桐柏上水庫大壩運(yùn)行性態(tài)分析與滲水處理

李 健，杜雪珍，劉 浩

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，311122）

桐柏上水庫大壩運(yùn)行性態(tài)分析與滲水處理

李 健，杜雪珍，劉 浩

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，311122）

簡要介紹桐柏上水庫大壩監(jiān)測布置情況。基于監(jiān)測成果，分析大壩變形、滲流分布和變化狀況，評價(jià)大壩運(yùn)行性態(tài)，并對大壩滲水處理進(jìn)行了總結(jié)，以指導(dǎo)大壩安全運(yùn)行管理，供同類工程參考借鑒。

桐柏抽水蓄能電站；大壩；監(jiān)測分析；運(yùn)行性態(tài)評價(jià)；滲水處理

1 工程概況

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣城關(guān)鎮(zhèn)嶺腳村，距天臺縣城約7 km。電站裝機(jī)1 200 MW，屬一等大（1）型工程，樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水發(fā)電系統(tǒng)組成。上水庫大壩原由主、副均質(zhì)土壩組成，為適應(yīng)抽水蓄能電站上水庫水位變幅大且頻繁的特點(diǎn)，采取上游增設(shè)反濾層、過渡層、堆石體和下游增設(shè)貼坡排水加固處理。經(jīng)處理后的主、副壩連成一體，最大壩高37.49 m，壩頂高程400.345 m，壩頂寬8.0 m，壩頂總長472.37 m，上游壩坡1∶3.2～1∶4.0，下游壩坡1∶2.6。大壩主要建基于花崗巖、熔結(jié)凝灰?guī)r上，筑壩土料為粉質(zhì)粘土及粘土。

2005年5月上水庫開始蓄水，2006年12月機(jī)組全部投運(yùn)，其后上水庫水位呈日周期變化。上水庫日最高水位在395.86～396.23 m之間，略超正常蓄水位396.21 m；日最低水位在376.44～381.99 m之間，高于死水位376.00 m。依據(jù)近十年來上水庫大壩監(jiān)測與消缺資料，對大壩運(yùn)行性態(tài)和白蟻防治、右岸滲水處理進(jìn)行了分析、總結(jié)和評價(jià)。

2 大壩安全監(jiān)測布置

大壩監(jiān)測主要有壩體變形、壩基滲壓、壩體浸潤線、大壩滲流量及繞壩滲流等監(jiān)測項(xiàng)目。

壩體變形監(jiān)測：壩頂水平位移6個(gè)測點(diǎn)、垂直位移9個(gè)測點(diǎn)；下游壩坡高程386.78 m馬道設(shè)置2個(gè)測點(diǎn)，用以監(jiān)測壩面三向位移。

壩基壩體滲透壓力：距壩軸線下游約3.5 m、沿壩軸線平行方向布置5個(gè)測壓管，內(nèi)置滲壓計(jì)，監(jiān)測壩基滲透壓力；在壩0+053.00 m和壩0+080.00 m各布置1個(gè)監(jiān)測斷面、共9個(gè)測壓管監(jiān)測壩體浸潤線。2013年8月在壩0+055.00 m斷面增設(shè)2個(gè)測壓管、右岸壩肩增設(shè)3個(gè)測壓管，分別用于壩體浸潤線監(jiān)測和繞壩滲流監(jiān)測。

大壩滲流量：在下游壩腳設(shè)置1個(gè)三角堰，監(jiān)測大壩總滲流量。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 大壩變形

3.1.1 大壩沉降

2005年上水庫蓄水以來，壩頂發(fā)生持續(xù)沉降，其分布為河床部位大、兩岸小，至2017年9月5日，最大沉降79.8 mm，約占壩高的0.21%；蓄水初期壩頂沉降速率較大，其后整體趨緩，年沉降速率由蓄水初期的19.4mm減小至2016年的5.8mm。與同類工程相比，壩頂沉降及變化速率符合一般規(guī)律。

