引嫩土壩滲漏分析及其技術探討

李嚴坤

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶163316)

0 引 言

北引渠首工程為有壩自流引水樞紐，主要由土壩、總干渠進水閘、泄洪閘、溢流壩和固灘等多項工程組成，總干渠進水閘、土壩均按2 級建筑物設計。工程修建完成后改善北部引嫩現有引水條件，為大慶石化及周邊市縣供水提供了保障［1］。

大壩安全監測不僅是監測大壩安全，同時也是提高設計方法和檢測施工方法有效性的手段，是水利工程項目重要組成部分。近些年，省內土石大壩監測觀測項目基本實現數據采集自動化，監測設施的應用使之符合大壩監測“及時”和“準確”的要求，通過實踐證明，通過采用監測軟件和自動化監測設施，提高了工作效率和其監測數據可靠性。由于土石壩材料組成材料的非均質以及裂縫和不同材料之間存有不連續性、施工過程中施工方式的多樣等多因素影響，實踐表明土石壩監測比混凝土壩監測更加復雜［2］。提高大壩安全性和經濟性，已經成為水利工程項目設計和施工以及運營管理重要解決的實際問題，對監測及資料分析等方面提出更高層次的要求，同時促進了大壩安全監測工作的更好更快發展。

1 基本概況

1.1 徑流資料

根據2011 年編制的《尼爾基水利樞紐初步設計報告》中徑流系列插補延長資料測站有阿彥淺站、富拉爾基站、同盟站、德都站、北安站、依安站、零號站、龍安橋站、雙陽站，根據水位流量觀測資料進行多年降雨徑流關系的分析和建立［3］。

引嫩渠首控制斷面徑流組成主要有嫩江干流阿彥淺以上、諾敏河北支、訥謨爾河以及區間來水。各站天然年月徑流系列插補系列中最早時間是1898年，其中阿彥淺站、富拉爾基站天然徑流系列為1898—2000 年共103 a系列，其他各站為1951—2000年共50 a天然徑流系列。1998 年為大水年，阿彥淺站位866 mm，年平均流量為734 m3/s，為多年平均流量的2.3 倍。2000 年以后統計的參數變化較小，《尼爾基水利樞紐初步設計報告》的年徑流代表性分析結論仍然適用。在可行性研究報告中采用的水源主要為嫩江干流天然徑流和尼爾基水庫調節后的來水量1951—1982 年為實測資料，包括了完整的豐平枯水期，比較好地反映了豐枯水變化。

1.2 壩體及壩基情況

1)土壩位于泄洪閘左側，分為兩段，其中一段為新建位于泄洪閘和總干渠進水閘之間，樁號2+229－2+473.5，另一段位于總干渠進水閘左側，對應樁號為0+000－2+201.2。0+600 km和1+400 km為拉哈堤防加高培厚段，堤基承載力滿足要求，無軟弱土層分布，抗滑穩定性好。

2)為加強土壩擋水作用，護砌采用混凝土板護砌，預制混凝土板厚度為12 cm，鋪設砂礫石墊層厚度20 cm和無紡布400 g/m2;為了保證壩坡的穩定，上游坡比采用1∶2.5，下游坡比為1∶3。

3)0+600 km段由低液限黏土填筑而成，微弱透水，填筑土干密度為1.56 g/cm3，含水量平均值22.1%，凝聚力c =21 kPa，內摩擦角φ =15°;1+400kn 處上部為砂性土，壩基為黏性土，填土干密度為1.50 g/cm3，含水量平均值為24.7%，凝聚力c=15 kPa，內摩擦角φ=16°［4］。

1.3 測設布置

根據《大壩安全自動監測系統設備基本技術條件》SL268—2001《大壩安全監測自動化技術規范》DL/T5211—2005 等規范及要求，測設位置要具有代表性，能準確及時反映整個大壩滲流情況和掌握土壩動態性變化。結合工程地質情況和壩體材料性質以及現場地貌特征，本工程在0+600 km斷面布置6個測壓管，1+400 km處布置6 個測壓管用來監測壩體滲流和壩基滲流，長測壓管底高程為175.30 m，短測壓管底高程為176.80 m，以1+400 km樁號為例測壓管布設長度及其高程情況見圖1。

圖1 1+400km 處測壓管布置

1.4 監測系統工程設備及設施

本工程2011 年10 月土壩儀器施工結束，接入自動化設施。在外業方面中滲壓計安裝工作是及其重要的，其施工程序嚴格。鋪設安裝過程中嚴格按照《大壩安全監測技術規范》要求，保證測量數據的精確性真實性。

主要工作內容包括:①土壩滲流監測斷面滲壓管滲壓計安裝;②通訊光纜、電源電纜鋪設;③測量控制裝置MCU 安裝調試;④監控中心計算機設備、通訊設備安裝，采集軟件，信息管理分析軟件安裝。

