洞坪水電站大壩壩基揚壓力監測資料分析

譚 立，楊 源

(湖北宣恩洞坪水電有限責任公司，湖北 恩施 445000)

洞坪水電站工程位于恩施州宣恩縣境內的忠建河下游河段，距宣恩縣城33.0 km，是1座以發電為主，兼有庫區航運、交通、防洪、灌溉、水產養殖及旅游等綜合效益的Ⅱ等大(2)型水利水電樞紐工程。工程主要由混凝土雙曲拱壩及壩身泄洪建筑物、壩后水墊塘消能建筑物、左岸發電引水隧洞、地下發電廠房及開關站等組成，最大壩高135 m。壩址控制流域面積1 420.5 km2，多年平均流量46.4 m3/s，多年平均年徑流量14.62億m3。水庫正常蓄水位490 m，設計洪水位為492.20 m，校核洪水位為493.96 m，死水位為456 m，總庫容3.43億m3，調節庫容1.92億m3，庫容系數13.08%，為年調節水庫；電站總裝機110 MW，單機容量55 MW，保證出力17.93 MW，多年平均發電量3.22億kW·h。工程于2002年開工建設，2005年下閘蓄水，2006年竣工投產。

1 儀器布置及分析方法

洞坪大壩壩基揚壓力監測設置縱向和橫向監測斷面，排水帷幕線上布置了壩基揚壓力監測點[1]。為監測大壩基礎(包括兩岸壩肩)的揚壓力、滲透壓力的變化，在壩體基礎(包括兩岸壩肩)、山體布設了測壓管(管內含滲壓計)和滲壓計。一是在6～10號壩段的壩基灌漿排水廊道(高程376～406 m)布置8支測壓管，測點編號為UP-01～UP-07和P6Z3(管內滲壓計編號與測壓管編號相同)。二是在河床壩基、左右岸拱座拉應力最大部位(2、3、5、6～12號壩段)布置21支埋入式滲壓計，編號為P-01～P-16、P-19～P-23。監測儀器布置見圖1和圖2。本次監測資料分析時段為運行期以來截至到2019-12-31日，在測值可靠性分析的基礎上，采用比較法、作圖法及特征值統計法等對監測資料進行深入分析，重點以趨勢性和異常現象診斷為主，從實測性態角度出發分析大壩基礎揚壓力的變化規律、分布規律，統計滲壓系數折減情況后，與壩基滲壓系數設計控制值進行對比，簡要評價防滲帷幕和排水設施效果。

圖1 壩基揚壓水位、壩體滲透壓力及山體地下水位監測布置圖

圖2 壩基揚壓力及壩體滲透壓力監測布置圖

2 揚壓力監測資料分析

2.1 變化規律分析

洞坪大壩壩基揚壓力監測的測壓管均位于帷幕后，滲壓計則分別布置在帷幕前和帷幕后。部分壩段壩基揚壓水位實測過程線見圖3，河床壩段和兩岸岸坡壩段壩基揚壓力特征值統計情況見表1和表2。因P6Z3和UP7鉆孔深度達到了基巖面以下17.15 m，所監測水位為壩基深層地下水位而非壩基揚壓水位；UP5鉆孔深度并未到達基巖面，所監測水位不是壩基揚壓水位，以上3個測點本次不作分析。

從壩基揚壓水位實測過程線圖3可以看到，壩基揚壓力主要受上游水位和溫度變化影響，河床壩段(7、8號和9號壩段)帷幕前測點P-01、P-04和P-07揚壓水位受上游水位影響明顯，隨著水位的升降而增減；帷幕后測點揚壓水位受上游水位影響相對較小，帷幕防滲效果明顯。壩趾部位揚壓水位與下游水位相關性較強，大小及變幅與下游水位基本相等。

