很容易分辨，因此串接發生的時間段應該在儀器埋設完成后到蓄水之前這段時間（2007年以前），且這一段時間兩支儀器頻率模數測值相差較小，儀器串接的可能較大。詳見圖7所示。

圖7 P4-7、P6-5頻率模數測值

6 結語

監測資料整編分析反饋必須以保證監測數據成果的準確可靠為基本前提。在實際運行過程中，出現數據異常應做好觀測分析工作，收集和積累資料是整編分析的基礎，觀測分析的成果對工程資料掌握的全面性及深入程度密切相關，包括熟悉觀測設計技術文件和圖紙、監測傳感器的類型、技術參數、特點以及埋設部位。通過對該工程滲壓計異常測值分析也告訴我們，應加強對施工期監測儀器埋設的過程管理，并保障監測數據的可靠性，避免這種因為人為串接因素出現的監測數據異常情況，對后期監測運行人員造成困擾。