白石水庫混凝土重力壩壩基揚壓力監測分析

劉 亮

(遼寧省白石水庫管理局有限責任公司，遼寧 朝陽 122000)

0 前 言

揚壓力是分析大壩穩定性的重要指標，是影響大壩壩體穩定性的重要荷載，影響揚壓力的因素包括上下游水位、時效、節理裂隙發育、帷幕防滲、壩體排水等因素[1]。壩基揚壓力升高會使大壩抗剪強度降低，壩體材料也會受到溶解破壞，較大的揚壓力會嚴重威脅大壩安全，在實際工程中運用帷幕防滲、抽(排)水等技術措施可有效降低大壩壩體的揚壓力。

白石水庫位于遼寧省北票市，壩址處河床寬380m，河床平均高程94m，壩基巖石為玄武質安山巖，全晶斑狀結構，呈厚層單斜狀產出，有三組節理，節理裂隙比較發育，壩基開挖共發現12條斷層，多為扭性或壓扭性斷層。

1 壩基揚壓力監測模型

白石水庫大壩壩基共布設47個揚壓力測點，其中36個縱向揚壓力測點，11個橫向揚壓力測點。水庫大壩自動化監測系統在2015—2019年間發生過幾次雷擊事件，造成數據采集模塊損壞，部分數據缺失。為便于研究揚壓力規律，選取2016年01月01日-2018年12月31日兩岸壩肩(UP1-UP4，UP31-UP35)、河床處(UP15-UP18)共計13個縱向揚壓力測點和16#壩段(UP16-1-UP16-4)4個橫向揚壓力測點的監測數據進行分析。

1.1 模型選擇

庫水位、時效、溫度、降雨等是影響揚壓力的主要因素，文章根據監測資料對影響揚壓力的各因子進行分析研究，揚壓力統計模型表達式為：

(1)

式中：YHS為上游水位分量，hi為觀測日當天、前1d、前2d、前3d至前4d、前5d至前14d和前15d至29d的平均上游水位；YHX為下游水位分量，a7為下游水位分量因子回歸系數；YT為壩基溫度分量；YP為降雨分量；Yθ為時效分量，θ為觀測日至始測日累計天數除以100，每增加1d，θ增加0.01。

1.2 模型分析

通過對縱向揚壓力測點和橫向揚壓力測點建立數學模型，縱向測點和橫向測點的復相關系數都在0.85以上，分析結果如下：

1)帷幕上游面各測點受水壓分量和時效分量影響顯著，水壓分量占比都在50%以上，其中測點UP1-UP2、UP34、UP16-1占比在60%以上；時效分量占比在20%左右，基本呈負相關；溫度和降雨影響較小，其中兩岸壩肩處測點的降雨分量占比相對較高，占比在15%左右[2]。

2)測點UP1-UP2、UP15-UP16、UP34-UP35和UP16-1-UP16-2揚壓力的變化滯后于上游庫水位，測點UP32-UP33與上游庫水位觀測日當天的回歸系數較大，滯后性不明顯。

3)UP3-UP4、UP17-UP18、UP31、UP16-3-UP16-4等測點位于帷幕下游，幾乎不受各因子的影響。

4)縱向揚壓力兩岸壩肩處和橫向揚壓力測點UP16-1-UP16-2的擬合值和實測值相差較小，解析成果理想。

2 基揚壓力監測成果分析

2.1 壩基縱向揚壓力分析

揚壓力受庫區上游水位影響明顯，時效其次，受降雨和溫度影響較小，根據2016年01月01日-2018年12月31的監測資料繪制揚壓力過程線，詳見圖1、圖2和圖3。

圖1 UP1-UP4壩基縱向揚壓力過程線

圖2 UP15-UP18壩基縱向揚壓力過程線

圖3 UP31-UP35壩基縱向揚壓力過程線

分析結果如下：

1)由圖1、由圖2、由圖3可知揚壓力呈兩岸高、河床底分布的規律。兩岸壩肩揚壓力測點水位較高，初步分析可能受繞壩滲漏及地下水影響。河床處揚壓力較低，與F2、F17、F18斷層通過此壩段有關，壩基雖經灌漿處理，但是仍存在局部透水性較好的情況，降低了河床處的揚壓力水位。相較于帷幕上游測點，帷幕下游測點UP3-UP4、UP17-UP18、UP31揚壓力值較小，經分析是由于水庫下游經常處于低水位運行，一定程度上減小了下游水位對壩體產生的托浮力。

