大坝渗流监测变化规律及特征分布

谢文群

(大余县水库工程管理局，江西 赣州 341500)

1 问题的提出

土石坝渗流安全是大坝运行的重要影响因素，不管在建设还是管理时期，渗流分析评价都是大坝的重点管理工作。一般情况下，通过在特定部位埋设观测设施，监测大坝渗流运行性态，能及时发现存在的问题并消除隐患。如刘世煌等[1]通过渗流监测分析得出坝体内部的渗流运行不安全；段祥宝[2]等利用渗流监测数据判断大坝黏土铺盖可能存在渗透破坏，并基于数据提出解决方案。因此，大坝安全监测及数据分析为大坝安全评价分析提供了最有力的依据。

监测工作是大坝建设及管理时期的最主要的工作之一。但受大坝管理人员的专业技术限制、观测系统损坏、观测设施失灵等原因，导致监测数据出现误差，包括系统误差和人工粗差等，导致观测数据不能真实反映大坝运行情况，甚至失效。因此，数据分析时，还需结合数据的可靠性检验，综合判断大坝运行情况。

本文选取某土石坝为例，主要分析渗流监测数据的变化特征，结合现场注水试验，判断大坝的渗流运行性态。

2 工程概况

2.1 大坝概况

某均质土石坝坝顶高程210.00 m，最大坝高44.95 m，坝顶长197 m。该枢纽工程建于上世纪60年代，2009年进行除险加固，加固时新增混凝土防渗心墙，混凝土心墙厚0.6 m。上游坡采用干砌石护坡，下游坡为草皮护坡，坡度为1∶2，坝脚设有干砌石排水棱体。

2.2 水文地质条件

坝基范围内河床部位为第四系冲积层覆盖，表部为冲积块石堆积体、淤泥质砂土和腐殖土，下部为砂卵砾石，厚度2～6 m。坝两岸岸坡基本为厚1～3.5 m的残坡积碎石土覆盖，局部出露强～弱风化基岩。坝区岩体表部及构造发育部位岩体透水性多为强透水，其它地段岩体透水性多为弱～中等透水。岩体相对不透水层按q<5 Lu标准控制，大坝存在坝基渗漏与绕右坝肩渗漏问题。

2.3 大坝现场检查发现的问题

大坝上游护坡未发现明显异常现象，下游草皮护坡杂草能够及时清除，桩号0+060左右位置，排水棱体以上，存在面积大小约为2 m2的散浸现象，渗流存在安全隐患。与水库管理人员交流后，排水棱体上游面采用土工布铺设。集水沟内有流水，主要来自右坝段排水棱体及坝肩排水沟内流入。

3 渗流观测资料分析

3.1 测压管埋设情况

为监测大坝渗流情况，分别在坝体与坝基各布置测压管：坝体共埋设有15根测压管，其中主坝坝体埋设12支，编号为C1-C12；分别在上游坝面设置1排，下游设置3排，形成3条横向和4条纵向的网格布置；坝基共埋设有4根测压管，编号为J1-J4，其中坝轴线上游1根(编号为J1)，坝轴线下游3根；绕坝渗流压力监测共埋设10根测压管，其中主坝埋设6根(左右岸各埋设3根)；副坝埋设4根(左右岸各埋设2根)，相应的布置情况见图1。

图1 测压管坝体、坝基测点布置图

3.2 渗流过程线分析

断面测压管过程线见图2。由图2可知，2月底之前，库水位基本无变化，过程线呈水平状；3-6月底，库水位呈上升趋势，其中2-3月中旬库水位上升较快，5月份库水位小范围波动；8-12月份，库水位总体呈下降趋势。全年库水位变化幅度在19.00 m。

监测过程线分析表明，心墙上游测压管水位均出现异常，最大管水位高于库水位，不符合实际情况。靠近心墙下游侧，0+095.0断面管水位运行较平稳，位势在30%以内，位势较低；而0+150断面及0+040两断面渗压均出现突变现象，C2在上半年位势处在较高水平，达到90%以上，而下半年后突然降到50%左右，而C10测压管突化刚好相反，位势突然升高，达到90%以上，观测设施运行不平稳；坝体下游，坝体右端渗流压力明显低于左端，一般位势变化范围在3%～20%，渗流压力偏高。

图2 测压管过程线

3.3 绕坝渗流观测设施

从图3可知，坝体左右两岸的管水位变化平缓，与库水位相关性差。靠近坝体上游，管水位高于库水位，表明绕坝渗流不仅受库水位影响，还受山体内地下水影响。总体来说，主坝左岸的绕坝渗流压力高于右岸。

图3 绕坝测压管过程线

3.4 灵敏度试验分析

从以上分析可知，渗流压力从不同纵断面及横断面差异都很明显，表明坝体的渗透性与空间关系很大。为了深入分析坝体渗流场的分布规律，选取典型测压管进行注水试验，验证土体的透水性及测压管的运行性态，分析结果见图4。

图4 测压管注水试验过程

各测压管在注水后，水位迅速升高，随后逐步下降。从各测压管回落的过程线来看，C10管水位下降速度最快，在10 min内就回落至原来水位。随着时间的推移，水位继续降低，较原管水位下降约4 m，表明该管存在泥浆固壁现象，当注水后，水头升高，坡降增大，原堵塞部分冲破，使管水位回归正常水位。C6与C7测压管水位回落过程线几乎一致，在5日左右回到原水位，并趋于平稳，灵敏度合格，但坝体土透水性一般，因此可判断该区间可能存在渗漏通道，导致两管渗流压力及水位变化过程一致。而C2测压管水位经过7日后，仍无法降至原水位，透水性能较差，C4在5日左右能降至原来水位，测压管运行正常。

4 大坝渗流综合评价

从渗流压力的分布来看，由于绕坝渗流压力偏高，使靠近两坝肩的渗流压力较中间明显偏高，在坝轴线上，最大坡降在0+095断面，达到10以上，而两端仅为2左右，防渗墙发挥的作用有限。再往下游，两端渗透坡降明显偏高，两端的渗透压力偏高，平均坡降偏大，达到0.3以上，存在渗透破坏的可能。而中间部位，C6与C7之间的垂直渗透坡降接近0，而根据注水试验，该区域坝体土透水性一般，因此可判定该区域内可能存在渗漏通道，导致两测压管水位相同且透水性能相近，也间接抬高了该部位的渗流压力。靠近排水棱体，左半部位渗流压力偏高，渗透坡降也在0.3以上，存在渗透破坏的可能，细颗粒堵在排水棱体的土工布上，排水棱体无法及时排出水，导致逸出点较高。而右半部位渗流压力较低，坡降较小，清辙水体流出。

综上所述，由于左坝肩的绕渗压力偏高，致使渗流压力偏大，而坝体中下游部位存在渗漏通道，使坝下游渗流压力升高，渗透破坏进一步扩大，局部排水棱体堵塞失效，自由面渗出点在下游坝坡逸出。因此，为消除渗流隐患，可采用扩大防渗墙延伸范围，降低左坝绕渗压力。左半部位排水棱体重建翻修，清除淤堵部分，完善排水设施。

5 结 论

1) 注水试验可作为测压管可靠性检验的有效手段。检查结果表明，坝体透水性能空间差异较大，中下游存在渗漏通道。

2) 坝体渗控措施不完整，左坝肩排水系统不完善，防渗效果不佳，导致坝体左半部位渗流压力偏高。

3) 坝体中下游存在渗透破坏，导致排水棱体部分失效，下游逸出点高于排水棱体，存在较大安全隐患。

4) 建议完善渗控体系，对排水棱体进行疏通导流。