柏叶口水库面板堆石坝渗流分析

2014-12-16张琛

山西水利 2014年9期

张琛

（1.太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原 030024；2.山西省柏叶口水库建设管理局，山西太原 030012）

1 引言

面板堆石坝是各种水利工程建筑结构中较为常见且十分重要的一种坝型，其坝体结构的防渗层主要为钢筋混凝土面板。国内的混凝土面板堆石坝始建于20世纪80年代，迄今已有30多年的历史，建设工艺日渐完善。在坝体安全监测众多项目中，渗流观测分析至关重要。如果面板堆石坝坝体的变形过大，大坝面板和止水系统遭受损毁开裂的几率将会增大，进而造成坝体渗水，更会危及整个枢纽的安全。因而，在设计和施工过程中对坝体渗流应进行严格监测和分析。通过渗流监测和分析，研究渗流影响因素及其变化规律，可为其他水工构筑物渗流量的监测和分析提供借鉴。

2 工程概况

柏叶口水库位于交城县会立乡柏叶口村，建于文峪河干流之上，距下游文峪河水库约30.7 km。水库总库容9712万m3，控制流域面积875 km2，是一座以工业和城市生活供水、防洪为主，兼顾提高现有灌溉保证率、发电等综合利用的中型水库。水库枢纽为Ⅲ等工程，主要水工建筑物包括大坝、溢洪道、泄洪发电洞和水电站等。大坝坝顶长310m、宽10m，坝顶高程1138.30m，坝高88.3m。防浪墙顶高程1139.5m，设在坝顶上游侧，上游及下游的坡度比均为1∶1.4。大坝下游坝坡设有马道，间隔为20m高、2m宽，马道上设6处安全监测数据采集站。柏叶口水库大坝坝基防渗方式为单排帷幕，帷幕深50~30m。大坝右岸由左坝端处向山体延伸约30m，左岸经溢洪道向左侧延伸约30m，为混凝土面板堆石坝。

2010年4月大坝主体开始填筑，2010年10月填筑至1098m高程后开始全断面填筑，2010年11月大坝填筑至坝顶1138.3m高程，2011年12月水库大坝填筑工程竣工。

3 大坝渗流监测

3.1 坝基渗水压力监测

为观测坝基防渗系统的运行情况以及覆盖层的渗透情况是否稳定，在坝体断面0+100和0+156底部埋设6支（SY19～SY24）钢弦式渗水压力计，两个断面位置各安装3支，见表1。

表1 坝基渗压计埋设位置表

3.2 帷幕灌浆前后渗流压力监测

为达到监测防渗帷幕工作状况的目的，沿坝轴线方向在帷幕上下游3.5m处分别埋设6支（共计12支）渗水压力计，见表2。

表2 趾板渗压计埋设位置表

3.3 绕坝渗流监测

在大坝左岸和右岸沿流线方向共布置15个渗流测点，其中沿左岸布设6个（S1～S6），沿右岸布设9个（RS1～RS9）。在大坝蓄水位正常值的浸润线下方进行各个测点的布置，用于观测坝体两岸绕坝渗流的分布情况。

4 坝基、坝体及绕坝渗压观测方法

坝基和坝体渗压观测，是在相应位置上安装渗水压力计进行监测，渗水压力计接入数据采集设备，用采集仪器对采集设备的电子信号进行采集，再通过专用软件转化为相对应的物理数值。绕坝渗流观测可通过便携式水位计进行人工观测，也可接入数据采集设备进行自动化观测。

5 坝基渗压观测分析

在坝0+100和坝0+156断面上坝基渗水压力始测日期为2010年7月，初蓄期库水位变化曲线如图1所示。

图1 初蓄期库水位变化曲线图

周期内坝基渗压计观测数据随观测周期内库水位的变化呈阶段性关联，结合图1进行分析如下：

第一，蓄水前（2013年9月以前）坝体填筑的最初阶段，降雨、施工等因素对数值影响明显，坝基渗压计渗透压力总体呈现上下起伏状态，但渗透压力均较小，表明坝基渗压计工作正常。

第二，蓄水后库水位的变化对各测点测值有较为明显的影响,各渗水压力计测值曲线变化趋势基本一致，并随着库水位升高而增大，趋于平缓。从后期渗水压力测值和库水位变化对比来看，后期渗水压力与库水位相关性不明显，说明坝基与坝体的防渗性能良好。

第三，就其埋设位置而言，越靠近坝体上游处渗水压力越高，越远离上游测点渗水压力越低，符合面板堆石坝的一般规律。

6 帷幕灌浆前后渗流压力观测分析

为监测趾板帷幕灌浆的防渗效果和坝基、坝体渗流状况，在帷幕上下游3.5m处沿坝轴线方向布置的两个监测断面上，根据观测数据各及周期内渗压计观测数据进行分析：蓄水后，防渗帷幕前渗压计渗透压力数据与库水位值呈明显相关。而防渗帷幕后渗压计渗透压力值很小，基本不变。据此表明，帷幕前后渗压折减明显，帷幕灌浆的防渗效果视为正常。