水庫面板堆石壩工程的滲流設計及監測數據分析――以松陽黃南水庫工程為例

萬超明 義烏市水務局

1.工程概況

（1）工程簡介。松陽縣黃南水庫工程建在浙江省麗水市松陽縣境內松陰溪最大支流小港源上，距黃南村峽谷河上游約400m處。黃南水庫屬于中型水庫，最大壩高97.00米，總庫容9196萬立方米，正常庫容7580萬立方米，正常水位329.00米。

（2）大壩設計指標。

1）混凝土面板堆石壩，壩長267.00米，壩頂高程337.00米，防浪墻墻頂高程337.50米，壩基最低高程240.00m。

2）上下游坡比均為1：1.4，下游壩為砼網格生態護坡。

3）堆石壩由墊層區、過渡層區、主堆石區及下游堆石區等組成，壩頂鋪上厚20cm的C25F50混凝土面,壩底鋪上厚15cm碎石墊層，墊層下部為壩頂靜碾堆石區[1]。

2.滲流監測布置及設計指標相關要求

2.1 滲流監測設施平面布置

1）大壩滲流監測。大壩滲流監測分為壩體、壩基、繞壩滲流、滲流量四個部分。

①壩體滲流監測。壩體滲流監測采用滲壓計觀測。壩體滲流選取3個橫斷面布置，分別為壩0+116.00、壩0+157.00、壩0+198.70。每個橫斷面各布設3 支滲壓計，分別位于壩上0+057.00、EL.290.00處，壩下0+005.00、EL.290.00處，壩上0+016.00、EL.319.00處，共計9支滲壓計。

②壩基滲流監測。壩基滲流監測采用滲壓計觀測。壩基滲流選取3個橫斷面布置，分別為壩0+116.00、壩0+157.00、壩0+198.70。每個橫斷面各布設6 支滲壓計，分別位于壩上0+126.00、壩上0+100.00、壩上0+057.00、壩下0+005.00、壩下0+060.00、壩下0+120.00壩基以上0.5m處，共計18支滲壓計。

③繞壩滲流監測。大壩繞壩滲流監測采用測壓管（內埋滲壓計）觀測。在大壩左岸布置6個繞壩滲流孔，在大壩右岸布置6個繞壩滲流孔，孔內均布置滲壓計。

④滲流量監測。大壩滲流量監測采用量水堰觀測。在大壩壩后底部布置2個量水堰。

2）溢洪道滲流監測。溢洪道邊坡地下水位監測采用測壓管觀測。布置3個測壓管，位于邊坡馬道上。

2.2 滲流設計的施工要求及滲壓計指標

1）滲流設施的施工要求。

①材料:測壓管及其附件采用鍍鋅管材。

②在施工中，先采用巖芯管沖擊法干鉆進行造孔，并對取出巖芯按取出順序進行編號拍照和記錄，如遇到塌孔時不能用泥漿固壁，但用套管護壁，具體由現場地質工程師查勘確定。

③根據實際情況確定埋設導管長度，接頭處采用外絲扣，用外絲箍接頭處銜接好。

④在埋設測壓管前，要認真檢查鉆孔深度、孔底高程、孔內水位、有無塌孔以及測壓管加工質量、各管段長度、接頭、管帽等情況，并做好詳細記錄。

⑤在安裝、封孔完畢后測壓管需進行靈敏度檢驗。檢測方法：在庫水位穩定時，先測定管中水位，再向管內注清水，后觀測記錄。1～2小時降至原水位或注水后水位升高不到3m～ 5m為合格。

⑥在測壓管造孔至靈敏度檢測的整個過程中，應及時記錄并詳細說明有關情況和數據，必要時要進行干密度、級配和滲透等試驗檢測。完工時要提交完整的“測壓管鉆孔巖土分布柱狀圖”和“測壓管埋設安裝考證表”，并要存檔保管。

⑦靈敏度檢驗合格后，應盡快安設管口保護裝置。

⑧測壓管孔底高程可由現場地質工程師根據實際情況調整，以在非雨天打至地下水位以下20m并滿足設計孔底高程要求為標準。

⑨測壓管位置及孔口高程可根據實際地形情況作適當調整。

⑩測壓管及附件防腐要求：紅丹打底兩遍.涂防銹漆兩道。

?每個測壓管中各埋設一只滲壓計，埋設高程距孔底40cm。埋設前滲壓計需飽水24h浸泡充分。埋設完畢，先將電纜適當保護，待整個測站埋設結束后，再統一接線布線，加保護管引至相應的測站。電纜要求采用水工四芯屏蔽電纜。

