龍頭石水電站滲流滲壓監測成果分析

代 喬 亨, 陶 子 傲

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

大渡河龍頭石水電站主要樞紐建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸引水發電系統和左岸泄洪消能設施三部分組成。其中瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程為960 m，壩頂寬10 m、長373.5 m，最大壩高58.5 m。壩址區位于中高山開闊河谷地段，呈“L”型河曲，長700余m。壩址控制流域面積達6.3萬km2，多年平均流量為1 020 m3/s，水庫正常蓄水位高程為955 m，大壩壅水高度為50 m，正常蓄水位以下庫容約1.145億m3，裝機容量為700 MW。該電站水庫單獨調度運行條件下的年發電量為31.2億kW·h，電站運行以發電為主。

滲流監測系指對水工建筑物及其地基內由滲流形成的浸潤線、滲透壓力(或滲透水頭)、 滲流量和滲水水質等進行的監測。其目的是掌握水工建筑物及其地基的滲流情況，分析并判斷其是否正常和可能發生不利影響的程度及原因，為工程的施工、運行及養護修理和安全運用提供依據，并可為水利工程的勘測、設計、施工和科研提供科學的參考資料。闡述了對龍頭石水電站滲流滲壓監測成果進行的分析。

2 大壩滲流滲壓監測方案

2.1 壩基滲壓監測儀器的布置

大壩基礎滲流的監測采用2橫、2縱、3鉆孔的布置方式實現對壩基滲流整體分布情況的監測。

(1)橫向布置。在防滲墻后(壩0+000.50)自右岸向左岸(樁號0+101.00 ～0+330.00)橫向布置一排、共計11支滲壓計，對防滲墻后的滲壓分布狀況進行監測。

在防滲墻前(壩0+004.00)，0+101.00)和0+290.00處各布置1支滲壓計，對防滲墻前的滲壓狀況進行監測。

通過對防滲墻前后的滲壓數據進行比較，可以較準確地評判防滲墻的防滲效果。

(2)縱向布置。分別在3-3(0+200.00)和4-4(0+290.00)監測斷面沿縱向(水流)各布置了一排滲壓計，對防滲墻后的滲壓遞減情況進行監測。

(3)鉆孔滲壓計的安裝。分別在樁號0+148.00、0+200.00(3-3斷面)、0+290.00(4-4斷面)處各布置了一個鉆孔，在孔內不同深度安裝多支滲壓計以實現對孔位處沿深度方向滲壓分布情況的監測。

2.2 壩體滲壓監測儀器的布置

滲壓監測儀器分布在2-2、3-3、4-4三個斷面及沿左、右岸岸坡與壩體的結合面上，每個斷面均為自下而上埋設滲壓計。其中2-2、3-3、4-4三個斷面采用雙排布置，即在防滲心墻前后各布置一排；左、右岸岸坡與壩體結合面為單排布置，均布置于防滲心墻后。壩體共埋設滲壓計35支。

2.3 壩體滲漏監測儀器的布置

壩體滲漏采用量水堰實施監測。龍頭石水電站大壩在左岸廊道內設置了兩個量水堰(編號為WE1、WE2)，對壩體滲漏水量實施監測。

2.4 繞壩滲流監測儀器的布置

整個大壩共布置了10個鉆孔，安裝滲壓計進行繞壩滲流監測。其中左岸布置了4個繞滲孔，其自上至下的編號分別為RK1、RK2、 RK3和RK4；右岸布置了6個繞滲孔，自上至下的編號分別為RK5、RK6、RK7、RK8、RK9、RK10。

3 大壩滲流滲壓監測成果分析

3.1 壩基滲壓

(1)防滲墻后的滲壓。監測成果表明：壩基防滲墻后(樁號壩(橫)0+100.00～0+350.00)范圍內各測點的實測滲壓水位高程為905.55～911.25 m，水位差為5.7 m，監測點的實測滲壓基本上在高程910 m之下；與同一時間的庫水位高程954.17 m相比，防滲墻前后的水頭遞減幅度在21.92～ 48.62 m之間，滲壓水位折減明顯。

水庫蓄水達到正常蓄水位后，壩基防滲墻后各測點的滲壓水位與庫水位相關性不明顯，相關系數在0.15～0.49之間；尾水位與滲壓水位的相關系數在0.43～0.68之間[1]。

大壩基礎防滲墻后滲壓水位分布情況(防滲體后自左向右(岸)的滲壓分布狀況)見圖1，大壩基礎防滲墻后滲壓水位歷時過程線見圖2。

圖1 大壩基礎防滲墻后滲壓水位分布示意圖

圖2 大壩基礎防滲墻后滲壓水位歷時過程線圖

(2)壩基滲壓沿下游衰減情況。監測成果表明：壩基滲壓水位在防滲體前、后有一個明顯的梯降，與壩前庫水位相比，在斷面0+200.00處的遞減幅度為46.28 m(水位高程為954.38～908.12 m)，0+290.00處的遞減幅度為46 m(水位高程為954.38～ 908.38 m)，防滲體前后水位遞減超過46 m。防滲體后，自壩縱0+000.50至0-103.00，滲壓水位均在高程910 m之下，沿下游方向有微弱衰減。

經核算，斷面0+200.00處防滲墻前后測點P13和P5最短滲距之間的水力坡降為10.36，遠小于設計允許水力坡降80～100；堆石區測點P5和P21最短滲距之間的水力坡降近乎為零，遠小于設計允許水力坡降0.18～0.25[2]。

