潭岭水库大坝扬压力监测数据及模拟分析

何永刚，杨永民，祁少军，杨智诚，欧阳永忠

（1.中核华泰建设有限公司，广东 深圳 510225；2.仲恺农业工程学院，广州 510225；3.仲恺农业工程学院建筑节能可持续发展研究所，广州 510225；4.连州市潭岭水电厂，广东 清远 513400）

1 工程概况

潭岭水库坝址以上集雨面积为142km2， 设计多年平均流量4.75m3/s，相应水量1.5亿m3，投产发电后实测多年进库流量5.70m3/s，相应水量1.768亿m3。 水库100 年设计水位是644.84m，1000 年校核水位是645.70m，正常高水位（亦是防限水位）为643.00m，死水位623m。水库总库容1.765亿m3，防洪库容0.283亿m3。库容系数0.913属多年调节水库。坝顶全长157.0m，分9个坝段和左、右两岸坝头。 坝顶宽为5.5m，坝底宽为33m，最大坝高47m。

2 大坝扬压力监测系统简介

在大坝3#、5#坝段的纵面各布设1排（8个）扬压力测管（孔），观测测孔内水位升降的变化情况。在2#、3#和5#坝段的基础廊道内共布置有18个坝内廊道测压管，其中3#和5#坝段的横向廊道内各布设8个测孔（扬压力孔），其编号分别为左1～左8、右1～右8，2#坝段纵向廊道内也布设有2个测孔，编号分别为左00、左01。各测孔一般深入基岩1～3m。

3 大坝典型坝段扬压力监测数据分析

3.1 上下游水位

2009—2021年初库水位呈季节性波动变化，一般表现为夏秋季水位高，冬春季水位低；多年来最高库水位为2018年6月14日的641.23m， 最低库水位为2017年2月14日的423.43m；2009年至2021年，年均水位在627.27（2018年）～637.95m（2016年）之间。

3.2 2#坝段扬压力

2#坝段共布设2个测管，选取典型测点（左01）的扬压水位与拟合值及各分量随时间变化的过程如图1。 多年变化特征值如表1。 从图可看出：2007年初至2021年初扬压水位在611.40～612.47m之间变化，多年的变幅1.07和1.02， 多年平均值分别为611.79m与605.42m。

图1 2#坝段左01测压管水位与拟合值过程线

表1 大坝3#坝段测压管水位多年变化特征值 单位：m

3.3 3#坝段扬压力

3#坝段共布设8个测管，选取典型的测压管（左2）2007年1月至2018年12月期间的扬压水位与拟合值过程如图2，大坝3#坝段测压管水位多年变化特征值如表1根据扬压水位和库水位计算各测点的扬压系数，扬压系数统计结果如表2。

图2 3#坝段左02测压管水位与拟合值过程线

表2 3#坝段测压管扬压系数多年变化统计 单位：MPa

由图表可知， 各测点2007年初至2018年底扬压水位602.8～607.65m 之间变 化， 多年变幅 在0.34～3.80m之间，扬压力在0.04～0.27MPa之间，多年变幅在0.07～0.34MPa之间。 一年中高水头一般出现在夏季，低水头一般出现在冬季。

3.4 5#坝段扬压力

5#坝段共布设8个测管，典型的测压管（右8）2007年1月至2018年12月期间的扬压水位与拟合值及各分量随时间变化的过程如图3，大坝5#坝段测压管水位多年变化特征值如表3，根据扬压水位和库水位计算各测点的扬压系数，其统计结果如表4。 由图表可知， 各测点2007年初至2018年底扬压水位602.32～606.07m之间变化，多年变幅在0.31～1.07m之间。一年中高水头一般出现在夏季，低水头一般出现在冬季。各测点的扬压系数在0.06～0.21之间， 越靠坝上游面测点的扬压系数越大， 扬压系数符合重力坝建基面渗透规律，监测值显示扬压力正常。

图3 5#坝段右08测压管水位与拟合值过程线

表3 潭岭水库5#坝段测压管水位多年变化特征值 单位：m

表4 5#坝段测压管扬压系数多年变化统计 单位：m

4 大坝典型坝段扬压力监测数据模拟分析

影响大坝扬压力的因素主要包括混凝土的浇筑质量及大坝的排水设施等、上下游库水位、温度、降雨和时效等影响因素，可建立如式（1）的统计模型［3-5］。

式中 P为坝基扬压力监测孔孔水位的拟合值；Ph为坝基扬压力监测孔孔水位的水位分量；PT为坝基扬压力监测孔孔水位的温度分量；Pp为坝基扬压力监测孔孔水位的降雨分量；Pe为坝基扬压力监测孔孔水位的时效分量。

对2#坝段测压管水位与扬压力考虑各影响因素的统计拟合过程线如图4，统计模型拟合情况如表5，统计模型复相关系数为0.733，拟合情况较好。 从统计拟合情况来看，扬压水位主要表现有温度分量和时效分量，无上游水位分量和降雨分量。 温度分量占比77.4%， 表现为随着温度升高， 测压管水位上升。 时效分量表现的是水位逐渐的下降，说明随着时间的推移，该测压管存在堵塞现象，水位没有出现异常变化。

图4 2#坝段左01测压管水位与拟合值及各分量水位过程线

表5 大坝2#坝段测压管水位统计模型拟合情况 单位：m

坝基设置了防渗帷幕和排水孔，据规范要求，设计扬压力图的渗透压力强度系数在河床坝段为0.25。 原有设计资料表明，3#坝段坝基有F9、F10断层穿过，断层带宽约9m，施工时已进行过槽挖，铺设钢筋网和灌浆处理。 从扬压力监测成果计算得出的扬压系数来看，3#坝段扬压系数比规范规定的0.25大。从本次观测资料分析来推测，3#坝段坝基有F9、F10断层处理可能不够彻底或存在通往下游的裂隙，出现坝基扬压力较高。

5 结语

（1）大坝扬压水位一年中高水头一般出现在夏季，低水头一般出现在冬季。 各测点扬压水位的影响因素有库水位、降雨、气温和时效，以气温和时效为主。越靠坝上游面测点的扬压系数越大， 扬压系数符合重力坝建基面渗透规律，监测值显示扬压力正常。

（2）3#坝段坝基有F9、F10断层穿过，断层带宽约9m，施工时已进行过槽挖，铺设钢筋网和灌浆处理。从扬压力监测成果计算得出的扬压系数来看，3#坝段扬压系数比规范规定的0.25大。 断层处理可能不够彻底或存在通往下游的裂隙， 出现坝基扬压力较高的现象。对坝体渗流存在负面影响，运行管理过程中应加强监测， 过程线突变或压力值过大则采取工程措施进行局部加固处理。