3.1.2 大壩水平位移

2005年上水庫蓄水以來，考慮到壩頂測點(diǎn)位于新加固的壩頂上游測，順河向水平位移表現(xiàn)向上游位移，下游壩坡順河向水平位移向下游位移，與上庫大壩為在原土壩上、下游加固壩坡的特性一致。至2017年9月5日，向上游最大位移26.2 mm，向下游最大位移20.0 mm，順河向水平位移總體較小，年平均速率在3 mm以內(nèi)。

橫河向水平位移呈兩岸向河床位移趨勢，右岸向河床位移小于左岸，符合河床偏右岸的地形條件。至2017年9月5日，左岸向河床最大位移25.8mm，右岸向河床最大位移10.0 mm，橫河向水平位移總體較小，年均速率在3 mm以內(nèi)。

3.2 大壩滲流

3.2.1 壩基滲壓

河床壩基滲壓穩(wěn)定，與庫水位無相關(guān)性，最大滲壓水位377.13 m，低于正常蓄水位約19 m。樁號0+215.00 m處左岸壩基滲壓測點(diǎn)與庫水位有一定的相關(guān)性，測值未發(fā)現(xiàn)有增大趨勢，且日變幅明顯小于庫水位日變幅，滯后約11 h，見圖1。2009年8月，發(fā)現(xiàn)右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水，2014年進(jìn)行了滲水分析治理，經(jīng)對右岸采取帷幕灌漿處理后，再未發(fā)現(xiàn)滲水。

3.2.2 壩體浸潤線

壩體各測壓管水位穩(wěn)定，與庫水位無明顯相關(guān)性。同一監(jiān)測斷面測壓管水位從上游往下游依次遞減，符合土壩浸潤線分布規(guī)律。與正常蓄水位的設(shè)計(jì)浸潤線相比，壩體實(shí)測浸潤線較低。從水力坡降看，壩軸線上游側(cè)壩體坡降較大，上游壩面至壩上0+002.50 m約為0.75，仍小于粉質(zhì)粘土容許水力坡降，壩體防滲效果良好，且壩體滲透穩(wěn)定。典型監(jiān)測斷面壩體浸潤線見圖2。

圖1 壩基實(shí)測滲壓水位滯后庫水位過程線圖Fig.1 Monitored seepage pressure at dam foundation and the reservoir level

圖2 壩0+080.00 m監(jiān)測斷面壩體浸潤線圖Fig.2 Saturation line on the section 0+080.00 m

3.2.3大壩滲流量

2005年上水庫蓄水以來，大壩滲流量與庫水位有一定相關(guān)性、并有一定滯后，見圖3。大壩滲流量總體不大，扣除降雨量影響后，最大值為2.86 L/s，年平均值在1～2 L/s之間。受右壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水影響，2010～2013年期間，滲流量有緩慢增大趨勢，2014年經(jīng)帷幕灌漿處理后，壩腳再未發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)，大壩滲流量有一定減少，基本穩(wěn)定在2 L/s以內(nèi)。

4 滲水分析與處理

4.1 滲水來源

2009年8月“莫拉克”臺風(fēng)后，檢查發(fā)現(xiàn)大壩右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳砌石護(hù)坡有滲水現(xiàn)象，滲水未見渾濁，起初認(rèn)為是地表水滲入所致。2013年3月對該部位滲水匯集后開展人工監(jiān)測，2013年3月19日～10月11日監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：滲水量與庫水位呈現(xiàn)較好相關(guān)性，當(dāng)庫水位低于392.00 m時(shí)，滲水量小于0.05 L/s，甚至無滲水；當(dāng)庫水位高于392.00 m時(shí)，滲水較為明顯，最大0.32 L/s。經(jīng)監(jiān)測成果分析，初步判斷右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水來自庫水，滲水部位高于高程388.00 m。

4.2 滲漏通道

采用地質(zhì)勘察、增設(shè)地下水位觀測孔、顏料示蹤試驗(yàn)等多種手段進(jìn)行綜合查找、分析判斷主要滲漏通道。

滲水點(diǎn)開挖揭露壩坡護(hù)面下1.5 m位置有3處管涌點(diǎn)，其下填筑土體較上部含沙量大，土體中夾有樹根等雜質(zhì)。地質(zhì)鉆孔揭示右岸壩肩裂隙發(fā)育、壩基表面巖體破碎，局部存在集中滲漏條件。

