壤土心墻砂礫石殼大壩滲流監(jiān)測分析

朱芳君，馬 浩

（甘肅省莊浪縣水務(wù)局，甘肅莊浪744600）

1 項(xiàng)目實(shí)施區(qū)基本情況

1.1 項(xiàng)目實(shí)施區(qū)地理位置概況

莊浪縣位于甘肅省東部、六盤山西麓，境內(nèi)溝壑縱橫，地形地貌復(fù)雜，資源貧乏，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依靠農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。全縣轄18個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、293個村、1 521個社，總面積1 553.14 km2?；ㄑ潞铀畮旃こ涛挥陧n店鎮(zhèn)境內(nèi)的南洛河一級支流花崖河上，韓店鎮(zhèn)石橋村向西北約1 km處，壩址距縣城約25 km，距韓店鎮(zhèn)約5 km。項(xiàng)目區(qū)為典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，附近有石橋、花河、王字灣、朱家灣等村社，平均海拔高度1 880 m，省道304線在項(xiàng)目東南方向穿過。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施區(qū)水文地質(zhì)概況

工程區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，晝夜溫差大，夏季氣溫高，多冰雹、雨洪，多年平均降雨量517.7 mm，壩址以上主河道長10.05 km，流域面積32.4 km2，河道比降24.74‰，多年平均徑流量648萬m3。

工程區(qū)河谷為兩岸不對稱的“U”形谷。地層巖性單一，無大斷裂通過，與區(qū)域斷裂相距較遠(yuǎn)，屬構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)。庫區(qū)兩岸山體雄厚，局部裸露基巖岸坡近于直立。兩岸地下水由分水嶺沿谷坡和支溝向花崖河排泄，直接補(bǔ)給河水。

工程區(qū)水文地質(zhì)條件相對簡單，按地下水的賦存條件可分為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水2大類型。斷裂破碎帶中基巖裂隙水水質(zhì)較差，對普通混凝土具弱腐蝕性。第四系孔隙潛水主要賦存于現(xiàn)代河槽、階地覆蓋層沙礫石層中。壩基巖體局部膠結(jié)差的砂巖、礫巖透鏡體中含有層間水，具微承壓性。

2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

2.1 工程建設(shè)內(nèi)容

主要建設(shè)內(nèi)容包括擋水工程、泄洪工程、機(jī)電設(shè)備及安裝工程、輸水建筑物、交通工程和附屬工程6部分。其中，擋水工程修建壤土心墻砂礫石殼壩1座，最大壩高41.8 m，壩頂長202 m，壩頂寬6 m；泄洪工程修建溢洪道1座，寬3 m，長162 m。圓形泄洪洞（兼導(dǎo)流洞）1座，洞徑2.5 m，長340.5 m；機(jī)電設(shè)備及安裝工程安裝9.5 t弧形工作閘門1付，4 t進(jìn)口檢修閘門1付，配套卷揚(yáng)式啟閉機(jī)1臺；輸水建筑物在泄洪洞下埋設(shè)φ300 mm的鋼管進(jìn)行取水；交通工程修建上壩路、庫區(qū)路2 km；附屬工程修建管理所1座，管理房屋170 m2，生產(chǎn)用房及倉庫70 m2。

2.2 大壩安全監(jiān)測建設(shè)內(nèi)容

花崖水庫工程安全監(jiān)測內(nèi)容包括表面變形觀測、大壩滲流觀測和水情測報系統(tǒng)，現(xiàn)僅對大壩滲流觀測進(jìn)行探討。

大壩滲流觀測主要儀器及設(shè)備包括滲壓計34支、防水接頭34套、振弦讀數(shù)儀2臺、屏蔽電纜3 150 m和量水堰1座、MCU自動測量單元2臺、交換機(jī)2臺、通訊光纜500 m、光纖收發(fā)器1對、數(shù)據(jù)測控裝置1套（數(shù)據(jù)測控單元箱2臺，振弦式數(shù)據(jù)采集模塊5個，水文數(shù)據(jù)采集模塊1個和傳感器防雷模塊2個）、RS485轉(zhuǎn)換器1個、數(shù)據(jù)采集軟件和信息管理軟件1套、工控電腦1臺、UPS 1臺、打印機(jī)1臺和操作臺1臺。

3 主要監(jiān)測設(shè)備安裝埋設(shè)方法

3.1 滲壓計工作原理

本工程采用的滲壓計型號為VWP-0.6，量程0.6 MPa。滲壓計是用于長期量測孔內(nèi)或地層滲透水流壓力的儀器,滲壓計由彈性薄板、應(yīng)變敏感元件、密封殼及引出電纜4部分組成。壓力水透過滲壓計進(jìn)水口的透水石后，使受壓板產(chǎn)生撓曲，傳遞給裝置于受壓板后的電氣感應(yīng)部分，應(yīng)變敏感元件的方桿產(chǎn)生相對位移引起電阻比變化，從而測得滲透壓力的大小。

3.2 埋設(shè)步驟及方法

3.2.1 安裝前準(zhǔn)備 打開底部透水石，將滲壓計在煮沸水中浸泡2 h以上。用飽和細(xì)砂袋將測頭包好，沙袋直徑約為20 cm，保證進(jìn)水口通暢。安裝埋設(shè)前應(yīng)使?jié)B壓計及其反濾沙包保持飽和狀態(tài)。

