基于大壩滲漏斷面處測壓管監測數據分析

凌銳

安徽水安建設集團股份有限公司綜合設計院 安徽 合肥 230601

引言

水利工程上，滲流廣泛存在于土石壩中。滲流會對土體產生滲流力，滲流力會作用于無黏性土的顆粒及黏性土的骨架上，影響壩體的應力和變形狀態，最終導致壩體沉降、壩坡塌陷或形成集中的滲流通道等，危及大壩的安全[1]。工程上常在土石壩壩身和壩基的適當位置，有計劃的布置測壓管或滲壓計，以及時了解大壩的滲流性態。在采集滲流原始監測數據后，常使用相關線分析法、位勢分析法等對監測數據進行數據處理[2]。在本文中，通過分析桑澗水庫滲漏斷面處的監測數據，最終得出滲漏斷面處壩體防滲墻存在局部質量不佳這一結論，對后期進行的除險加固起到了指導意義。

1 工程概況

桑澗水庫為均質土壩，壩頂高程63.00m，最大壩高18.60m，壩頂寬5.00m，防浪墻頂高程64.00m。大壩迎水坡坡比1∶2.50，為干砌塊石護坡；背水坡在55.00m高程處設馬道，寬度為9.0m，自上至下壩坡坡比依次為1∶2.50、1∶3.00，背水坡護坡為草皮護坡。大壩樁號0+000～0+650段采用40cm厚塑性砼防滲墻。根據水庫運行資料，當庫水位較高時，北涵南側壩體0+500m～0+550m段背水坡坡腳出現散浸、局部漏水的現象，滲漏部位最高點高程為55.86m。

2 大壩滲流監測情況

桑澗水庫大壩共埋設28根測壓管，其中壩身測壓管5排17根，壩基管3排11根，壩身管所在斷面為0+100、0+302、0+402、0+512、0+720，壩基管所在斷面為0+300、0+400、0+510。水庫設有觀測站，可自動記錄收集上游水位與降雨量數據，測壓管水位通過聽筒器測繩人工采集。

3 大壩滲流監測資料分析

本文旨在研究樁號0+500m～0+550m段壩體產生滲漏的原因。分析對象為0+512斷面壩身測壓管和0+510斷面壩基測壓管，分析時間序列為2012年1月～2018年12月。此序列個別明顯異常數據已剔除，并用插值法補全缺失值，總體來說數據相對合理，故采用此序列[3]。

3.1 測壓管水位與庫水位相關性分析

處理觀測所得的測壓管數據，建立一元線性回歸模型，分析各斷面測壓管與庫水位的相關性系數。其中壩身測壓管IV-1位于防滲墻之前，IV-2、IV-3位于防滲墻之后；壩基測壓管Ⅳ’-1位于防滲墻之前，Ⅳ’-2、Ⅳ’-3位于防滲墻之后。測壓管水位與庫水位相關分析成果見表1。

表1 測壓管水位與庫水位相關分析成果表

測壓管水位與庫水位經一元線性回歸方程擬合后，若相關系數>0.8，則相關性較好；0.4<相關系數<0.8，為弱相關；相關系數<0.4，為不相關[4]。由表1可知，壩身測壓管水位與庫水位均為不相關；壩基測壓管Ⅳ’-1、Ⅳ’-2為弱相關，Ⅳ’-3為不相關。且測壓管的位置越靠近壩趾，則相關系數越小，即相關性越低，這一結果與大壩滲流規律是相吻合的。

3.2 測壓管位勢分析

測壓管水頭在滲流場中占總滲流水頭的百分數即為測壓管位勢。測壓管位勢的變化，可直觀地反映防滲墻和壩體對水頭的消減程度，對大壩滲流安全形態的評價具有重要意義。位勢計算公式如下：

式中，hi為測壓管水位，H1為上游水位，H2為下游水位。

0+512斷面、0+510斷面測壓管位勢變化如圖1、圖2所示。

圖1 0+512斷面壩身測壓管位勢圖

圖2 0+510斷面壩基測壓管位勢圖

由圖3、圖4分析可知：①0+512斷面壩身測壓管中，存在部分位勢值大于100%現象，可能是測壓管管口封堵不嚴導致雨水進入管內所致；2017年、2018年數據相對合理，對其進行數據分析，IV-1測壓管平均位勢為99.16%，IV-2測壓管平均位勢為82.61%，IV-3測壓管平均位勢為58.76%，防滲墻前后位勢降幅較小，僅消減17%的水頭，防滲墻防滲效果不佳；下游壩坡土消減近29%的水頭，防滲效果尚可。②0+510斷面壩基測壓管中，存在Ⅳ’-3測壓管位勢高于Ⅳ’-1、Ⅳ’-2測壓管位勢的現象，同水位過程線圖相吻合，可能是測壓管管口封堵不嚴所致；同取2017年、2018年數據分析，Ⅳ’-1測壓管平均位勢為66.61%，Ⅳ’-2測壓管平均位勢為57.45%，Ⅳ’-3測壓管平均位勢為51.50%，防滲墻前后位勢降幅較小，僅消減13%的水頭，防滲墻防滲效果不佳；下游壩坡土消減12%的水頭，防滲效果一般。

3.3 測壓管分析結論

通過測壓管觀測資料分析，0+512斷面和0+510斷面防滲墻前后測壓管位勢降幅不大，防滲墻消減的水頭較小，防滲效果不佳。根據水庫施工日志，0+500m～0+550m段混凝土防滲墻施工采用液壓鋸槽法造孔成墻，接頭處理部位容易出現局部施工不均勻，且成槽機在北涵處機身曾發生歪斜。結合測壓管數據分析結果，可判斷防滲墻存在局部質量不佳，導致0+500m～0+550m段壩體背水坡坡腳出現散浸、局部漏水的現象。

4 結束語

測壓管監測數據分析表明：①越靠近壩趾的測壓管相關系數越小；②滲漏斷面防滲墻前后位勢降幅較小，防滲效果不理想。

考慮到水庫施工日志中成槽機在北涵處機身曾發生歪斜這一事實，結合監測數據分析結論，基本可判斷0+500m～0+550m段防滲墻的局部質量不佳，是導致此段壩體背水坡滲漏的原因。