李建軍

（勝利石油管理局生產(chǎn)管理部，山東 東營(yíng) 257000）

1 引言

均質(zhì)土壩在壩體合適位置設(shè)置垂直砂墻排水，可以降低壩體浸潤(rùn)線高度、減小滲透壓力，增加下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性。土壩設(shè)計(jì)中這是一個(gè)常用結(jié)構(gòu)措施，?？扇〉昧己眯Ч?。但設(shè)置砂墻排水其長(zhǎng)期運(yùn)行后效果如何，是一個(gè)需要探討的問題，勝利油田耿井水庫圍壩設(shè)置了垂直砂墻排水，已經(jīng)運(yùn)行18年，2006年設(shè)置了自動(dòng)化滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析此原型觀測(cè)資料，可以對(duì)此問題的研究提供一個(gè)有價(jià)值的資料。

2 工程概況

耿井水庫是一座引黃供水的平原水庫，設(shè)計(jì)蓄水位 10.4m，死水位 5.0m，設(shè)計(jì)庫容 2080×104m3。1991年 9月開始蓄水運(yùn)行，至今仍為向勝利油田供水的骨干水庫之一，每年蓄水至設(shè)計(jì)高水位有3～4次，運(yùn)行頻繁。

水庫圍壩為均質(zhì)碾壓式土壩，就地取土填筑。壩頂高程11.8m，壩頂寬度7.0m，最大壩高 7.74m，圍壩全長(zhǎng)7.72km。壩基淺層為淤泥質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)在 1.66×10-5～2.50×10-6cm/s之間，壩體粉質(zhì)粘土滲透系數(shù)4.78×10-5cm/s。在壩軸線下游6.5m處設(shè)厚1.0m的垂直排水砂墻，其頂高程8.0m，底高程3.25m。在砂墻底沿壩軸線每100m設(shè)一條通向下游壩腳集滲溝的碎石排水帶，排水帶剖面尺寸為0.6×0.6m，可將砂墻內(nèi)滲水排至下游。

砂墻用料為中粗砂，要求填筑干密度為16.0kN/m3，滲透系數(shù)達(dá)到1.0×10-2cm/s。排水帶碎石粒徑上游段為2～4 cm、下游 4～8cm，均用 300 g/m3無紡?fù)凉げ及?。砂墻和碎石排水帶施工，要求先填筑壩體，壓實(shí)后挖溝填筑，以保證壩體土料不致混入排水體中影響排水效果。

3 監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)

建壩時(shí)曾埋設(shè)測(cè)壓管監(jiān)測(cè)浸潤(rùn)線高度，共設(shè)8個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，每個(gè)剖面布置6根測(cè)壓管。這些測(cè)壓管不久即逐漸淤堵，至1995年全部失效。

2006年10～11 月重新設(shè)置大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)項(xiàng)目包括滲透壓力、滲流量和水庫水位。滲透壓力觀測(cè)儀器采用振弦式孔隙水壓計(jì)，滲流量用薄壁量水堰配堰上自記水位計(jì)，水庫水位采用浮筒式自記水位計(jì)，均接入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、通信傳輸、資料整編一體化。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置了8個(gè)監(jiān)測(cè)剖面，每個(gè)剖面設(shè)4～5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置以樁號(hào)5+440剖面為典型示于圖1。由圖1可見，在上游滲流入口附近、砂墻前后、滲流出逸附近各布設(shè)測(cè)點(diǎn)一個(gè)，K30是觀測(cè)下游水位的測(cè)點(diǎn)，每壩段設(shè)一個(gè)。自動(dòng)數(shù)據(jù)采集頻率為每天1次。

圖1 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)2006年12月1日至2008年3月30日的系列觀測(cè)整編資料進(jìn)行分析，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)滲透壓力水位與庫水位之間的復(fù)相關(guān)系數(shù)，同時(shí)進(jìn)行了反演分析和設(shè)計(jì)高水位條件下的有限元滲流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算分析成果，可以得到如下認(rèn)識(shí)。

