潭嶺水庫大壩揚壓力監測數據及模擬分析

何永剛，楊永民，祁少軍，楊智誠，歐陽永忠

（1.中核華泰建設有限公司，廣東 深圳 510225；2.仲愷農業工程學院，廣州 510225；3.仲愷農業工程學院建筑節能可持續發展研究所，廣州 510225；4.連州市潭嶺水電廠，廣東 清遠 513400）

1 工程概況

潭嶺水庫壩址以上集雨面積為142km2， 設計多年平均流量4.75m3/s，相應水量1.5億m3，投產發電后實測多年進庫流量5.70m3/s，相應水量1.768億m3。 水庫100 年設計水位是644.84m，1000 年校核水位是645.70m，正常高水位（亦是防限水位）為643.00m，死水位623m。水庫總庫容1.765億m3，防洪庫容0.283億m3。庫容系數0.913屬多年調節水庫。壩頂全長157.0m，分9個壩段和左、右兩岸壩頭。 壩頂寬為5.5m，壩底寬為33m，最大壩高47m。

2 大壩揚壓力監測系統簡介

在大壩3#、5#壩段的縱面各布設1排（8個）揚壓力測管（孔），觀測測孔內水位升降的變化情況。在2#、3#和5#壩段的基礎廊道內共布置有18個壩內廊道測壓管，其中3#和5#壩段的橫向廊道內各布設8個測孔（揚壓力孔），其編號分別為左1～左8、右1～右8，2#壩段縱向廊道內也布設有2個測孔，編號分別為左00、左01。各測孔一般深入基巖1～3m。

3 大壩典型壩段揚壓力監測數據分析

3.1 上下游水位

2009—2021年初庫水位呈季節性波動變化，一般表現為夏秋季水位高，冬春季水位低；多年來最高庫水位為2018年6月14日的641.23m， 最低庫水位為2017年2月14日的423.43m；2009年至2021年，年均水位在627.27（2018年）～637.95m（2016年）之間。

3.2 2#壩段揚壓力

2#壩段共布設2個測管，選取典型測點（左01）的揚壓水位與擬合值及各分量隨時間變化的過程如圖1。 多年變化特征值如表1。 從圖可看出：2007年初至2021年初揚壓水位在611.40～612.47m之間變化，多年的變幅1.07和1.02， 多年平均值分別為611.79m與605.42m。

圖1 2#壩段左01測壓管水位與擬合值過程線

表1 大壩3#壩段測壓管水位多年變化特征值 單位：m

3.3 3#壩段揚壓力

3#壩段共布設8個測管，選取典型的測壓管（左2）2007年1月至2018年12月期間的揚壓水位與擬合值過程如圖2，大壩3#壩段測壓管水位多年變化特征值如表1根據揚壓水位和庫水位計算各測點的揚壓系數，揚壓系數統計結果如表2。

圖2 3#壩段左02測壓管水位與擬合值過程線

表2 3#壩段測壓管揚壓系數多年變化統計 單位：MPa

由圖表可知， 各測點2007年初至2018年底揚壓水位602.8～607.65m 之間變 化， 多年變幅 在0.34～3.80m之間，揚壓力在0.04～0.27MPa之間，多年變幅在0.07～0.34MPa之間。 一年中高水頭一般出現在夏季，低水頭一般出現在冬季。

3.4 5#壩段揚壓力

5#壩段共布設8個測管，典型的測壓管（右8）2007年1月至2018年12月期間的揚壓水位與擬合值及各分量隨時間變化的過程如圖3，大壩5#壩段測壓管水位多年變化特征值如表3，根據揚壓水位和庫水位計算各測點的揚壓系數，其統計結果如表4。 由圖表可知， 各測點2007年初至2018年底揚壓水位602.32～606.07m之間變化，多年變幅在0.31～1.07m之間。一年中高水頭一般出現在夏季，低水頭一般出現在冬季。各測點的揚壓系數在0.06～0.21之間， 越靠壩上游面測點的揚壓系數越大， 揚壓系數符合重力壩建基面滲透規律，監測值顯示揚壓力正常。

圖3 5#壩段右08測壓管水位與擬合值過程線

表3 潭嶺水庫5#壩段測壓管水位多年變化特征值 單位：m

表4 5#壩段測壓管揚壓系數多年變化統計 單位：m

4 大壩典型壩段揚壓力監測數據模擬分析

影響大壩揚壓力的因素主要包括混凝土的澆筑質量及大壩的排水設施等、上下游庫水位、溫度、降雨和時效等影響因素，可建立如式（1）的統計模型［3-5］。

式中 P為壩基揚壓力監測孔孔水位的擬合值；Ph為壩基揚壓力監測孔孔水位的水位分量；PT為壩基揚壓力監測孔孔水位的溫度分量；Pp為壩基揚壓力監測孔孔水位的降雨分量；Pe為壩基揚壓力監測孔孔水位的時效分量。

對2#壩段測壓管水位與揚壓力考慮各影響因素的統計擬合過程線如圖4，統計模型擬合情況如表5，統計模型復相關系數為0.733，擬合情況較好。 從統計擬合情況來看，揚壓水位主要表現有溫度分量和時效分量，無上游水位分量和降雨分量。 溫度分量占比77.4%， 表現為隨著溫度升高， 測壓管水位上升。 時效分量表現的是水位逐漸的下降，說明隨著時間的推移，該測壓管存在堵塞現象，水位沒有出現異常變化。

圖4 2#壩段左01測壓管水位與擬合值及各分量水位過程線

表5 大壩2#壩段測壓管水位統計模型擬合情況 單位：m

壩基設置了防滲帷幕和排水孔，據規范要求，設計揚壓力圖的滲透壓力強度系數在河床壩段為0.25。 原有設計資料表明，3#壩段壩基有F9、F10斷層穿過，斷層帶寬約9m，施工時已進行過槽挖，鋪設鋼筋網和灌漿處理。 從揚壓力監測成果計算得出的揚壓系數來看，3#壩段揚壓系數比規范規定的0.25大。從本次觀測資料分析來推測，3#壩段壩基有F9、F10斷層處理可能不夠徹底或存在通往下游的裂隙，出現壩基揚壓力較高。

5 結語

（1）大壩揚壓水位一年中高水頭一般出現在夏季，低水頭一般出現在冬季。 各測點揚壓水位的影響因素有庫水位、降雨、氣溫和時效，以氣溫和時效為主。越靠壩上游面測點的揚壓系數越大， 揚壓系數符合重力壩建基面滲透規律，監測值顯示揚壓力正常。

（2）3#壩段壩基有F9、F10斷層穿過，斷層帶寬約9m，施工時已進行過槽挖，鋪設鋼筋網和灌漿處理。從揚壓力監測成果計算得出的揚壓系數來看，3#壩段揚壓系數比規范規定的0.25大。 斷層處理可能不夠徹底或存在通往下游的裂隙， 出現壩基揚壓力較高的現象。對壩體滲流存在負面影響，運行管理過程中應加強監測， 過程線突變或壓力值過大則采取工程措施進行局部加固處理。