水库面板堆石坝工程的渗流设计及监测数据分析――以松阳黄南水库工程为例

万超明 义乌市水务局

1.工程概况

（1）工程简介。松阳县黄南水库工程建在浙江省丽水市松阳县境内松阴溪最大支流小港源上，距黄南村峡谷河上游约400m处。黄南水库属于中型水库，最大坝高97.00米，总库容9196万立方米，正常库容7580万立方米，正常水位329.00米。

（2）大坝设计指标。

1）混凝土面板堆石坝，坝长267.00米，坝顶高程337.00米，防浪墙墙顶高程337.50米，坝基最低高程240.00m。

2）上下游坡比均为1：1.4，下游坝为砼网格生态护坡。

3）堆石坝由垫层区、过渡层区、主堆石区及下游堆石区等组成，坝顶铺上厚20cm的C25F50混凝土面,坝底铺上厚15cm碎石垫层，垫层下部为坝顶静碾堆石区[1]。

2.渗流监测布置及设计指标相关要求

2.1 渗流监测设施平面布置

1）大坝渗流监测。大坝渗流监测分为坝体、坝基、绕坝渗流、渗流量四个部分。

①坝体渗流监测。坝体渗流监测采用渗压计观测。坝体渗流选取3个横断面布置，分别为坝0+116.00、坝0+157.00、坝0+198.70。每个横断面各布设3 支渗压计，分别位于坝上0+057.00、EL.290.00处，坝下0+005.00、EL.290.00处，坝上0+016.00、EL.319.00处，共计9支渗压计。

②坝基渗流监测。坝基渗流监测采用渗压计观测。坝基渗流选取3个横断面布置，分别为坝0+116.00、坝0+157.00、坝0+198.70。每个横断面各布设6 支渗压计，分别位于坝上0+126.00、坝上0+100.00、坝上0+057.00、坝下0+005.00、坝下0+060.00、坝下0+120.00坝基以上0.5m处，共计18支渗压计。

③绕坝渗流监测。大坝绕坝渗流监测采用测压管（内埋渗压计）观测。在大坝左岸布置6个绕坝渗流孔，在大坝右岸布置6个绕坝渗流孔，孔内均布置渗压计。

④渗流量监测。大坝渗流量监测采用量水堰观测。在大坝坝后底部布置2个量水堰。

2）溢洪道渗流监测。溢洪道边坡地下水位监测采用测压管观测。布置3个测压管，位于边坡马道上。

2.2 渗流设计的施工要求及渗压计指标

1）渗流设施的施工要求。

①材料:测压管及其附件采用镀锌管材。

②在施工中，先采用岩芯管冲击法干钻进行造孔，并对取出岩芯按取出顺序进行编号拍照和记录，如遇到塌孔时不能用泥浆固壁，但用套管护壁，具体由现场地质工程师查勘确定。

③根据实际情况确定埋设导管长度，接头处采用外丝扣，用外丝箍接头处衔接好。

④在埋设测压管前，要认真检查钻孔深度、孔底高程、孔内水位、有无塌孔以及测压管加工质量、各管段长度、接头、管帽等情况，并做好详细记录。

⑤在安装、封孔完毕后测压管需进行灵敏度检验。检测方法：在库水位稳定时，先测定管中水位，再向管内注清水，后观测记录。1～2小时降至原水位或注水后水位升高不到3m～ 5m为合格。

⑥在测压管造孔至灵敏度检测的整个过程中，应及时记录并详细说明有关情况和数据，必要时要进行干密度、级配和渗透等试验检测。完工时要提交完整的“测压管钻孔岩土分布柱状图”和“测压管埋设安装考证表”，并要存档保管。

⑦灵敏度检验合格后，应尽快安设管口保护装置。

⑧测压管孔底高程可由现场地质工程师根据实际情况调整，以在非雨天打至地下水位以下20m并满足设计孔底高程要求为标准。

⑨测压管位置及孔口高程可根据实际地形情况作适当调整。

⑩测压管及附件防腐要求：红丹打底两遍.涂防锈漆两道。

⑪每个测压管中各埋设一只渗压计，埋设高程距孔底40cm。埋设前渗压计需饱水24h浸泡充分。埋设完毕，先将电缆适当保护，待整个测站埋设结束后，再统一接线布线，加保护管引至相应的测站。电缆要求采用水工四芯屏蔽电缆。

