桐柏上水库大坝运行性态分析与渗水处理

李 健，杜雪珍，刘 浩

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）

桐柏上水库大坝运行性态分析与渗水处理

李 健，杜雪珍，刘 浩

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）

简要介绍桐柏上水库大坝监测布置情况。基于监测成果，分析大坝变形、渗流分布和变化状况，评价大坝运行性态，并对大坝渗水处理进行了总结，以指导大坝安全运行管理，供同类工程参考借鉴。

桐柏抽水蓄能电站；大坝；监测分析；运行性态评价；渗水处理

1 工程概况

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县城关镇岭脚村，距天台县城约7 km。电站装机1 200 MW，属一等大（1）型工程，枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水发电系统组成。上水库大坝原由主、副均质土坝组成，为适应抽水蓄能电站上水库水位变幅大且频繁的特点，采取上游增设反滤层、过渡层、堆石体和下游增设贴坡排水加固处理。经处理后的主、副坝连成一体，最大坝高37.49 m，坝顶高程400.345 m，坝顶宽8.0 m，坝顶总长472.37 m，上游坝坡1∶3.2～1∶4.0，下游坝坡1∶2.6。大坝主要建基于花岗岩、熔结凝灰岩上，筑坝土料为粉质粘土及粘土。

2005年5月上水库开始蓄水，2006年12月机组全部投运，其后上水库水位呈日周期变化。上水库日最高水位在395.86～396.23 m之间，略超正常蓄水位396.21 m；日最低水位在376.44～381.99 m之间，高于死水位376.00 m。依据近十年来上水库大坝监测与消缺资料，对大坝运行性态和白蚁防治、右岸渗水处理进行了分析、总结和评价。

2 大坝安全监测布置

大坝监测主要有坝体变形、坝基渗压、坝体浸润线、大坝渗流量及绕坝渗流等监测项目。

坝体变形监测：坝顶水平位移6个测点、垂直位移9个测点；下游坝坡高程386.78 m马道设置2个测点，用以监测坝面三向位移。

坝基坝体渗透压力：距坝轴线下游约3.5 m、沿坝轴线平行方向布置5个测压管，内置渗压计，监测坝基渗透压力；在坝0+053.00 m和坝0+080.00 m各布置1个监测断面、共9个测压管监测坝体浸润线。2013年8月在坝0+055.00 m断面增设2个测压管、右岸坝肩增设3个测压管，分别用于坝体浸润线监测和绕坝渗流监测。

大坝渗流量：在下游坝脚设置1个三角堰，监测大坝总渗流量。

3 监测成果分析

3.1 大坝变形

3.1.1 大坝沉降

2005年上水库蓄水以来，坝顶发生持续沉降，其分布为河床部位大、两岸小，至2017年9月5日，最大沉降79.8 mm，约占坝高的0.21%；蓄水初期坝顶沉降速率较大，其后整体趋缓，年沉降速率由蓄水初期的19.4mm减小至2016年的5.8mm。与同类工程相比，坝顶沉降及变化速率符合一般规律。

3.1.2 大坝水平位移

2005年上水库蓄水以来，考虑到坝顶测点位于新加固的坝顶上游测，顺河向水平位移表现向上游位移，下游坝坡顺河向水平位移向下游位移，与上库大坝为在原土坝上、下游加固坝坡的特性一致。至2017年9月5日，向上游最大位移26.2 mm，向下游最大位移20.0 mm，顺河向水平位移总体较小，年平均速率在3 mm以内。

横河向水平位移呈两岸向河床位移趋势，右岸向河床位移小于左岸，符合河床偏右岸的地形条件。至2017年9月5日，左岸向河床最大位移25.8mm，右岸向河床最大位移10.0 mm，横河向水平位移总体较小，年均速率在3 mm以内。

3.2 大坝渗流

3.2.1 坝基渗压

河床坝基渗压稳定，与库水位无相关性，最大渗压水位377.13 m，低于正常蓄水位约19 m。桩号0+215.00 m处左岸坝基渗压测点与库水位有一定的相关性，测值未发现有增大趋势，且日变幅明显小于库水位日变幅，滞后约11 h，见图1。2009年8月，发现右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水，2014年进行了渗水分析治理，经对右岸采取帷幕灌浆处理后，再未发现渗水。

3.2.2 坝体浸润线

坝体各测压管水位稳定，与库水位无明显相关性。同一监测断面测压管水位从上游往下游依次递减，符合土坝浸润线分布规律。与正常蓄水位的设计浸润线相比，坝体实测浸润线较低。从水力坡降看，坝轴线上游侧坝体坡降较大，上游坝面至坝上0+002.50 m约为0.75，仍小于粉质粘土容许水力坡降，坝体防渗效果良好，且坝体渗透稳定。典型监测断面坝体浸润线见图2。

图1 坝基实测渗压水位滞后库水位过程线图Fig.1 Monitored seepage pressure at dam foundation and the reservoir level

