岱山水庫大壩測壓管觀測數據分析研究

劉欣桐，孫 硯，王智超

（安徽水安建設集團股份有限公司綜合設計院，安徽 合肥 230009）

大壩的滲流安全問題，在大壩的整體安全中占有重要地位。據國內外大壩失事原因的調查統計，因滲流問題而失事的比例高達30%～40%。對土石壩而言，滲透水流除浸濕土體降低其強度指標外，當滲透力達到一定程度時將導致壩坡滑動、防滲體被擊穿、壩基管涌、流土等重大滲流事故，直接影響大壩的運行安全[1]。大壩原型監測是掌握大壩的運行狀態、保證大壩安全運行的重要措施，也是檢驗設計成果、監察施工質量和認識大壩的各種物理量變化規律的有效手段[2]。因此，對水庫測驗管觀測數據的分析研究，對判斷大壩的運行狀態有著重要的意義。

1 工程概況

岱山水庫位于安徽省定遠縣池河鎮七里河村境內，屬淮河流域池河水系七里河支流。該水庫是一座集供水、防洪、灌溉、水產養殖為一體的綜合利用的中型水庫，集雨面積68.00 km2，總庫容為3210萬m3，正常蓄水位50.40 m，水庫按50年一遇洪水設計，設計水位為51.85 m，1000年一遇洪水校核，校核水位為52.59 m。岱山水庫大壩為塑性混凝土心墻壩，壩體填土以重粉質壤土為主，局部夾有風化殘骸，粘粒含量少，壩體填筑土部分比較松散，碾壓效果較差，透水性強。特別是在分期筑壩時各層填土交界面處，施工層面處理不良，各層填土膠結處滲透系數偏大。壩頂高程53.76 m，壩頂寬度5.50 m，大壩壩頂全長826.00 m，最大壩高23.70 m。岱山水庫始建于1957年，1958年7月基本完工并發揮效益，至現狀規模共歷四期施工，2010年進行了水庫除險加固工程，采用塑性混凝土進行全壩段防滲，防滲墻頂高程53.20 m，防滲長度為756 m，墻體厚0.4 m，墻體最大深度為24.70 m，底部深入基巖1.00 m。

根據水庫運行資料，溢洪道（樁號0+430～0+499.5）南側壩體自2012年起有嚴重的集中滲漏現象發生，且逐年增大。自2010年起，北放水涵（樁號0+200）南側背水坡抗震平臺高水位時有大面積潮濕、散浸。

2 觀測設施布置及水位數據采集

現有大壩測壓管為2010年除險加固工程中完善的監測設施，在迎水坡、背水坡埋設5排29根測壓管，其中壩身測壓管13根，壩基測壓管16根。滲流觀測數據為人工方式采集，降雨量及上游水位觀測數據采用壩址處觀測站自動監測。

3 測壓管觀測資料整理分析

結合水庫運行情況，本次選取發生滲流異常斷面的測壓管數據進行整理分析，分別為北放水涵南側測壓管斷面0+200、溢洪道南側測壓管斷面0+521，分析時間序列為除險加固后2012年1月～2019年1月。數據收集過程中由于設備故障等原因發生漏測或數值異常等現象，在統計分析前剔除異常數據，并用插值法補全缺失值，形成完整的長序列觀測數據。

3.1 測壓管水位與庫水位相關分析

通過對測壓管觀測數據建立數學模型，定性分析庫水位對測壓管水位的影響，本文考慮到降雨等地表水對深埋的壩基測壓管水位影響不大，選取壩基測壓管與庫水位進行相關分析。選取除險加固后2012年1月～2019年1月的庫水位和相應各斷面壩基測壓管水位，建立一元線性回歸的數學模型，計算相關系數。

表1 壩基測壓管水位與庫水位相關分析成果表

通過各測壓管測值與庫水位的相關性分析表明，混凝土防滲墻前測點相關系數大于墻后測點，越往下游，相關系數越小，即相關性越低，符合大壩滲流基本規律。

在大壩工程中，根據數據樣本和一元線性回歸方程，認定相關系數0.8以上，可以認為相關性較好；0.4＜相關系數＜0.8，為弱相關；0.4以下則不相關[3]。從表1成果可知，壩基測壓管除了I-1'測壓管位弱相關，其余斷面測壓管均為不相關。根據岱山水庫勘察資料，壩基為花崗巖，相對壩體為相對不透水層，壩基測壓管與庫水位相關性差，說明壩基整體無裂隙。

