壤土心墙砂砾石壳大坝渗流监测分析

朱芳君，马 浩

（甘肃省庄浪县水务局，甘肃庄浪744600）

1 项目实施区基本情况

1.1 项目实施区地理位置概况

庄浪县位于甘肃省东部、六盘山西麓，境内沟壑纵横，地形地貌复杂，资源贫乏，经济发展主要依靠农业生产。全县辖18个乡（镇）、293个村、1 521个社，总面积1 553.14 km2。花崖河水库工程位于韩店镇境内的南洛河一级支流花崖河上，韩店镇石桥村向西北约1 km处，坝址距县城约25 km，距韩店镇约5 km。项目区为典型的黄土高原丘陵沟壑区，附近有石桥、花河、王字湾、朱家湾等村社，平均海拔高度1 880 m，省道304线在项目东南方向穿过。

1.2 项目实施区水文地质概况

工程区属大陆性季风气候区，昼夜温差大，夏季气温高，多冰雹、雨洪，多年平均降雨量517.7 mm，坝址以上主河道长10.05 km，流域面积32.4 km2，河道比降24.74‰，多年平均径流量648万m3。

工程区河谷为两岸不对称的“U”形谷。地层岩性单一，无大断裂通过，与区域断裂相距较远，属构造相对稳定区。库区两岸山体雄厚，局部裸露基岩岸坡近于直立。两岸地下水由分水岭沿谷坡和支沟向花崖河排泄，直接补给河水。

工程区水文地质条件相对简单，按地下水的赋存条件可分为基岩裂隙水和第四系孔隙潜水2大类型。断裂破碎带中基岩裂隙水水质较差，对普通混凝土具弱腐蚀性。第四系孔隙潜水主要赋存于现代河槽、阶地覆盖层沙砾石层中。坝基岩体局部胶结差的砂岩、砾岩透镜体中含有层间水，具微承压性。

2 项目建设内容

2.1 工程建设内容

主要建设内容包括挡水工程、泄洪工程、机电设备及安装工程、输水建筑物、交通工程和附属工程6部分。其中，挡水工程修建壤土心墙砂砾石壳坝1座，最大坝高41.8 m，坝顶长202 m，坝顶宽6 m；泄洪工程修建溢洪道1座，宽3 m，长162 m。圆形泄洪洞（兼导流洞）1座，洞径2.5 m，长340.5 m；机电设备及安装工程安装9.5 t弧形工作闸门1付，4 t进口检修闸门1付，配套卷扬式启闭机1台；输水建筑物在泄洪洞下埋设φ300 mm的钢管进行取水；交通工程修建上坝路、库区路2 km；附属工程修建管理所1座，管理房屋170 m2，生产用房及仓库70 m2。

2.2 大坝安全监测建设内容

花崖水库工程安全监测内容包括表面变形观测、大坝渗流观测和水情测报系统，现仅对大坝渗流观测进行探讨。

大坝渗流观测主要仪器及设备包括渗压计34支、防水接头34套、振弦读数仪2台、屏蔽电缆3 150 m和量水堰1座、MCU自动测量单元2台、交换机2台、通讯光缆500 m、光纤收发器1对、数据测控装置1套（数据测控单元箱2台，振弦式数据采集模块5个，水文数据采集模块1个和传感器防雷模块2个）、RS485转换器1个、数据采集软件和信息管理软件1套、工控电脑1台、UPS 1台、打印机1台和操作台1台。

3 主要监测设备安装埋设方法

3.1 渗压计工作原理

本工程采用的渗压计型号为VWP-0.6，量程0.6 MPa。渗压计是用于长期量测孔内或地层渗透水流压力的仪器,渗压计由弹性薄板、应变敏感元件、密封壳及引出电缆4部分组成。压力水透过渗压计进水口的透水石后，使受压板产生挠曲，传递给装置于受压板后的电气感应部分，应变敏感元件的方杆产生相对位移引起电阻比变化，从而测得渗透压力的大小。

3.2 埋设步骤及方法

3.2.1 安装前准备 打开底部透水石，将渗压计在煮沸水中浸泡2 h以上。用饱和细砂袋将测头包好，沙袋直径约为20 cm，保证进水口通畅。安装埋设前应使渗压计及其反滤沙包保持饱和状态。