圖3 壩基揚壓水位(部分壩段)實測過程線

總體來看，河床壩段壩基揚壓水位分布規律是合理的。壩肩基礎高程415 m以上滲透壓力較小，變幅較小，相應的滲壓水位較低，自2007年以來部分測點未監測到滲透壓力。

壩基揚壓力統計時段內洞坪水庫從2005-03-30日開始蓄水(上游水位為390.02 m)，截至到2019年正常運行期內上游水位出現最大值為490.24m，上游水位最大變幅為100.22 m。從壩基揚壓力特征值表1和表2可以看到，河床壩段帷幕前實測最高揚壓水位在422.00～477.78 m之間，最大變幅在42.26～80.14 m之間，其中9號壩段P-01揚壓水位最高，為477.78 m(當日庫水位為489.47 mm)。河床壩段帷幕后實測最高揚壓水位在382.33～404.09 m之間，最大變幅在7.30～27.43 m之間，其中7號壩段UP-06揚壓水位最高，為404.09 m(當日庫水位為487.90 m)。兩岸岸坡壩段壩基揚壓水位測值基本穩定，揚壓水位在419.41～456.47 m之間，揚壓水頭在1.47～6.47 m之間，最大年變幅在0.56～5.89 m之間。揚壓水頭最高為5號壩段基礎上游側高程415.0 m的測點P-12，其最高揚壓水位為421.47 m。

表1 河床壩段壩基揚壓力特征值統計 m

表2 兩岸岸坡壩段壩基揚壓力特征值統計 m

2.2 分布規律分析

為分析揚壓力分布規律，結合監測資料繪制大壩防滲帷幕后的壩基揚壓水位縱向分布情況見圖4。同時選取近3年上游水位最接近正常蓄水位的運行工況(2017-10-17日)，繪制了8號壩段實測壩基揚壓水位橫向分布情況見圖5。

圖4 帷幕后壩基揚壓水位縱向分布圖

圖5 8號壩段壩基揚壓水位橫向分布圖

通過分布圖可以看到，壩基縱向揚壓水位總體呈現“岸坡壩段高、河床壩段低”的分布規律，左岸揚壓水位略高于右岸；揚壓水頭總體呈現“岸坡壩段低、河床壩段高”的分布規律。壩基揚壓水位橫向分布從壩踵至帷幕后，揚壓水位急劇降低，帷幕后實測揚壓水位均遠低于設計控制值，防滲帷幕和排水幕對水頭的折減效果顯著；帷幕后至壩趾揚壓水位略微升高，分析認為是排水降壓作用顯著造成的[2]。

2.3 壩基揚壓力折減情況

為掌握壩基揚壓力折減情況和評價壩基帷幕防滲效果，選取近3年上游水位最接近正常蓄水位的運行工況(2017-10-17日，當日上游水位為488.59 m)統計各壩段壩基揚壓力滲壓系數見表3。

表3 接近正常運行工況下壩基揚壓力滲壓系數統計(2017-10-17日)

通過統計表分析看到：河床壩段防滲帷幕后壩基滲壓系數最大為0.35(7號壩段帷幕后壩趾附近P-09)，小于設計控制值0.50，表明壩基帷幕防滲效果良好。兩岸岸坡壩段壩基滲壓系數最大為0.10(3號壩段基礎高程439.5m)，滿足岸坡壩段滲壓系數小于設計控制值0.40的要求。

3 結 語

通過對洞坪大壩壩基揚壓力多年來監測資料進行分析，認為壩基揚壓力主要受上游水位和溫度變化影響；河床壩段壩基揚壓力分布規律合理，高水位和低水位典型工況下帷幕后實測揚壓水位均低于設計控制值，防滲帷幕和排水幕對水頭的折減效果顯著；壩肩基礎滲透壓力較小，變幅較小，均低于岸坡壩段滲壓系數設計控制值；綜合分析表明洞坪大壩壩基壩肩防滲帷幕效果總體良好。但在今后的運行管理中仍需對部分揚壓力水位較高的部位加強監測分析和巡視檢查。