大坝安全监测系统渗压计异常测值分析

董旭龙 ，易长春，高艳娜，付国丽

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

1 前言

大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法，它的目的主要是了解大坝安全状况及其发展态势，是工程安全的重要保证条件之一，也是工程设计、施工、运行的重要组成部分。大坝安全监测资料分析是大坝安全监测工作中必不可少、不可分割的组成部分，主要是根据监测资料的定性、定量分析成果，对大坝当前的工作状态作出综合评价，及时发现存在的问题和安全隐患，从而有效控制施工、检验设计，监控大坝工作状态并为进一步加强安全管理和监测和应采取的防范措施提出指导性意见。通过安全监测和资料整编分析，保证大坝安全运行。

2 工程概况

某电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统和地面出线场、下水库拦河坝及拦排沙工程等组成。上水库采用库盆开挖的砂岩料筑坝围库而成，采用全库盆沥青混凝土面板防渗，坝顶高程812 m，库顶轴线长2 846.088 m，坝顶宽8.0～10.0 m，上游坝坡1:1.75，下游坝坡1:1.5，最大坝高（坝轴线处）57 m，正常蓄水位为810 m。

为有效监测上水库进出水口及沥青混凝土面板渗漏情况，分别在上水库进出水口前池混凝土与基岩接触面安装埋设了8支渗压计，仪器编号分别为 P4-1、P4-2、P4-7、P4-8、P4-9、P4-10、P4-11、P4-12；在周边沥青混凝土面板垫层料内安装埋设了10支渗压计，均匀分布在库底，仪器编号为Pb-1～Pb-10，其中由于Pb-5距离进出水口较近，该仪器电缆通过进出水口与其他仪器一起引入至同一测站，见图1所示。

图1 渗压计安装埋设位置

3 渗压计测值异常初步判断

（1）渗压计Pb-5

上水库自2007年9月28日开始首次蓄水，Pb-5监测仪器的渗透压力2008年10月由0.6 m水头开始上升，2009年2月10日增加至11.6 m水头，并在2008～2011年之间呈现年度周期性变化，但总体为增大趋势，在2011年10月24日，达到25.7 m水头，2012年至放空检查前一直在16～22 m水头之间变幅。而均匀分布在库盆底板垫层料内的其他渗压计测值均在0.25 m水头以下变化，基本处于零压状态，而Pb-5渗压计水头却在16～22 m之间，见图2所示。

图2 库盆底板垫料层内渗压计数据对比

（2）渗压计 P4-7

渗压计P4-7埋设于2号闸门井前扩散段底板，与埋设于1号闸门井前扩散段底板的P4-12相对应，P4-12测值水头在0～30.45 m之间变化；P4-7距上游沉砂池底板的渗压计P4-8约23 m，该渗压计测值水头在0～15.35 m之间变化；P4-7距下游闸门井底板下游侧的渗压计P3约62.5 m，该渗压计水头在0～9.93 m之间变化。P4-7的监测水头为0～1.5 m，对比最高水头测值，比其周边的渗压计压力小了很多，见图3所示。

图3 P4-7与周边内渗压计数据对比

（3）P4-7与Pb-5测值初步分析

P4-7位于上游沉砂池底板，埋设在其左侧的P4-12、上游的P4-8、下游的P3均有明显的渗透压力，且位于附近的廊道排水孔有水渗出，而P4-7却常年基本为零压力，显得不合理；Pb-5埋设于上水库库底垫层料内，通过2014年10月水下检查及此次放空检查，在其埋设仪器的部位半径15 m内均未发现明显缺陷，且就近的周边廊道及库底廊道均未发现疑似渗水，通过对其埋设相似部位的库底渗压计测值（基本无压力）分析，Pb-5测值水头常年保持在16～22 m之间显得不合理。通过以上对监测数据对比分析，初步判断两支仪器可能串接。

4 渗压计传感器串接论证分析

（1）P4-7、Pb-5渗压计埋设部位分析

该工程埋设的渗压计均为美国基康公司生产的型号为GK-4500S，通过查阅说明书，该仪器线圈电阻正常情况下是180 Ω±10 Ω，加上电缆电阻，四芯水工电缆每100 m约5 Ω。由于Pb-5与P4-7埋设的部位不同，但信号线却均汇集在同一个测站，因此可以通过测量红黑两根芯线的电阻大小来确定电缆的长度，进而判断仪器是否存在串接。通过对现场同型号的2支渗压计备件实际测试，电阻值为179.3 Ω和175.3 Ω，表明实际与说明书相符。通过查阅图纸，P4-9、P4-10的电缆长度基本一致，P4-7、P4-12的电缆长度基本一致，确定Pb-5与P4-7从埋设地点到测站的距离分别为253 m和172 m。周边其他仪器的电缆长度及芯线电阻见表1所示。