斷面0+290.00處防滲墻前后測點P22和P9最短滲距之間的水力坡降為5.11，遠小于設計允許水力坡降80～100；堆石區測點P9和P30最短滲距之間的水力坡降近乎為零，遠小于設計允許水力坡降0.18～0.25。大壩典型縱向滲壓水位分布狀況見圖3。

大壩縱向樁號 /m

(3)鉆孔內的滲壓分布情況。選取0+148.00、壩0-002.40處安裝在同一鉆孔中的3支滲壓計，安裝高程分別為885 m、852 m和829 m ;大壩基礎防滲墻后鉆孔內滲壓水位歷時變化過程線見圖4。

圖4 大壩基礎防滲墻后鉆孔內滲壓水位歷時變化過程線圖

監測成果表明：孔內滲壓水位分別為高程903.55 m、915.06 m、912.28 m，尤以孔內中段滲壓水位最高，孔底次之，孔口段最低，各孔深段的滲壓值變化穩定[3]。

3.2 大壩滲壓

大壩及壩基(壩橫0+200斷面)滲壓浸潤線見圖5，(壩橫0+200)瀝青混凝土心墻后壩體內滲壓值歷時過程線見圖6。

圖5 大壩及壩基(壩橫0+200斷面)滲壓浸潤線示意圖

時間 /年/月/日

(1)防滲心墻上游側的滲壓分布。壩體防滲心墻上游側(壩0+000.50)在3-3、4-4兩個監測斷面的941、945、950 m高程處實測到的滲壓數據為3.26～12.92 m，其對應的滲壓水位高程為953.26～953.47 m，所有測點的滲壓水位與同期庫水位基本持平。

(2)防滲心墻下游側滲壓分布。壩體防滲心墻下游側(壩0+011.00)在3-3、4-4監測斷面和左右岸坡面的912～950 m高程范圍內，除P55(壩0+290.00、924 m高程)和P45(壩0+200.00、918 m高程)的滲壓數據為2.4 m和2.26 m外，其余所有測點的滲壓均極小，基本接近于0，即儀器安裝點處實際無滲壓水作用。測點P45的滲壓值從2012年1月至今一直呈現增長趨勢；測點P55的滲壓值從2013年6月～2015年9月一直呈現增長趨勢，2015年10月至今滲壓測值變化平穩。

(3)滲壓水位與庫水位的關聯性。對由監測數據和圖7～8反映的信息進行分析得知：壩體防滲心墻上游側壩體各測點滲壓水位與庫水位高度相關，滲壓水位與庫水位基本相同，時間上亦無遲滯。

壩體防滲心墻下游側壩體各測點滲壓較小，儀器安裝點處實際無滲壓水作用，即防滲心墻下游側的壩體未受到庫水位浸潤影響。

(4)大壩及壩基的整體浸潤情況。對壩體、壩基滲壓監測資料進行綜合分析并繪制出大壩及壩基的整體浸潤情況，壩前浸潤范圍已貼近瀝青混凝土心墻上游側，滲壓水位與壩前庫水位基本相同。在瀝青混凝土心墻后，滲壓水頭普遍有約45 m的遞減，緊鄰心墻下游側的滲壓水位在高程906.18～910.16 m之間，沿下游方向微微衰減后與河床水位趨于一致[4]。

3.3 繞壩滲流

截止到2021年6月30日，左岸繞滲孔內的水位在高程927.6～944.16 m范圍內，與庫水位相關系數在-0.21～0.08之間；右岸繞滲孔內的水位在高程917.2～960.38 m范圍內，與庫水位相關系數在0.19～0.26之間。分析發現：兩岸各繞壩滲流觀測孔的孔內水位與庫水位的關聯均不密切，主要受季節性降雨影響。左岸繞滲孔RK02孔內水位在2016年12月之前一直隨季節呈周期性變化，2017年1月至2018年7月其孔內水位呈緩慢增長趨勢，2018年8月水位增長趨勢增大，之后維持穩定。其余孔內水位總體穩定，長期隨季節呈周期性變化。大壩左岸繞滲孔孔內水位歷時過程線見圖7。

時間 /年/月/日

3.4 左岸基礎廊道的滲流監測

龍頭石水電站最終布置的滲流監測點有兩處，均位于左岸原灌漿廊道內，WE1位于排水溝末端，WE2在集水入口處。左岸滲流量時間過程線見圖8。

時間 /年/月/日

自水庫蓄水以來，滲流監測處的多年實測量水堰滲流量為5.24～11.52 L/s。滲流總量比較穩定，滲流量與庫水位的關聯性不明顯[5]。

4 結 語

對龍頭石水電站大壩觀測資料進行分析得知：壩體防滲心墻上游側各測點滲壓水位與庫水位相關性較好，量值基本相同。下游側除個別點外，絕大部分測點處的滲壓均接近于0，普遍無滲壓水作用，壩體防滲效果較好。防滲體前、后壩基滲壓水位折減明顯，普遍出現了約47 m的遞減。防滲體后沿壩體縱向向下游壩基滲壓水位均在高程910 m之下，自上而下有微弱衰減。壩基滲流滲壓測值變化平穩，滲壓水位分布合理，大壩防滲排水設施對保證大壩穩定起到了良好的作用。

監測系統長期采集的數據顯示：目前龍頭石水電站大壩整體運行狀態正常，大壩滲流滲壓數據變化較小，沒有明顯的異常變化，符合國家及相關單位的具體標準，大壩工作正常。