2）滲壓計設計指標。滲壓計量程≥0.7 Mpa；精度：≤0.1%F.S；靈敏度：≤0.025%F.S；線性：≤0.5%F.S。

3.設置滲流措施的目的與引用規范

3.1 目的

施工期為蓄水后的后續施工提供參考和指導數據，監測大壩運營期的滲漏情況，為后續水庫的運行管理積累提供基礎資料。

3.2 引用的主要規程規范

中華人民共和國行業標準《土工試驗規程》SL237-1999、《混凝土面板堆石壩施工規范》SL49-2015；

中華人民共和國國家標準《土的分類標準》GBJ145-90；

中華人民共和國電力行業標準《水電水利工程施工測量規范》SL52－2015；

松陽縣黃南水庫混凝土面板堆石壩填筑料分區試驗及施工要求（設計圖紙SK1017X-SG02-10）。

4.滲流設備

本工程所有滲流設備配備有18支壩基滲壓計BGK4500S-700kPa，9 支壩體滲壓計BGK4500 S -700 kPa，12支繞壩滲壓計BGK4500S-700kPa，8支溢洪道滲壓計BGK4500S-700kPa，12個Ф90繞壩測壓管，5個Ф90水位孔，1個量水堰。

5.儀器設備的埋設

（1）壩體、壩基滲壓計的埋設。

1）將透水石放在除掉空氣的水中，浸泡2小時以上，可以除掉透水石中的空氣。

2）組裝滲壓計：在除掉空氣的水中的滲壓計要重新組裝，將組裝的滲壓計要一直放于已除掉空氣的水中以待備用。

3）測壓管中埋設前測量好孔深，先將滲壓計用土工布包好，然后將滲壓計放到孔底，記錄好滲壓計埋設高程，將滲壓計電纜從帶有電纜出口的測壓管孔口裝置引出，做好孔口及電纜出口的密封止水措施。

4）壩體、壩基滲壓計先將滲壓計用土工布包好，回填砂或粒靜小于5cm的級配碎石料。

5）讀數并做好電纜保護工作。

（2）測壓管的質量控制。

1）鉆孔過程。

①測壓管鉆孔機具采用鉆孔直徑φ110mm鉆頭，并深入強分化基巖1m，鉆孔與鄰近排水孔的傾斜度一致。

②根據設計要求，開孔孔位的偏差不大于50mm。

③完成鉆孔后，用壓力風水進行沖洗鉆孔，并將孔道內的巖屑和泥沙進行沖洗，一直沖洗至回水變清10min后為止。

④完成測壓管鉆孔后，要進行臨時保護并作標記，通知相關人員進行檢查驗收，待驗收合格后，經相關人員簽字確認。

2）制作測壓管。

①測壓管選用鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管外徑為φ50mm，管壁厚4mm。

②進水管長度80 cm 左右，在進水管管壁上開透水孔，孔徑為φ4mm～6mm，按梅花形布設，開孔率控制在18%內，管外壁用土工布包裹。

3）安裝測壓管。

①在鉆孔底部清理干凈后填充已洗凈的粒徑為5mm～8mm的砂卵石厚30cm墊層，密實。再將測壓管伸入孔內至進水管底部位的砂卵石墊層上。

②進水管周圍填充已選定規格的干凈砂礫石后，并加以密實，填充至設計要求的高度，最后鋪設5mm厚的橡膠墊板和3mm厚的鋼墊板。

③測壓管的孔口段采用M10水泥砂漿回填至管口高程，水泥砂漿水灰比控制在0.4內，并水泥砂漿灌實，等水泥砂漿終凝后，進行管口高程測定，安裝好滲壓計，并引出電纜。

④測壓管的孔口位于地表面，從孔口引出電纜，走線將根據實際情況利用鋼管或PVC管進行保護，并按設計要求牽引到指定觀測箱。

6.監測頻率

滲流監測設備完成后應及時進行觀測，特別是大壩初次蓄水后，應提高觀測頻率，初期觀測時間根據水位上漲速度而定，有一定觀測經驗積累后按如下要求進行：

（1）繞壩滲流監測：施工期1～4次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

（2）壩體、壩基滲流壓力監測：施工期3～6次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

（3）滲流量監測：施工期3～6次，初蓄期3～30次，運行期2～4次。

7.滲流分析

7.1 大壩滲流監測

1）大壩滲流分析。

①壩基滲流。2019年5月～2019年8月壩前積水，此時面板尚未澆筑，導致壩基滲壓計水位升高，最大水頭11.48m，發生在P 0-3（壩0+192.00、壩上0+126.00、2019-7-11），2019年9月排水后水位降低。2020年8月份蓄水后壩基水位隨上游水位上漲隨之升高。