由表1看出，Pb-5距离测站最远，电缆长度最长，芯线电阻实测值应该最大，但实际P4-7的实测电阻最大，实测Pb-5与P4-12、P4-9、P4-10的芯线电阻更接近，由于P4-12、P4-9、P4-10仪器的埋设部位与测值并无异议，因此P4-7与Pb-5渗压计存在串接的可能性。

表1 P4-7、P6-5与周边其他渗压计电缆长度及芯线电阻数值

（2）P4-7、Pb-5变化趋势分析

从埋设部位分析，P4-7与P4-12、P4-8与P4-11、P4-9与P4-10埋设部位存在较强的对应关系，分别安装在1号、2号闸门井前扩散段底板、沉砂池底板左右侧底板、前池左右侧库底垫层料。从近10年的运行数据分析表明P4-8与P4-11、P4-9与P4-10在渗漏压力水头测值及变化趋势上均十分相似，但P4-7与P4-12却相差较大，而Pb-5与P4-12变化趋势却一致，因此P4-7与Pb-5渗压计存在串接的可能性。详见图4所示。

图4 近10年运行数据分析

（3）P4-7、Pb-5温度测值变化分析

上水库进出水口附近及面板底板渗压计安装主要集中在2005年8～12月，仪器埋设后施工单位对监测仪器每周观测一次。上水库2007年9月开始蓄水，为减轻库水对渗压计温度测量的影响，只对蓄水前渗压计的温度进行分析，这样温度随气温的影响会更明显。

由于P4-12与P4-7埋设在1号、2号闸门井前扩散段混凝土底板与基岩接触面，上部混凝土厚度为1.5 m，而Pb-5位于面板底板垫层料内，厚度不到1 m，相对扩散段混凝土底板与基岩接触面的渗压计比较，面板底板垫层料内的渗压计保护层更薄、且上部无遮挡物（P4-12在洞内），渗压计温度测值随气温影响趋势更明显，通过对比P4-12和Pb-1渗压计温度测值，Pb-1的温度变幅确实较P4-12大，论证了面板底板垫层料内的渗压计比闸门井前扩散段混凝土底板渗压计温度变化大的观点。

埋设在相似环境的P4-8、P4-11及Pb-1、Pb-2温度变化幅度相近，详见图5所示。而原本埋设在面板底板垫层料内相似环境的Pb-5与Pb-1温度变化幅度却相差较大，Pb-5却与扩散段混凝土底板与基岩接触面的P4-12相近；原本埋设在扩散段混凝土底板相似环境的P4-7与P4-12温度变化幅度却相差较大，P4-7却与面板底板垫层料内的Pb-1相近，详见图6所示。

图5 P4-8、P4-11及P6-1、P6-2温度变化幅度

图6 P4-7、P6-5与相似环境内渗压计的温度变化幅度

综上所述，P4-7与Pb-5渗压计存在串接的可能性。

5 P4-7与Pb-5仪器串接发生的时间

通过对P4-7与Pb-5渗压计频率模数测值的统计分析，P4-7频率模数测值在8 834.3至8 876.7之间，Pb-5频率模数测值在7 394.7至8 885.5之间，两支仪器频率模数测值存在有交叉点。由于在蓄水后由于渗透压力的变化，两支仪器频率模数测值相差较大，如果发生串接很容易分辨，因此串接发生的时间段应该在仪器埋设完成后到蓄水之前这段时间（2007年以前），且这一段时间两支仪器频率模数测值相差较小，仪器串接的可能较大。详见图7所示。

图7 P4-7、P6-5频率模数测值

6 结语

监测资料整编分析反馈必须以保证监测数据成果的准确可靠为基本前提。在实际运行过程中，出现数据异常应做好观测分析工作，收集和积累资料是整编分析的基础，观测分析的成果对工程资料掌握的全面性及深入程度密切相关，包括熟悉观测设计技术文件和图纸、监测传感器的类型、技术参数、特点以及埋设部位。通过对该工程渗压计异常测值分析也告诉我们，应加强对施工期监测仪器埋设的过程管理，并保障监测数据的可靠性，避免这种因为人为串接因素出现的监测数据异常情况，对后期监测运行人员造成困扰。