滲壓計安裝在測壓管內，均按規范要求取得基準值，滲壓計信號電纜全部用鋼管或橋架進行保護，以避開外界因素對信號的干擾;將滲壓計放在測壓底上方50cm 的位置，滲壓計電纜接長時嚴格按規范的要求進行操作，所有芯線均采用錫焊后套4.2mm帶膠熱縮套管進行熱縮，外面再用12.7 mm熱縮套管進行熱縮，所有接頭可以保證在1Mpa 水壓力下不漏水，以保證儀器的絕緣性能。

1.5 地下水影響

根據多年工程實際運行情況來看，土石壩運行受到地下水影響較大，土石壩運行管理時應注意觀測地下水對其影響。本工程利用2004 年11 月勘察期間地下水位值計算，在嫩江兩岸共布置4 條勘探剖面，在勘探深度達26 m內未見隔水層。地下水浸沒范圍:當設計水位為176.20m 時，根據《水利水電工程水文地質勘察規范》(SL373—2007)。地下水壅高水位圖見圖2，計算公式為:

圖2 地下水壅高水位圖

根據勘探剖面:壅高后地下水埋深0.41 ～1.90 m。由于土壩右側局部低洼地段，壅高后地下水埋深＜0.50 m。地下水壅高值計算成果表見表1。

表1 地下水壅高值計算成果表

2 運行情況

2.1 滲流監測

設計壩頂高程181.80 m，校核洪水位179.73 m，設計洪水位179.04 m，工程正常運行水位176.20 m;土壩在正常運行時不擋水，在6 月下旬汛期擋水，由于2013 年7 月和8 月間嫩江中下游段發生20 a一遇洪水，水位將全線超警，防汛抗洪形勢較為嚴峻。通過該監控中心滲流監測軟件觀測布設斷面0+600 km和1+400 km處壩體滲流情況，見圖3所示。

上游水位178.30 m，水頭差1.3 m，逸出點177.50，出逸比降0.5，滲流量15.3 L/s，滲流量與水位關系為非線性關系。分析主要原因是由于壩基為砂礫透水基礎，壩體背水坡有0.5 m寬干砌石截流溝，在施工階段，為了防止上游水滲透力的破壞，把壩基黏土層全部挖出至砂礫層，同時上游護砌采用現澆混凝土的防滲型式，有效防止滲透壓力對壩體的破壞，減少了上下游側的揚壓力。

經過現場查驗滲流監測設施和觀測滲流監測軟件的運行，工程設施和設備運行正常，滲流、接縫等監測安全指標監測數據也正常。

圖3 高程～滲流量關系

2.2 人工現場檢查

定期安排專業人員經常行的對大壩進行檢查，并且要按規定時限對大壩及其測壓設備深入進行檢查，重要的一點是利用其數據采集分析軟件系統與現場人員檢查有機結合，減少因測壓儀器的局限性而受到的限制。

2.3 資料整理

安全監控包括監測和所采取措施方面，運行期重點放在真實性和可靠性方面，應用計算機進行多項式回歸分析計算，精度提高1 倍。因此，數據采集完成后應及時處理分析數據資料，以便了解土壩運行工作狀態。該土壩工程主體施工完畢后，于2011年進行監測設備的安裝工作，安裝調試成功后，即投入運行。其存儲軟件中數據可以以excel 表格形式保存，便于今后積累長序列資料，分析整理嫩江渠首來水對整個壩體滲流情況，為保證正常供水提供有價值參考資料。

3 結 論

1)引水工程非全年輸水，引水時間為每年4 月下旬—9 月下旬，土壩壩身和壩基都會發生程度的滲漏現象，大壩安全監測系統實行實時監控和預警預報，采用“上截、下排”措施，費用相對不高的措施有加大上游黏土鋪蓋長度、鋪設土工防滲材料、漿砌石護面，下游側開挖導滲溝、導滲培厚、壓滲，資金充裕時可以采用壩體灌漿措施，效果好。

2)目前溢流壩和固灘工程正在進行中，泄洪閘建成后設計最大過閘流量＞5 000 m3/s，對整個樞紐來說起到主要控制作用，按照1 級建筑物標準來設計，50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。從2011年正式監測至今已經積累了近5 a的長序列實測數據資料。

3)通過研究和分析表明，利用滲流分析軟件能夠對土壩安全監測數據進行有效的處理，從而提高了監測數據的質量，結合利用小波分析可以判斷土壩位移的穩定性，大壩安全監測的應用應走專業化的道路。

［1］李軍.北引渠首工程溢流壩設計［J］.黑龍江水利科技，2011，39(06):126.

［2］方衛華 土石壩安全監測綜述［J］.四川水力發電，2004，23(04):68.

［3］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩骨干工程北引渠首工程初設報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2008.

［4］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩擴建骨干一期工程可行性研究報告［R］，哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2008.