图2 坝0+080.00 m监测断面坝体浸润线图Fig.2 Saturation line on the section 0+080.00 m

3.2.3大坝渗流量

2005年上水库蓄水以来，大坝渗流量与库水位有一定相关性、并有一定滞后，见图3。大坝渗流量总体不大，扣除降雨量影响后，最大值为2.86 L/s，年平均值在1～2 L/s之间。受右坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水影响，2010～2013年期间，渗流量有缓慢增大趋势，2014年经帷幕灌浆处理后，坝脚再未发现渗水点，大坝渗流量有一定减少，基本稳定在2 L/s以内。

4 渗水分析与处理

4.1 渗水来源

2009年8月“莫拉克”台风后，检查发现大坝右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚砌石护坡有渗水现象，渗水未见浑浊，起初认为是地表水渗入所致。2013年3月对该部位渗水汇集后开展人工监测，2013年3月19日～10月11日监测数据表明：渗水量与库水位呈现较好相关性，当库水位低于392.00 m时，渗水量小于0.05 L/s，甚至无渗水；当库水位高于392.00 m时，渗水较为明显，最大0.32 L/s。经监测成果分析，初步判断右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水来自库水，渗水部位高于高程388.00 m。

4.2 渗漏通道

采用地质勘察、增设地下水位观测孔、颜料示踪试验等多种手段进行综合查找、分析判断主要渗漏通道。

渗水点开挖揭露坝坡护面下1.5 m位置有3处管涌点，其下填筑土体较上部含沙量大，土体中夹有树根等杂质。地质钻孔揭示右岸坝肩裂隙发育、坝基表面岩体破碎，局部存在集中渗漏条件。

右坝肩增设的3个地下水位观测孔监测成果表明：位于渗水部位上方坝顶的两个观测孔水位分别在384.49～394.59 m和388.16～392.23 m之间，与库水位变化基本一致；渗水点下游岸坡侧观测孔水位变幅很小，与库水位无明显相关性。

库水位处于高水位时，在坝顶两观测孔内投放颜料液体，注水示踪试验成果表明：位于右坝肩的观测孔注水后，渗水量有逐渐增大趋势，连通性较好，颜料颗粒沿程稀释，管涌点未捕捉到析出痕迹；位于坝体侧的观测孔注水后，渗水量无明显影响，但投放颜料注水后间隔1～3日，在管涌点捕捉到析出痕迹。

综合上述成果分析：右岸绕坝渗漏通道较畅通，右岸坝基与坝体结合的浅表局部存在一定渗漏，但未贯通至管涌点，右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水主要由库水绕坝渗漏所致。

4.3 防渗帷幕灌浆

抽水蓄能电站上水库水位变幅大，土坝渗水部位长期在交替变化的渗透压力作用下，土颗粒可能被带走，导致渗漏通道扩大、渗水量增加、坝坡失稳等大坝安全隐患，因此对右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水进行防渗处理是必要的。为尽量减少对坝体的扰动，结合渗漏通道分析成果，采取右岸坝肩及库岸单排帷幕灌浆方案：沿坝轴线桩号0+045.00～0+000.00 m、并向上游环库公路方向延伸一倍上游水头范围内进行帷幕灌浆处理，帷幕向下深入相对隔水层3 Lu以下5 m，孔距1.5 m。

帷幕灌浆处理于2014年实施完成，共147个单元工程，合格率100%，检查孔合格率100%。处理后，右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚再未发现渗水，大坝总渗流量明显减少，最大渗流量约1.95 L/s，防渗帷幕处理效果良好。

图3 坝后量水堰实测渗流量滞后库水位过程线图Fig.3 Seepage monitored by measuring weir and the reservoir level

5 结语

（1）桐柏上水库大坝自2005年蓄水已运行十余年，大坝变形很小，变形速率趋缓，坝基渗压稳定，坝体浸润线较低，大坝总渗流量稳定且较小，大坝运行性态正常。

（2）对原土坝加高坝顶、上游设置反滤压坡及加固下游坝坡，能满足抽水蓄能电站库水位变幅大、变化频繁的运行要求。

（3）根据地质勘察及监测资料，结合示踪试验成果，综合分析认为右岸坝肩下游高程388.00 m坝脚渗水主要来自绕坝渗漏，帷幕灌浆处理后再未发现渗水，大坝总渗流量明显减小，处理效果较好，可供同类工程参考借鉴。

2017-09-09

李 健（1979-），男，湖北随州人，高级工程师，主要从事大坝设计与监管工作。

作者邮箱：li_j4@ecidi.com

Operation performance analysis and seepage treatment of Tongbai upper reservoir dam

LI Ji⁃an,DU Xue-zhen and LIU Hao

Large Dam Safety Supervision Center,National Energy Administration

This paper briefly introduces the monitoring arrangement of Tongbai upper reservoir dam.Based on the monitoring results,the dam deformation,seepage distribution and change are analyzed,and the operation performance of the dam is evaluated.This paper also summarizes the work of seepage treatment,to guide dam operation and management and to provide reference for similar projects.

Tongbai pumped storage power station;dam;monitoring and analysis;operation perfor⁃mance evaluation;seepage treatment

TV697

B

1671-1092（2017）05-0064-04