2)2016-2018年各測點測值無較大變化，其中灌漿帷幕上游的大部分測點測值與庫水位具有相關性，且當庫水位超過115m后，相關性更加明顯，除受水力坡降影響的測點外，其余測點的水位遠低于庫水位，表明壩基縱向揚壓力穩定[3]。

2.2 壩基橫向揚壓力分析

白石水庫大壩壩基按照橫向廊道分別布置三個揚壓力監測斷面測點，測點編號分別為UP9-1-UP9-4、UP16-1-UP16-4、UP24-1-UP24-3，為便于比較，選取數據采集連續性和穩定性都比較好的UP16-1-UP16-4測點進行分析研究。

2.2.1 壩基橫向揚壓力過程線分析

16#壩段壩基橫向揚壓力過程線，如圖4所示。

圖4 16#壩段壩基橫向揚壓力過程線

分析結果如下：

1)帷幕上游測點UP16-1揚壓力水位較高，2016年2月至5月期間該測點的揚壓力值出現較大的波動，此期間水庫水位未出現驟升或驟降的情況，出現該異常情況可能與此期間發生的一次雷擊事件有關。測點UP16-2過程線平緩，變化不大。各測點測值較2016-2017年無異常變化[4]。

2)位于帷幕下游的測點UP16-3-UP16-4過程線平緩，受水位、時效、降雨等因子影響較小，表明揚壓力水位通過帷幕有很大折減。

2.2.2 壩基橫向揚壓力分布圖

根據揚壓力監測資料，選取2018年4個時間節點對揚壓力的水柱分布圖進行了分析，詳見圖5。

圖5 16#壩段壩基橫向揚壓力分布圖

由圖5可知，帷幕上游測點UP16-1揚壓力水柱較高，測點UP16-2揚壓力水柱較小且無明顯變化，測壓管可能出現堵塞情況，帷幕下游測點UP16-3-UP16-4揚壓力水柱基本沒有變化，且揚壓力水柱出現顯著的減小，壩基防滲效果較好。

2.3 壩基揚壓力系數

根據監測資料，對2018年01月03日縱向揚壓力和橫向揚壓力的揚壓力系數進行了計算，壩基揚壓力系數詳見表1。

表1 壩基揚壓力系數統計表

由表1可知，帷幕上游側測點的揚壓力系數普遍大于下游側的揚壓力系數，分析結果如下：

1)壩基揚壓力系數較大的測點為UP1-UP2、UP16、UP35 、UP16-01等，揚壓力系數最大值為0.80，測點UP3 、UP4 、UP31及UP16-2-UP16-4揚壓力系數較小，均未超過設計值。

2)防滲帷幕下游側測點的揚壓力系數小于設計系數，揚壓力在壩基處受阻，防滲效果較好。

3)河床處測點UP16揚壓力系數較高的，經分析是由于滲水的析出物堵塞了壩體的排水孔，排水不暢導致揚壓力升高，現已對相關的排水孔進行疏通；防滲帷幕上游測點UP16-2揚壓力系數較低可能存在測壓管堵塞情況，需要及時對測壓管進行疏通，以便更好對揚壓力進行監測[5]。

3 結 論

通過對白石壩基揚壓力監測資料的分析，可以得出以下結論：

1)壩基揚壓力受下游水位、時效、節理裂隙發育、帷幕防滲、壩體排水等因素影響，帷幕上游面各測點受水壓分量和時效分量影響顯著，帷幕下游面各測點受庫水位、時效、降雨等因子影響較小，揚壓力通過帷幕有很大折減，帷幕防滲效果良好。

2)靠近兩岸壩肩測點的揚壓力水位相對較高，揚壓力呈明顯的V型分布。

3)由于帷幕灌漿存在局部缺陷及受斷層影響，灌漿上游面測點UP15-UP16揚壓力值較小。對于一些揚壓力值較高的測點，及時對相關排水孔進行了疏通，從而很好地降低了揚壓力。

4)通過對揚壓力的監測與分析，揚壓力測點監測值穩定，大壩處于正常運行狀態。