2）渗压计设计指标。渗压计量程≥0.7 Mpa；精度：≤0.1%F.S；灵敏度：≤0.025%F.S；线性：≤0.5%F.S。

3.设置渗流措施的目的与引用规范

3.1 目的

施工期为蓄水后的后续施工提供参考和指导数据，监测大坝运营期的渗漏情况，为后续水库的运行管理积累提供基础资料。

3.2 引用的主要规程规范

中华人民共和国行业标准《土工试验规程》SL237-1999、《混凝土面板堆石坝施工规范》SL49-2015；

中华人民共和国国家标准《土的分类标准》GBJ145-90；

中华人民共和国电力行业标准《水电水利工程施工测量规范》SL52－2015；

松阳县黄南水库混凝土面板堆石坝填筑料分区试验及施工要求（设计图纸SK1017X-SG02-10）。

4.渗流设备

本工程所有渗流设备配备有18支坝基渗压计BGK4500S-700kPa，9 支坝体渗压计BGK4500 S -700 kPa，12支绕坝渗压计BGK4500S-700kPa，8支溢洪道渗压计BGK4500S-700kPa，12个Ф90绕坝测压管，5个Ф90水位孔，1个量水堰。

5.仪器设备的埋设

（1）坝体、坝基渗压计的埋设。

1）将透水石放在除掉空气的水中，浸泡2小时以上，可以除掉透水石中的空气。

2）组装渗压计：在除掉空气的水中的渗压计要重新组装，将组装的渗压计要一直放于已除掉空气的水中以待备用。

3）测压管中埋设前测量好孔深，先将渗压计用土工布包好，然后将渗压计放到孔底，记录好渗压计埋设高程，将渗压计电缆从带有电缆出口的测压管孔口装置引出，做好孔口及电缆出口的密封止水措施。

4）坝体、坝基渗压计先将渗压计用土工布包好，回填砂或粒静小于5cm的级配碎石料。

5）读数并做好电缆保护工作。

（2）测压管的质量控制。

1）钻孔过程。

①测压管钻孔机具采用钻孔直径φ110mm钻头，并深入强分化基岩1m，钻孔与邻近排水孔的倾斜度一致。

②根据设计要求，开孔孔位的偏差不大于50mm。

③完成钻孔后，用压力风水进行冲洗钻孔，并将孔道内的岩屑和泥沙进行冲洗，一直冲洗至回水变清10min后为止。

④完成测压管钻孔后，要进行临时保护并作标记，通知相关人员进行检查验收，待验收合格后，经相关人员签字确认。

2）制作测压管。

①测压管选用镀锌钢管，镀锌钢管外径为φ50mm，管壁厚4mm。

②进水管长度80 cm 左右，在进水管管壁上开透水孔，孔径为φ4mm～6mm，按梅花形布设，开孔率控制在18%内，管外壁用土工布包裹。

3）安装测压管。

①在钻孔底部清理干净后填充已洗净的粒径为5mm～8mm的砂卵石厚30cm垫层，密实。再将测压管伸入孔内至进水管底部位的砂卵石垫层上。

②进水管周围填充已选定规格的干净砂砾石后，并加以密实，填充至设计要求的高度，最后铺设5mm厚的橡胶垫板和3mm厚的钢垫板。

③测压管的孔口段采用M10水泥砂浆回填至管口高程，水泥砂浆水灰比控制在0.4内，并水泥砂浆灌实，等水泥砂浆终凝后，进行管口高程测定，安装好渗压计，并引出电缆。

④测压管的孔口位于地表面，从孔口引出电缆，走线将根据实际情况利用钢管或PVC管进行保护，并按设计要求牵引到指定观测箱。

6.监测频率

渗流监测设备完成后应及时进行观测，特别是大坝初次蓄水后，应提高观测频率，初期观测时间根据水位上涨速度而定，有一定观测经验积累后按如下要求进行：

（1）绕坝渗流监测：施工期1～4次，初蓄期3～30次，运行期2～4次。

（2）坝体、坝基渗流压力监测：施工期3～6次，初蓄期3～30次，运行期2～4次。

（3）渗流量监测：施工期3～6次，初蓄期3～30次，运行期2～4次。

7.渗流分析

7.1 大坝渗流监测

1）大坝渗流分析。

①坝基渗流。2019年5月～2019年8月坝前积水，此时面板尚未浇筑，导致坝基渗压计水位升高，最大水头11.48m，发生在P 0-3（坝0+192.00、坝上0+126.00、2019-7-11），2019年9月排水后水位降低。2020年8月份蓄水后坝基水位随上游水位上涨随之升高。