3.2.2 坝基深孔中埋设 根据设计在仪器的安装部位钻孔，钻孔钻至仪器安装高程以下50 cm。孔径一般不小于110 mm。先在钻孔底部用干净的中粗砂反滤料回填至仪器安装高程，然后将封装在沙袋中的渗压计放至安装部位，如钻孔太深，为防反滤包及电缆自身过重受损，可用钢丝吊住反滤包，并把电缆绑在钢丝上进行吊装。仪器放至安装位置后，在仪器周围及仪器以上2.0 m投放中粗砂，并使之饱和，再填入20 cm细砂，然后用M10水泥砂浆封孔。可在钻孔内埋设多个渗压计，方法同上，并做好相邻渗压计之间的封闭隔离。

3.2.3 填筑过程中埋设安装 埋设渗压计可采用坑埋方法，当坝体填筑高于仪器埋设高程75 cm时，暂停填筑，在测点处挖出一个底部尺寸（长×宽）为50 cm×50 cm、深为100 cm的坑；在底部填25 cm的干净中粗砂，放入包裹细沙反滤料的渗压计，再覆盖20 cm的中粗砂，浇水使砂层饱和；然后在其上回填中粗砂，并分层人工夯实。当人工夯实使仪器埋深大于1.5 m时，方许机械碾压。根据坝体填土层厚安排人工夯实，以保证仪器安全，并记录埋设前后的仪器测值。

渗压计埋设与封孔过程中应随时进行检测，严禁施工中损坏传感器和观测电缆，一旦发现异常现象，必须及时处理或重新埋设。

根据设计图纸，大坝渗压计布置统计如表1所示。

3.3 技术保证措施

渗压计安装前应在高温水中充水饱和，使用读数仪观测前后测值变化是否灵敏。安装后根据现场施工情况跟踪观测，避免仪器或电缆受到施工损坏而错过补救措施。

4 监测数据处理

4.1 数据采集

系统可灵活设置多种测量方式，支持单点测量、多点巡测、定时测量、定次测量、离线测量等。在多点巡测及定时测量的同时，可实时绘制采集数据的工程值、温度值等过程线，并可按测点查看，每采集1次新数据自动刷新图线。设定测量数据显示和存贮方式，有动态显示手动存贮和随机显示自动存储等功能选择。数据采集过程中，根据传感器资料中设置的报警值及时进行数据检验，并对越限数据进行报警。

4.2 数据监测

系统设有多种采集模式、适应各种传感器的采集需求，如针对水情、气象等实时性较强的监测数据采用自报模式，自报模式有定时自报、增量自报、变化率自报，且各通路各传感器可独立设置。

各通路的采集数据可独立列表、作图、设置报警开关，数据可导出、图线打印、图片输出，并具有水情、气象报警日志查看，了解近日越限情况，界面版块随意组合，方便各类观测设备的自报需求。

4.3 数据管理

采集数据自动进入数据库，采集的数据可按仪器类型、设计编号、时间进行查询，库数据可进行查询、备份、删除、清空、剔除异常数据等操作。采集的数据生成报表打印，随时可对报表标题及格式进行设置。库数据可转换成Excel等通用格式，也将其他来源的监测数据导入数据库，方便人工修改或临时添加数据。

4.4 绘制图形

按测点、时间、设计编号查询数据，将该数据显示于报表中，并将计算后的工程值、温度值等数据绘制成过程线显示，可选择多种编辑图形显示格式，图形具有无级放大功能，并随机刷新图线。

表1 大坝监测渗压计布置

系统支持10组数据同时绘图，图形坐标的范围、比例自动调节，也可按需要手动设定和更改。系统有功能强大的图表编辑器，可修改图表标题、图例、图线标点、注释、颜色等所有图形参数。可编辑各种风格的过程线，并可存储多组图形的设置以便调用。图形可储存为BMP、JPEG、GIF、PNG、WMF、EMF、TIFF等多种格式图片。

5 监测效果

大坝渗流监测在施工期和试运行期工作比较正常，可以为大坝的安全评价提供基本资料和数据。通过对这些监测资料的可靠性分析，可以完成坝体与坝坡的稳定性分析、渗流稳定分析、工程运行评价等大坝安全评价工作，从而及时发现隐患并采取相应措施，以确保大坝安全，延长大坝运行时间，提高效益，同时有助于反馈大坝设计、指导施工和大坝运行，推动坝工理论的发展。