3.2.2 壩基深孔中埋設(shè) 根據(jù)設(shè)計在儀器的安裝部位鉆孔，鉆孔鉆至儀器安裝高程以下50 cm。孔徑一般不小于110 mm。先在鉆孔底部用干凈的中粗砂反濾料回填至儀器安裝高程，然后將封裝在沙袋中的滲壓計放至安裝部位，如鉆孔太深，為防反濾包及電纜自身過重受損，可用鋼絲吊住反濾包，并把電纜綁在鋼絲上進(jìn)行吊裝。儀器放至安裝位置后，在儀器周圍及儀器以上2.0 m投放中粗砂，并使之飽和，再填入20 cm細(xì)砂，然后用M10水泥砂漿封孔?？稍阢@孔內(nèi)埋設(shè)多個滲壓計，方法同上，并做好相鄰滲壓計之間的封閉隔離。

3.2.3 填筑過程中埋設(shè)安裝 埋設(shè)滲壓計可采用坑埋方法，當(dāng)壩體填筑高于儀器埋設(shè)高程75 cm時，暫停填筑，在測點(diǎn)處挖出一個底部尺寸（長×寬）為50 cm×50 cm、深為100 cm的坑；在底部填25 cm的干凈中粗砂，放入包裹細(xì)沙反濾料的滲壓計，再覆蓋20 cm的中粗砂，澆水使砂層飽和；然后在其上回填中粗砂，并分層人工夯實(shí)。當(dāng)人工夯實(shí)使儀器埋深大于1.5 m時，方許機(jī)械碾壓。根據(jù)壩體填土層厚安排人工夯實(shí)，以保證儀器安全，并記錄埋設(shè)前后的儀器測值。

滲壓計埋設(shè)與封孔過程中應(yīng)隨時進(jìn)行檢測，嚴(yán)禁施工中損壞傳感器和觀測電纜，一旦發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，必須及時處理或重新埋設(shè)。

根據(jù)設(shè)計圖紙，大壩滲壓計布置統(tǒng)計如表1所示。

3.3 技術(shù)保證措施

滲壓計安裝前應(yīng)在高溫水中充水飽和，使用讀數(shù)儀觀測前后測值變化是否靈敏。安裝后根據(jù)現(xiàn)場施工情況跟蹤觀測，避免儀器或電纜受到施工損壞而錯過補(bǔ)救措施。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

4.1 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)可靈活設(shè)置多種測量方式，支持單點(diǎn)測量、多點(diǎn)巡測、定時測量、定次測量、離線測量等。在多點(diǎn)巡測及定時測量的同時，可實(shí)時繪制采集數(shù)據(jù)的工程值、溫度值等過程線，并可按測點(diǎn)查看，每采集1次新數(shù)據(jù)自動刷新圖線。設(shè)定測量數(shù)據(jù)顯示和存貯方式，有動態(tài)顯示手動存貯和隨機(jī)顯示自動存儲等功能選擇。數(shù)據(jù)采集過程中，根據(jù)傳感器資料中設(shè)置的報警值及時進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，并對越限數(shù)據(jù)進(jìn)行報警。

4.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測

系統(tǒng)設(shè)有多種采集模式、適應(yīng)各種傳感器的采集需求，如針對水情、氣象等實(shí)時性較強(qiáng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用自報模式，自報模式有定時自報、增量自報、變化率自報，且各通路各傳感器可獨(dú)立設(shè)置。

各通路的采集數(shù)據(jù)可獨(dú)立列表、作圖、設(shè)置報警開關(guān)，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出、圖線打印、圖片輸出，并具有水情、氣象報警日志查看，了解近日越限情況，界面版塊隨意組合，方便各類觀測設(shè)備的自報需求。

4.3 數(shù)據(jù)管理

采集數(shù)據(jù)自動進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，采集的數(shù)據(jù)可按儀器類型、設(shè)計編號、時間進(jìn)行查詢，庫數(shù)據(jù)可進(jìn)行查詢、備份、刪除、清空、剔除異常數(shù)據(jù)等操作。采集的數(shù)據(jù)生成報表打印，隨時可對報表標(biāo)題及格式進(jìn)行設(shè)置。庫數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換成Excel等通用格式，也將其他來源的監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，方便人工修改或臨時添加數(shù)據(jù)。

4.4 繪制圖形

按測點(diǎn)、時間、設(shè)計編號查詢數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)顯示于報表中，并將計算后的工程值、溫度值等數(shù)據(jù)繪制成過程線顯示，可選擇多種編輯圖形顯示格式，圖形具有無級放大功能，并隨機(jī)刷新圖線。

表1 大壩監(jiān)測滲壓計布置

系統(tǒng)支持10組數(shù)據(jù)同時繪圖，圖形坐標(biāo)的范圍、比例自動調(diào)節(jié)，也可按需要手動設(shè)定和更改。系統(tǒng)有功能強(qiáng)大的圖表編輯器，可修改圖表標(biāo)題、圖例、圖線標(biāo)點(diǎn)、注釋、顏色等所有圖形參數(shù)?？删庉嫺鞣N風(fēng)格的過程線，并可存儲多組圖形的設(shè)置以便調(diào)用。圖形可儲存為BMP、JPEG、GIF、PNG、WMF、EMF、TIFF等多種格式圖片。

5 監(jiān)測效果

大壩滲流監(jiān)測在施工期和試運(yùn)行期工作比較正常，可以為大壩的安全評價提供基本資料和數(shù)據(jù)。通過對這些監(jiān)測資料的可靠性分析，可以完成壩體與壩坡的穩(wěn)定性分析、滲流穩(wěn)定分析、工程運(yùn)行評價等大壩安全評價工作，從而及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取相應(yīng)措施，以確保大壩安全，延長大壩運(yùn)行時間，提高效益，同時有助于反饋大壩設(shè)計、指導(dǎo)施工和大壩運(yùn)行，推動壩工理論的發(fā)展。