運用滲流測量設施改善壩體安全監測

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(韓國水資源公社業務維護部 ，韓國 大田 34350)

近年來，地震、壩體老化等威脅水壩安全的因素越來越多。因此，對水壩安全監測設施的管理越來越受到重視。

就工程結構而言，水壩是一種相對安全的設施，然而一旦發生坍塌等事故，將在很長一段時間內中斷水源供應，同時下游將遭到洪水侵害。因此有必要對水壩結構進行全面的安全管理。為此，韓國水資源公社(K-water)正在推進加強水壩安全項目，以保障水壩設施的安全可靠性。K-water正在開展一項工作，對建造時未配備滲流測量設施的水壩補充安裝這一設施，該項目是加強水壩安全項目的一部分。本文介紹了建立滲流測量設施的設計工作。

1 水壩滲流測量設施

滲流測量設施由滲水收集墻和滲水測量室組成(見圖1)，用于測量壩體和壩基的滲流，通過分析滲流的濁度和流量變化來判斷水壩是否產生異常。如果壩體發生滲漏，通過滲透測量設施的觀測，發現異常跡象，就可提前防止壩體可能出現的問題。對填筑壩來說，滲流測量設施尤為重要。

K-water正在對6座建造時未配備滲流測量設施的水壩配備這一設施，江原道的廣洞(Gwangdong)水壩就是其中之一。該壩建于1989年，高39.5 m，長282 m，為土心墻堆石壩(ECRD)。

2 現場土壤勘測

首先需進行土壤勘測(見圖2)，以提供設計滲水收集墻布置和測量室建設所需的巖土工程基礎數據。同時，對水壩下游進行鉆探、電阻率法勘測等各種現場試驗。

2.1 電阻率法勘測

在水壩下游側及兩側進行電阻率法勘測試驗(見圖3)。通過測量和分析地下電阻率異常引起的電位差，確定地下地質構造、斷層破碎帶等。在分析勘測結果的基礎上，選擇鉆探勘測的位置，掌握整片地區的巖層分布狀況。

圖1 水壩滲流測量設施

圖2 廣洞水壩土壤勘測方案

圖3 廣洞水壩電阻率法勘測結果

預測滲徑為2條(見圖4)，主要朝向大壩堤岸的右下方匯集。因此在進行細部設計時，計劃根據預測的滲徑，建造滲水收集墻和測量室。

2.2 鉆孔勘探

鉆孔勘探旨在評估地層組成、巖層厚度與特性(見圖5)以及土壤和巖石的滲透性。在分析電阻率法勘測結果的基礎上，對低電阻率異常區域進行集中鉆探。除鉆孔勘測外，還進行標準貫入試驗(SPT)、現場滲透試驗和巖層透水性試驗。

通過分析鉆探結果，編制地質和地質柱狀圖以及巖層透水圖。在巖層透水圖中，土層屬于設置滲水收集墻部分，而超過3 Lu的巖石層則屬于帷幕灌漿段。

3 設 計

對運行20～40 a的水壩上建造滲流測量設施時，設計中主要考慮以下2個方面: ①確保滲水收集墻不會干擾到壩體。 ②設置滲水收集墻后，壩基地下水位會上升，因此要確保水壩安全不會受到威脅?；诖?，分析了土壤、地下水位和地層分布情況，對滲水收集墻布置、測量室位置以及堰高進行相應設計。

圖4 廣洞水壩主要滲徑

圖5 廣洞水壩鉆孔勘探

圖6 廣洞水壩滲水收集墻布置

3.1 滲水收集墻建造方案

滲水收集墻是在壩下游側面防止滲透和用于測量壩體和壩基滲透的設施。

(1)選擇滲水收集墻。設計滲水收集墻布置路線時，考慮了地下滲流的類型、壩體線以及滲流測量室的導流渠方案。為了防止滲流流向滲水收集墻的另一側，計劃將滲水收集墻的端部與基巖連接。同時，考慮到修建滲水收集墻可能會影響到水壩結構安全，因此滲水收集墻的設計不能干擾到現有的壩體。廣洞水壩滲水收集墻布置見圖6。

(2)滲水收集墻的修建方法。根據巖石大小(35～60 cm)和水壩下游側的平均填埋層厚度(8.6 m)，選擇滲水收集墻建造方法。直接建造在壩體結構上的滲水收集墻可設置在較深的位置，開挖的范圍大，會影響到壩體。因此，對于主要的連續樁墻，選擇新的連續正割排樁(NCSP)法。

(3)滲水收集墻的高度和深度。根據實測的最高地下水位和下游洪水位差不超過允許值(0.5 m)來確定滲水收集墻高度，可與巖石灌漿層重疊，重疊巖層最厚可達1 m，以防止邊界出現滲漏。廣洞水壩滲水收集墻高2～8 m。滲水收集墻邊界見圖7。

3.2 滲水收集墻底部巖層加固

基巖層灌漿目的是防止滲水通過基巖流出，以使測量室和滲水收集墻收集到盡可能多的滲水。巖石加固采用水泥灌漿法，加固材料擬采用波特蘭水泥。

根據水壩建造實例和2011年韓國國土交通部《水壩設計標準》的規定，確定灌漿深度以不大于3 Lu作為標準。當加固范圍較大時，通過《水壩設計標準》(2011年)的經驗公式和滲透分析結果確定灌漿深度。廣洞水壩的灌漿范圍為2～22.5 m。

圖7 滲水收集墻邊界的設置

3.3 測量室建造方案

滲透測量室是用于測量水壩下游的滲水收集墻所收集的滲流量的設施。測量室包括滲流的導入設施、減少流入水流變化的分配板、測量流量的水位計、三角量水堰以及排水設施。根據壩體線、實測地下水位、地下水流量和現場勘測數據，計劃將測量室布置在對壩體造成最小影響的位置。

此外，為盡量減小壩體處地下水位上升的影響，應對壩體下部、最低地下水水位和鉆孔勘探地下水位進行比較后確定量水堰高。量水堰尺寸是根據允許滲透和實際滲透確定。通過參考國際標準(ISO-1438-1)，對測量室進行詳細設計，包括水箱尺寸和分配板間隔設計等。

4 結 論

如上所述，滲水測量設施的建造主要分為2步進行： ①現場土壤勘測。詳細的現場土壤勘測可提供精準設計所需的地質信息。 ②結構設計。設計考慮現場土壤勘測結果及設施建造后對水壩安全造成的影響，并在正常施工條件下不影響水壩安全。

在已建水壩中建造滲流測量設施，存在許多威脅結構安全的限制因素，所以應在建壩時就設置滲流測量設施。

填筑壩的滲流測量設施是對壩體安全管理的重要工具。滲流突然迅速增多或水變濁是主壩出現異常的信號。可利用緊急泄流設施降低水庫水位，以檢查和加固主壩體。因此，滲流測量設施是填筑壩管理中不可或缺的工具。為實現水壩安全管理，K-water建造了滲流測量設施，還同步開發了自動測量系統，以實時測量滲流、電導率和濁度。作為韓國水資源管理機構，K-water將持續致力于提高水壩安全性。