摘要：采用变化规律的定性分析方法和统计模型的定量分析方法，对某水电站大坝坝基测压孔实测扬压水位进行了分析。分析表明，该水电站岸坡坝段实测扬压水位超标的异常现象是客观存在的，且不能排除岸坡坝段坝基防渗帷幕的防渗效果或排水孔幕的排水效果不满足设计要求的可能性，建议今后加强对岸坡坝段坝基测压孔的观测和分析。
关键词：重力坝；测压孔；扬压力；异常现象；统计模型
混凝土重力坝依靠坝体自重在坝基面产生的摩擦力和坝体混凝土与基岩之间的凝聚力来维持大坝的稳定，坝基扬压力会抵消坝体的有效自重，降低大坝的抗滑稳定性。一旦坝基扬压力大于设计允许值，就有可能导致大坝产生滑动失稳。因此，坝基实测扬压力是判断混凝土重力坝运行性态的主要控制性指标之一。本文采用定性分析和定量分析相结合的方法，对某混凝土重力坝实测坝基扬压力进行了分析。
一、工程概况
某水电站枢纽由拦河坝、引水系统和发电厂房等主要建筑物组成，枢纽工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级。
拦河坝为混凝土重力坝，按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，水库为不完全年调节水库，正常蓄水位165.00m，设计洪水位165.50m，校核洪水位167.00m。拦河大坝共分为15个坝段，1#～5#坝段为左岸挡水坝段，6#～8#坝段为溢流坝段，9#～15#坝段为右岸挡水坝段；最大坝高130.00m。
为监测该大坝坝基扬压力状态，在大坝坝基布置了18个测压孔，形成1个纵向监测断面和3个横向监测断面。其中，在2#~12#坝段坝基灌浆廊道内排水孔幕处各布置1个测压孔，以监测坝基扬压力纵向分布和各坝段坝基渗压系数，测压孔编号依次为UP4-1～UP4-3、UP3-1、UP4-4、UP1-1、UP4-5、UP2-1、UP4-6～UP4-8；选择5#、7#、9#坝段为全监测断面，各布置3~4个测压孔，以监测坝基扬压力横向分布，测压孔编号分布为UP3-1~UP3-3（5#坝段）、UP1-1～UP1-4（7#坝段）、UP2-1~UP2-3（9#坝段）。
对有压测压孔，采用压力表进行人工观测；对无压测压孔，采用电测水位计按测深法进行人工观测；观测频次一般为3次/月。
二、坝基扬压力定性分析
（一）横向扬压力分析
对5#、7#、9#坝段横向扬压力监测断面，通过绘制各测压孔实测扬压水位变化过程线可知：各测压孔实测扬压水位均不高，变化过程基本平稳，变幅不大，运行期各测压孔实测扬压水位变幅均明显小于上游水位变幅，未出现明显的突变或趋势性变化等异常现象，实测扬压水位性态总体上正常。
通过绘制上游高水位情况下的代表性观测日期各横向监测断面扬压水位分布图（如图1）可知：各横断面上的第1个测压孔，实测扬压水位均低于相应的设计控制值，渗压系数均低于相应的设计值（对河床坝段，设计渗压系数控制值为0.5）；各横断面测压孔实测渗压水位虽然有高有低，但扬压水位沿纵向分布总体上基本合理。
总体来看，5#、7#、9#坝段实测扬压水位基本正常。
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图1 坝基各监测横断面扬压水位横向分布图
（二）纵向扬压力分析
纵向扬压力监测断面上的各测压孔实测扬压水位及渗压系数状况详见表1。其中，河床坝段设计渗压系数控制值为0.35，岸坡坝段设计渗压系数控制值为0.50。
表1 坝基纵向监测断面扬压水位状况一览表
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（1）由表1可知：位于河床5#~9#坝段上的UP3-1、UP4-4、UP1-1、UP4-5、UP2-1等5个测压孔，实测扬压水位较低，最大渗压系数小于设计渗压系数控制值；位于左岸2#~4#挡水坝段的UP4-1、UP4-2、UP4-3等3个测压孔和位于右岸10#~12#挡水坝段的UP4-6、UP4-7、UP4-8等3个测压孔实测扬压水位较高，最大渗压系数均大于设计渗压系数控制值，扬压水位异常。
（2）表1中，2#坝段UP4-1、3#坝段UP4-2、11#坝段UP4-7、12#坝段UP4-8等4个测压孔全时段实测最大渗压系数大于1，甚至远大于1，不合理。这主要是由于：①实测扬压水位高于相应的上游水位；这可能与坝基渗流的滞后效应有关，也可能与两岸地下水位的影响有关（这些坝段均靠近两岸坝肩）。②这些测压孔所在的坝段均为岸坡坝段，渗压系数按下游水位低于测点处基岩高程的情况进行计算；由于实测扬压水位仅略高于上游水位，上游水位仅略高于坝基面高程，因而计算出的渗压系数有可能远大于1；以12#坝段UP4-8测压孔出现在2008-8-31的全时段实测最大渗压系数为例，测压孔处坝基面高程140.7m，实测扬压水位为144.69m，相应上游水位为141.88m，因而渗压系数为α=（144.69-141）/（141.88-141）=4.20，远大于1，导致不合理。