②坝体渗流。坝基渗流量观测是：大坝桩号0+116.0、0+157、0+198.7等3处各设置6根测压管，从2019年4月5日至2021年8月30日止，埋设高度240m～272m，最高水位为250.193m～272.042m，经过分析坝基内部水位无明显变化。

坝体渗流量观测K 大坝桩号0+116.0、0+157、0+198.7等3 处各设置3 根测压管，从2019 年4月5日至2021年8月30日止，埋设高度290 m～319 m，最高水位为290.000m～320.045m，经过分析坝体内部水位无明显变化。

2）绕坝渗流分析。从2020年6月1日至2021年9月30日止观测资料分析，库内最高水位320.045m，最低水位260.000m，左右岸绕坝渗流最高出水水位位点338.022m，最低出水水位点328.010m，由此可见左右岸绕坝渗流孔RS1～RS4、右岸绕坝渗流孔RS7～RS11高于库水位，不存在绕坝渗流。其他绕坝渗流孔与上游水位相关性不明显，主要孔受降雨影响，雨季水位有所升高。

3）量水堰渗流分析。坝后量水堰水于2020年9月22日到达堰口，开始进行渗流量监测。2020年10月17日至2021年1月27日、2021年2月6日～2021年6月5日量水堰受施工单位抽水影响，暂时停测。

监测数据表明：2020 年9月28日～2020年10月2日受降雨影响，非真实测值，排除降雨影响后2020年10月（上游水位300m）渗流量在20 L/s。2021年8月25日渗流量在65.6L/s（上游水位326.69m），2021年9月30日渗流量37.08 L/s（上游水位317.70m）。量水堰渗流量随水位下降明显减小。

7.2 溢洪道渗流监测

1）溢洪道地下水位监测分析。溢洪道桩号0-032.00处设置3支测压管，孔口高程分别是382.00m、367.00m、352.00m，检测日期分别是2021年1月24日、2019年1月20日、2019年10月22日，由此可见：溢洪道边坡地下水位较为稳定，最高水位342.17m～356.644m、最低水位327.50～350.376m。

2）溢洪道泄槽段渗流分析。溢洪道上下游控制段桩号0+000、泄槽段桩号0+010、0+026、0+046、0+086、0+106、0+126 等处各设置1 支测压管，埋设高程分别为318.000m、318.400m、312.310m、302.786m、293.262m、283.739m、274.215m、264.961m，观测时间是2020年12月20日、2020年12月20 日，溢洪道渗流最高水位分别为318.63m、318.3m、312.54m、303.02m、293.49m、283.97m、274.44m、264.92m。由此可见：控制段渗压计水位基本与上游水位一致，泄槽段渗压计水位与安装高程基本一致，渗透压力较小。

8.经验和建议

总体而言，水库的渗流监测非常必要，是保证水库正常运行的重要措施之一。通过对大坝的渗流监测，一方面检测了设计和施工质量，另一方面为水库的正常运行提供了重要的分析资料。随着观测数据的积累，可以模拟和建立水库渗流对坝体形变的动态模型，为进一步的研究堆石体变形过程提供基础资料，并为后续同类工程提供一定的参考资料。基于观测的方便和数据采集的有效性方面，以下问题在建造同类型水库时仍需进一步的完善：

坝体渗压计的合理安装部位和数量需进一步研究，能否在水库首次蓄水后根据实际情况动态增加一定数量的渗流计，而不是按规范要求均匀布设，是一项值得研究的内容；

利用一定的大数据平台，有必要建立在线渗流数据实时分析系统；

量水堰的观测应区分坝后来水和水库渗水的区别，特别是坝体两侧填筑体和原地形结合处，尽量截断地表水，确保量水堰水量观测的准确性；

初期观测频率尽量每天进行，以准确监测水库渗漏情况。