右壩肩增設(shè)的3個(gè)地下水位觀測孔監(jiān)測成果表明：位于滲水部位上方壩頂?shù)膬蓚€(gè)觀測孔水位分別在384.49～394.59 m和388.16～392.23 m之間，與庫水位變化基本一致；滲水點(diǎn)下游岸坡側(cè)觀測孔水位變幅很小，與庫水位無明顯相關(guān)性。

庫水位處于高水位時(shí)，在壩頂兩觀測孔內(nèi)投放顏料液體，注水示蹤試驗(yàn)成果表明：位于右壩肩的觀測孔注水后，滲水量有逐漸增大趨勢，連通性較好，顏料顆粒沿程稀釋，管涌點(diǎn)未捕捉到析出痕跡；位于壩體側(cè)的觀測孔注水后，滲水量無明顯影響，但投放顏料注水后間隔1～3日，在管涌點(diǎn)捕捉到析出痕跡。

綜合上述成果分析：右岸繞壩滲漏通道較暢通，右岸壩基與壩體結(jié)合的淺表局部存在一定滲漏，但未貫通至管涌點(diǎn)，右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水主要由庫水繞壩滲漏所致。

4.3 防滲帷幕灌漿

抽水蓄能電站上水庫水位變幅大，土壩滲水部位長期在交替變化的滲透壓力作用下，土顆?？赡鼙粠ё?，導(dǎo)致滲漏通道擴(kuò)大、滲水量增加、壩坡失穩(wěn)等大壩安全隱患，因此對右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水進(jìn)行防滲處理是必要的。為盡量減少對壩體的擾動，結(jié)合滲漏通道分析成果，采取右岸壩肩及庫岸單排帷幕灌漿方案：沿壩軸線樁號0+045.00～0+000.00 m、并向上游環(huán)庫公路方向延伸一倍上游水頭范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿處理，帷幕向下深入相對隔水層3 Lu以下5 m，孔距1.5 m。

帷幕灌漿處理于2014年實(shí)施完成，共147個(gè)單元工程，合格率100%，檢查孔合格率100%。處理后，右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳再未發(fā)現(xiàn)滲水，大壩總滲流量明顯減少，最大滲流量約1.95 L/s，防滲帷幕處理效果良好。

圖3 壩后量水堰實(shí)測滲流量滯后庫水位過程線圖Fig.3 Seepage monitored by measuring weir and the reservoir level

5 結(jié)語

（1）桐柏上水庫大壩自2005年蓄水已運(yùn)行十余年，大壩變形很小，變形速率趨緩，壩基滲壓穩(wěn)定，壩體浸潤線較低，大壩總滲流量穩(wěn)定且較小，大壩運(yùn)行性態(tài)正常。

（2）對原土壩加高壩頂、上游設(shè)置反濾壓坡及加固下游壩坡，能滿足抽水蓄能電站庫水位變幅大、變化頻繁的運(yùn)行要求。

（3）根據(jù)地質(zhì)勘察及監(jiān)測資料，結(jié)合示蹤試驗(yàn)成果，綜合分析認(rèn)為右岸壩肩下游高程388.00 m壩腳滲水主要來自繞壩滲漏，帷幕灌漿處理后再未發(fā)現(xiàn)滲水，大壩總滲流量明顯減小，處理效果較好，可供同類工程參考借鑒。

2017-09-09

李 ?。?979-），男，湖北隨州人，高級工程師，主要從事大壩設(shè)計(jì)與監(jiān)管工作。

作者郵箱：li_j4@ecidi.com

Operation performance analysis and seepage treatment of Tongbai upper reservoir dam

LI Ji?an,DU Xue-zhen and LIU Hao

Large Dam Safety Supervision Center,National Energy Administration

This paper briefly introduces the monitoring arrangement of Tongbai upper reservoir dam.Based on the monitoring results,the dam deformation,seepage distribution and change are analyzed,and the operation performance of the dam is evaluated.This paper also summarizes the work of seepage treatment,to guide dam operation and management and to provide reference for similar projects.

Tongbai pumped storage power station;dam;monitoring and analysis;operation perfor?mance evaluation;seepage treatment

TV697

B

1671-1092（2017）05-0064-04