运用渗流测量设施改善坝体安全监测

[]

(韩国水资源公社业务维护部 ，韩国 大田 34350)

近年来，地震、坝体老化等威胁水坝安全的因素越来越多。因此，对水坝安全监测设施的管理越来越受到重视。

就工程结构而言，水坝是一种相对安全的设施，然而一旦发生坍塌等事故，将在很长一段时间内中断水源供应，同时下游将遭到洪水侵害。因此有必要对水坝结构进行全面的安全管理。为此，韩国水资源公社(K-water)正在推进加强水坝安全项目，以保障水坝设施的安全可靠性。K-water正在开展一项工作，对建造时未配备渗流测量设施的水坝补充安装这一设施，该项目是加强水坝安全项目的一部分。本文介绍了建立渗流测量设施的设计工作。

1 水坝渗流测量设施

渗流测量设施由渗水收集墙和渗水测量室组成(见图1)，用于测量坝体和坝基的渗流，通过分析渗流的浊度和流量变化来判断水坝是否产生异常。如果坝体发生渗漏，通过渗透测量设施的观测，发现异常迹象，就可提前防止坝体可能出现的问题。对填筑坝来说，渗流测量设施尤为重要。

K-water正在对6座建造时未配备渗流测量设施的水坝配备这一设施，江原道的广洞(Gwangdong)水坝就是其中之一。该坝建于1989年，高39.5 m，长282 m，为土心墙堆石坝(ECRD)。

2 现场土壤勘测

首先需进行土壤勘测(见图2)，以提供设计渗水收集墙布置和测量室建设所需的岩土工程基础数据。同时，对水坝下游进行钻探、电阻率法勘测等各种现场试验。

2.1 电阻率法勘测

在水坝下游侧及两侧进行电阻率法勘测试验(见图3)。通过测量和分析地下电阻率异常引起的电位差，确定地下地质构造、断层破碎带等。在分析勘测结果的基础上，选择钻探勘测的位置，掌握整片地区的岩层分布状况。

图1 水坝渗流测量设施

图2 广洞水坝土壤勘测方案

图3 广洞水坝电阻率法勘测结果

预测渗径为2条(见图4)，主要朝向大坝堤岸的右下方汇集。因此在进行细部设计时，计划根据预测的渗径，建造渗水收集墙和测量室。

2.2 钻孔勘探

钻孔勘探旨在评估地层组成、岩层厚度与特性(见图5)以及土壤和岩石的渗透性。在分析电阻率法勘测结果的基础上，对低电阻率异常区域进行集中钻探。除钻孔勘测外，还进行标准贯入试验(SPT)、现场渗透试验和岩层透水性试验。

通过分析钻探结果，编制地质和地质柱状图以及岩层透水图。在岩层透水图中，土层属于设置渗水收集墙部分，而超过3 Lu的岩石层则属于帷幕灌浆段。

3 设 计

对运行20～40 a的水坝上建造渗流测量设施时，设计中主要考虑以下2个方面: ①确保渗水收集墙不会干扰到坝体。 ②设置渗水收集墙后，坝基地下水位会上升，因此要确保水坝安全不会受到威胁。基于此，分析了土壤、地下水位和地层分布情况，对渗水收集墙布置、测量室位置以及堰高进行相应设计。

图4 广洞水坝主要渗径

图5 广洞水坝钻孔勘探

图6 广洞水坝渗水收集墙布置

3.1 渗水收集墙建造方案

渗水收集墙是在坝下游侧面防止渗透和用于测量坝体和坝基渗透的设施。

(1)选择渗水收集墙。设计渗水收集墙布置路线时，考虑了地下渗流的类型、坝体线以及渗流测量室的导流渠方案。为了防止渗流流向渗水收集墙的另一侧，计划将渗水收集墙的端部与基岩连接。同时，考虑到修建渗水收集墙可能会影响到水坝结构安全，因此渗水收集墙的设计不能干扰到现有的坝体。广洞水坝渗水收集墙布置见图6。

(2)渗水收集墙的修建方法。根据岩石大小(35～60 cm)和水坝下游侧的平均填埋层厚度(8.6 m)，选择渗水收集墙建造方法。直接建造在坝体结构上的渗水收集墙可设置在较深的位置，开挖的范围大，会影响到坝体。因此，对于主要的连续桩墙，选择新的连续正割排桩(NCSP)法。

(3)渗水收集墙的高度和深度。根据实测的最高地下水位和下游洪水位差不超过允许值(0.5 m)来确定渗水收集墙高度，可与岩石灌浆层重叠，重叠岩层最厚可达1 m，以防止边界出现渗漏。广洞水坝渗水收集墙高2～8 m。渗水收集墙边界见图7。

3.2 渗水收集墙底部岩层加固

基岩层灌浆目的是防止渗水通过基岩流出，以使测量室和渗水收集墙收集到尽可能多的渗水。岩石加固采用水泥灌浆法，加固材料拟采用波特兰水泥。

根据水坝建造实例和2011年韩国国土交通部《水坝设计标准》的规定，确定灌浆深度以不大于3 Lu作为标准。当加固范围较大时，通过《水坝设计标准》(2011年)的经验公式和渗透分析结果确定灌浆深度。广洞水坝的灌浆范围为2～22.5 m。

图7 渗水收集墙边界的设置

3.3 测量室建造方案

渗透测量室是用于测量水坝下游的渗水收集墙所收集的渗流量的设施。测量室包括渗流的导入设施、减少流入水流变化的分配板、测量流量的水位计、三角量水堰以及排水设施。根据坝体线、实测地下水位、地下水流量和现场勘测数据，计划将测量室布置在对坝体造成最小影响的位置。

此外，为尽量减小坝体处地下水位上升的影响，应对坝体下部、最低地下水水位和钻孔勘探地下水位进行比较后确定量水堰高。量水堰尺寸是根据允许渗透和实际渗透确定。通过参考国际标准(ISO-1438-1)，对测量室进行详细设计，包括水箱尺寸和分配板间隔设计等。

4 结 论

如上所述，渗水测量设施的建造主要分为2步进行： ①现场土壤勘测。详细的现场土壤勘测可提供精准设计所需的地质信息。 ②结构设计。设计考虑现场土壤勘测结果及设施建造后对水坝安全造成的影响，并在正常施工条件下不影响水坝安全。

在已建水坝中建造渗流测量设施，存在许多威胁结构安全的限制因素，所以应在建坝时就设置渗流测量设施。

填筑坝的渗流测量设施是对坝体安全管理的重要工具。渗流突然迅速增多或水变浊是主坝出现异常的信号。可利用紧急泄流设施降低水库水位，以检查和加固主坝体。因此，渗流测量设施是填筑坝管理中不可或缺的工具。为实现水坝安全管理，K-water建造了渗流测量设施，还同步开发了自动测量系统，以实时测量渗流、电导率和浊度。作为韩国水资源管理机构，K-water将持续致力于提高水坝安全性。