（3）对坝基面抗滑稳定起控制作用的是上游高水位的情况。为此，表1中列出了较高上游水位条件下的各测压孔实测最大渗压系数。从表1中可见，上游高水位条件下，左右岸岸坡坝段各测压孔实测最大渗压系数仍大于相应的设计控制值。
（4）该水电站于2008年7月一期下闸蓄水。通过对各测压孔实测扬压水位全过程的分析来看，在下闸蓄水前，除10#坝段UP4-6测压孔始测扬压水位较低外，其他测压孔始测扬压水位均较高，远高于相应的上游水位。由于该水电站河谷较为狭窄，两岸岸坡较陡，因此，两岸岸坡坝段（2#、3#、4#、11#、12#坝段）坝基扬压力很可能受两岸地下水位的影响较大，导致各坝段坝基扬压水位在始测时就较高，并进而导致此后实测扬压水位也呈现较高的状态。
（5）由于左右岸岸坡坝段实测渗压系数超标，该水电站在这些测压孔附近各新增了1个测压孔。新增测压孔的实测扬压水位与原有测压孔实测扬压水位相近，最大渗压系数仍高于相应的设计控制值。这进一步表明该水电站左右岸岸坡坝段实测扬压水位异常是客观存在的。
综合来看，河床坝段（5#~9#）实测扬压水位基本正常，左右岸岸坡坝段（2#~4#、10#~12#）实测扬压水位异常。
三、坝基扬压力统计模型
为定量分析2#~4#和10#~12#岸坡坝段各测压孔（UP4-1~UP4-3、UP4-6~UP4-8）扬压水位的变化规律和异常现象的成因，分别建立各测压孔扬压水位统计模型。
已有的坝工知识和渗流监测模型经验表明，混凝土坝渗流主要受上游水位、下游水位、温度、降雨以及时效等因素的影响。渗流统计模型一般表达式为：
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式中：.png)
为坝基扬压水位的统计估计值（拟合值），.png)
为上游水位分量，.png)
为下游水位分量，.png)
为温度分量，.png)
为降雨分量，.png)
为时效分量。
岸坡坝段各测压孔统计模型拟合情况见表2，各分量比重见表3，代表性测点（UP4-7）统计模型各分量过程线见图2。
表2 岸坡坝段各测压孔扬压水位统计模型拟合情况表（建模时段：2009-2015）
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表3 岸坡坝段各测压孔扬压水位统计模型各分量比重表
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图2 11#坝段坝基测压孔UP4-7扬压水位统计模型分量过程线
由表2和表3及图2可知：
（1）岸坡坝段各测压孔均入选了上游水位分量，且上游水位分量比重均较大，表明上游水位对岸坡坝段坝基扬压水位影响较明显，因而统计模型成果显示岸坡坝段坝基防渗帷幕的防渗效果或排水孔幕的排水效果不满足设计要求的可能性不能排除。
（2）统计模型显示，温度对岸坡坝段各测压孔扬压水位均存在一定的影响，但影响不大；降雨对绝大部分岸坡坝段测压孔扬压水位影响不显著。这主要是由于：该水电站为流域上七个梯级水电站中的第六级水电站，水电站的区间汇流面积不大；该水电站两岸边坡较陡，降雨入渗对坝基扬压水位影响程度较低；此外，降雨量与上游水位之间具有关联性，因而降雨因子与上游水位因子之间也具有因子相关性，降雨分量与上游水位分量难以严格区分。
（3）多数岸坡坝段测压孔扬压水位存在时效分量，但时效分量一般不大，且时效分量已基本稳定，或正趋于稳定。
四、结论与建议
（1）坝基实测扬压力是判断混凝土重力坝运行性态的主要控制性指标之一。通过对实测扬压水位的变化规律分析，可以判断坝基扬压力的工作状态是否正常；通过对坝基渗压系数的分析，可以判断坝基扬压力是否超过设计控制标准；基于上述分析，可进一步判断坝基防渗帷幕的防渗效果和排水孔幕的排水效果，从而对坝基扬压力实测性态作出评价。
（2）该水电站岸坡2#~4#、10#~12#坝段坝基排水孔幕处的测压孔（UP4-1~UP4-3、UP4-6~UP4-8）实测扬压水位均偏高，实测最大渗压系数均超过了相应的设计控制值，不满足设计要求。定性分析和统计模型表明，现有的监测资料不能排除岸坡坝段坝基防渗帷幕的防渗效果或排水孔幕的排水效果不满足设计要求的可能性；同时，结合两岸绕坝渗流观测成果，两岸地下水位较高，加之该水电站两岸岸坡较低，因此，不排除两岸地下水位较高导致两岸坝段坝基扬压水位偏高、渗压系数超标的可能性。
（3）综合判断岸坡坝段测压孔所在部位的坝基扬压水位偏高、渗压系数超标是客观存在的，对坝基面抗滑稳定的影响应引起重视。建议今后加强对岸坡坝段测压孔的观测和分析，必要时根据实测扬压水位情况，对该水电站岸坡坝段的稳定性进行复核，并采取增加坝基排水孔以减小坝基扬压力、增设两岸水平排水孔以降低地下水位等工程措施。
参考文献：
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论文作者:肖春丽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：水位论文; 坝基论文; 测压论文; 系数论文; 水电站论文; 压力论文; 分量论文; 《基层建设》2018年第31期论文;