3.2 測壓管水位過程分析

0+200測壓管斷面位于北放水涵南側，I-1'、I-2'測壓管位于防滲墻前后，防滲墻有效削減水頭4.13 m（約25%），防滲效果一般。I-1'測壓管水位長年逼近庫水位，近兩年來測壓管水位低于庫水位僅1.34 m，結合地質勘探成果，壩體填土填筑不密實，壩體與壩基結合部位施工處理較差，導致防滲墻前測壓管水位長期居高，抬高了出溢高程，與大壩運行中北涵南側抗震平臺大面積潮濕、散浸現象相吻合。I-2'、I-3'測壓管水位過程線基本重合，根據測點平面布置，I-3'測點位于北放水涵出口上游側且未設反濾排水，測值合理可信。

圖1 0+200測壓管斷面水位過程線

0+521測壓管斷面位于正常溢洪道南側，根據現場調查，溢洪道南側壩體庫水位高于49.00 m時有嚴重的集中滲漏現象，從2012年至今每年滲漏量逐年增大。根據除險加固情況，滲漏段防滲體為溢洪道原有漿砌石刺墻加高段。根據測壓管平面布置，Ⅳ-1'測壓管位于防滲墻體后，而實測測壓管水位常年接近于庫水位，近兩年來測壓管水位低于庫水位僅0.73 m，判斷此處防滲體破壞，加上壩前斷面薄弱，導致測壓管測值較高。Ⅳ-2'測壓管測值歷年來較為穩定，2018年11月開始測值下降3.5 m，此測點北側20 m有集中滲漏點，判斷受發展性集中滲漏影響，測壓管水位急劇下降并保持短時間內穩定。

圖2 0+521測壓管斷面水位過程線

3.3 比降分析法

比降分析法就是計算出某一斷面測壓管之間的水力坡降i，如果i小于臨界水力坡降ier，這認為該斷面滲透處于穩定狀態。如果大于臨界水力坡降ier，則需要進一步論證分析[4]。水力坡降計算公式為，根據該公式，按2018年4月10日測壓管數據分別計算壩基及壩體水力坡降（庫水位50.41 m），見表2。

表2 壩基測壓管觀測數據水力坡降計算值

根據地勘成果，測壓管所在重粉質壤土層臨界水力比降均為0.95，允許比降為0.47，塑性混凝土心墻前后斷面允許比降60。根據表2水力坡降計算結果，測壓管斷面間水力坡降計算值均小于土體和防滲體的允許比降。

4 測壓管觀測資料分析

（1）通過測驗管水位相關分析與回歸分析得知，測壓管數據與庫水位的相關系數整體符合大壩滲流基本規律，測值準確可信。壩基為相對不透水層，壩基測壓管與庫水位相關性很差，說明壩基整體無裂隙，不存在壩基滲漏安全隱患。

（2）通過作圖法對滲漏斷面附近測壓管2012年1月～2019年1月水位過程進行分析，0+200北放水涵南側壩體防滲墻上游側測壓管水位長年逼近庫水位，結合地勘成果：壩體土填筑不密實、壩體與壩基結合部位施工處理較差，導致高水位出逸；根據0+521測壓管數據分析，防滲墻后測壓管水位常年接近于庫水位，結合運行中正常溢洪道南側存在的發展性集中滲漏，判斷為防滲體破壞，加之此處壩身斷面單薄，導致在庫水位高于49.00時就有嚴重的集中滲漏現象發生，且集中滲漏影響范圍在壩體內有擴大。

5 結語

本文采用多種方法對測壓管實測數據進行分析，結合運行中大壩存在的滲流問題，根據土石壩滲流基本理論，定性判斷測壓管觀測數據與大壩滲流安全的可能聯系。通過對觀測數據進行全面分析，判斷大壩出現險情的可能原因和發展趨勢，分析方法可為其他水庫在分析類似問題時提供參考。