4.1 庫水位過程線和測(cè)點(diǎn)滲壓水位過程線相關(guān)性分析

以樁號(hào)5+440剖面（如圖2）為例分析，各測(cè)點(diǎn)滲壓水位隨庫水位的升降而升降；隨著測(cè)點(diǎn)距上游庫水距離的增加，滲壓水位逐漸降低，并且與庫水位的相關(guān)性逐漸降低。在滲流入口測(cè)點(diǎn)滲壓水位與庫水位相關(guān)性很高，8個(gè)監(jiān)測(cè)剖面的相關(guān)系數(shù)均值達(dá)到0.892，砂墻上游測(cè)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均值0.675，砂墻下游測(cè)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均值0.351，至下游壩腳處此值僅0.196，與庫水位的相關(guān)性已很低。這一現(xiàn)象符合土壩滲流的一般規(guī)律。

圖2 典型庫水位和測(cè)點(diǎn)滲壓水位過程線

4.2 排水效果分析

設(shè)計(jì)滲流計(jì)算給出設(shè)計(jì)蓄水位10.4m、下游水位4.5m條件下壩軸線下游6.5m（砂墻上游邊）處浸潤(rùn)線水面高程6.23m，在下游壩坡的出逸高程5.79m。

整編原型觀測(cè)資料系列范圍內(nèi)，庫水位6次達(dá)到或接近設(shè)計(jì)庫水位10.4m。分析2007年2月1日砂墻上游測(cè)點(diǎn)滲壓水位可見，除樁號(hào)5+440剖面滲壓水位達(dá)到6.50m、超過設(shè)計(jì)值6.23m以外，其它各監(jiān)測(cè)剖面滲壓水位值在4.0～5.36m之間，低于設(shè)計(jì)值約1～2m。另外，所有監(jiān)測(cè)剖面滲流均未在下游壩坡出逸，只有北壩段（樁號(hào)5+440、6+640剖面）滲壓水位在4.5m之上，其余各剖面滲壓水位均低于4.0m，在3.5m～3.8m之間，現(xiàn)場(chǎng)未見滲流出逸。

由比較可見，壩體設(shè)置垂直砂墻排水對(duì)降低浸潤(rùn)線高度的效果還是明顯的。北壩坡的滲壓水位抬高與廣利河的整治有關(guān)，廣利河經(jīng)流北壩段下游，距下游壩腳50m不到，河道拓寬出土拋于壩下，堵塞了碎石排水帶出口，反證了垂直砂墻的排水作用。

4.3 滲流趨勢(shì)分析

由對(duì)庫水位與測(cè)點(diǎn)滲壓水位過程線分析可見，在整編資料系列中，測(cè)點(diǎn)滲壓水位有逐漸抬高的趨勢(shì)。以2007年2月1日與2008年2月10日 （庫水位均達(dá)到設(shè)計(jì)蓄水位10.4m）的測(cè)點(diǎn)滲壓水位比較可見，砂墻上游測(cè)點(diǎn)滲壓水位抬高值最少的為0+540剖面的0.22m，最高為3+139剖面的1.32m；砂墻下游測(cè)點(diǎn)的滲壓水位抬高值最少的為0+540剖面的0.15m，最高的為1+840剖面的1.35m。這一現(xiàn)象說明，砂墻或水平碎石排水帶有淤堵現(xiàn)象，使得滲流有向不利方向發(fā)展的趨勢(shì)。

4.4 滲透穩(wěn)定性分析

在對(duì)各監(jiān)測(cè)剖面進(jìn)行反演分析，調(diào)整壩體壩基土體滲流系數(shù)的情況下，在設(shè)計(jì)庫水位10.4m條件下進(jìn)行了滲流場(chǎng)有限元計(jì)算分析，計(jì)算對(duì)圍壩的東、南、西、北壩段各取一監(jiān)測(cè)剖面進(jìn)行，計(jì)算成果表明，滲流均不在下流壩坡出逸，滲流沿程滲透穩(wěn)定性均滿足要求，因此近期滲流是安全的。

5 結(jié) 論

綜合上述分析，可以得到如下結(jié)論：(1)均質(zhì)土壩壩內(nèi)設(shè)置垂直砂墻排水，對(duì)降低浸潤(rùn)線高度的效果是明顯的。(2)砂墻排水長(zhǎng)期運(yùn)行，淤堵現(xiàn)象是存在的。為避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，壩內(nèi)排水體設(shè)計(jì)必須保證反濾構(gòu)造滿足防淤堵準(zhǔn)則。(3)耿井水庫大壩垂直砂墻經(jīng)18年運(yùn)行，滲流狀態(tài)有向不利方向發(fā)展的趨勢(shì)，但近期尚不致影響到大壩的滲流安全。