②壩體滲流。壩基滲流量觀測是：大壩樁號0+116.0、0+157、0+198.7等3處各設置6根測壓管，從2019年4月5日至2021年8月30日止，埋設高度240m～272m，最高水位為250.193m～272.042m，經過分析壩基內部水位無明顯變化。

壩體滲流量觀測K 大壩樁號0+116.0、0+157、0+198.7等3 處各設置3 根測壓管，從2019 年4月5日至2021年8月30日止，埋設高度290 m～319 m，最高水位為290.000m～320.045m，經過分析壩體內部水位無明顯變化。

2）繞壩滲流分析。從2020年6月1日至2021年9月30日止觀測資料分析，庫內最高水位320.045m，最低水位260.000m，左右岸繞壩滲流最高出水水位位點338.022m，最低出水水位點328.010m，由此可見左右岸繞壩滲流孔RS1～RS4、右岸繞壩滲流孔RS7～RS11高于庫水位，不存在繞壩滲流。其他繞壩滲流孔與上游水位相關性不明顯，主要孔受降雨影響，雨季水位有所升高。

3）量水堰滲流分析。壩后量水堰水于2020年9月22日到達堰口，開始進行滲流量監測。2020年10月17日至2021年1月27日、2021年2月6日～2021年6月5日量水堰受施工單位抽水影響，暫時停測。

監測數據表明：2020 年9月28日～2020年10月2日受降雨影響，非真實測值，排除降雨影響后2020年10月（上游水位300m）滲流量在20 L/s。2021年8月25日滲流量在65.6L/s（上游水位326.69m），2021年9月30日滲流量37.08 L/s（上游水位317.70m）。量水堰滲流量隨水位下降明顯減小。

7.2 溢洪道滲流監測

1）溢洪道地下水位監測分析。溢洪道樁號0-032.00處設置3支測壓管，孔口高程分別是382.00m、367.00m、352.00m，檢測日期分別是2021年1月24日、2019年1月20日、2019年10月22日，由此可見：溢洪道邊坡地下水位較為穩定，最高水位342.17m～356.644m、最低水位327.50～350.376m。

2）溢洪道泄槽段滲流分析。溢洪道上下游控制段樁號0+000、泄槽段樁號0+010、0+026、0+046、0+086、0+106、0+126 等處各設置1 支測壓管，埋設高程分別為318.000m、318.400m、312.310m、302.786m、293.262m、283.739m、274.215m、264.961m，觀測時間是2020年12月20日、2020年12月20 日，溢洪道滲流最高水位分別為318.63m、318.3m、312.54m、303.02m、293.49m、283.97m、274.44m、264.92m。由此可見：控制段滲壓計水位基本與上游水位一致，泄槽段滲壓計水位與安裝高程基本一致，滲透壓力較小。

8.經驗和建議

總體而言，水庫的滲流監測非常必要，是保證水庫正常運行的重要措施之一。通過對大壩的滲流監測，一方面檢測了設計和施工質量，另一方面為水庫的正常運行提供了重要的分析資料。隨著觀測數據的積累，可以模擬和建立水庫滲流對壩體形變的動態模型，為進一步的研究堆石體變形過程提供基礎資料，并為后續同類工程提供一定的參考資料。基于觀測的方便和數據采集的有效性方面，以下問題在建造同類型水庫時仍需進一步的完善：

壩體滲壓計的合理安裝部位和數量需進一步研究，能否在水庫首次蓄水后根據實際情況動態增加一定數量的滲流計，而不是按規范要求均勻布設，是一項值得研究的內容；

利用一定的大數據平臺，有必要建立在線滲流數據實時分析系統；

量水堰的觀測應區分壩后來水和水庫滲水的區別，特別是壩體兩側填筑體和原地形結合處，盡量截斷地表水，確保量水堰水量觀測的準確性；

初期觀測頻率盡量每天進行，以準確監測水庫滲漏情況。