徐宏杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

某水電站大壩位于太行山脈中段，屬于石灰?guī)r地區(qū)，壩址區(qū)地層巖性為古生界寒武系中統(tǒng)張夏組灰?guī)r，地層產(chǎn)狀平緩，呈單斜構(gòu)造。大壩為堆石混凝土重力壩，壩高58.4 m，壩長40 m，庫容495萬m3，壩頂高程645 m，設(shè)計(jì)正常蓄水位643 m。2015年7月水庫建成，9月5日開始進(jìn)行了試蓄水試驗(yàn)，試蓄水的目標(biāo)水位為625.5 m，壩后水深16.5 m。

2 繞壩滲漏的監(jiān)測分析

試蓄水期間發(fā)現(xiàn)兩壩肩存在繞壩滲漏和右岸鄰谷滲漏問題。為查明滲漏部位、滲漏方式，估算滲漏量，首先對大壩前期的地質(zhì)勘察資料、施工及灌漿資料進(jìn)行了針對性研究。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)兩壩肩埋設(shè)的測壓管內(nèi)的水位與庫水位存在比較緊密的聯(lián)系和時(shí)間相關(guān)性。

左、右壩肩共設(shè)置了18個(gè)測壓管，均布在繞壩滲流弧線的各個(gè)部位。由于自試蓄水前就對測壓管水位進(jìn)行了自動化觀測，所以采集了大量的壩肩地下水位的數(shù)據(jù)。另外同時(shí)對庫水位也進(jìn)行了不間斷的觀測。通過庫水位過程線和測壓管水位過程線的對比分析，發(fā)現(xiàn)大部分測壓管水位與庫水位存在很高的相關(guān)性和時(shí)效性，具體表現(xiàn)就是隨著庫水位的升降，測壓管內(nèi)的水位（壩肩地下水位）也會隨之升降，只是具有一定的時(shí)間差，即滯后時(shí)差，這種現(xiàn)象說明確實(shí)存在繞壩滲漏問題。由于左壩肩UP1～UP6等6個(gè)測壓管位于壩軸線上游，且孔底設(shè)計(jì)高程高于本次蓄水的最高庫水位，故測壓管內(nèi)水位未受到庫水位變化的影響，而其余12個(gè)測壓管孔底高程均低于庫水位，所以與庫內(nèi)水位具有一定的水力聯(lián)系，二者之間存在很高的相關(guān)性。

圖1為兩個(gè)典型測壓管（UP15、UP18）的水位過程線與庫水位過程線進(jìn)行對比的示例。從過程線的對比圖可以看出，自2015年9月9日開始下閘蓄水，至19日8:00庫水位達(dá)到初次高值，高程為624.2 m，隨后各測壓管水位也相繼達(dá)到一個(gè)高值。直至2016年3月28日試蓄水結(jié)束，測壓管水位與庫水位均有較高的相關(guān)性，其時(shí)效性十分明顯，充分說明左、右壩肩存在繞壩滲漏問題，右岸還可能存在鄰谷滲漏問題。

圖1 右壩肩UP15和UP18兩個(gè)測壓管水位與庫水位的過程線對比

表1列出了試蓄水時(shí)當(dāng)庫水位在2015年9月19日8:00達(dá)到初次高值時(shí)（624.2 m），各測壓管水位達(dá)到峰值的時(shí)間及滯后時(shí)差，左壩肩滯后時(shí)差為15.6～40.3 h，右壩肩滯后時(shí)差為7.9～39.6 h。而從整個(gè)試蓄水期間的庫水位過程線還可以看到多個(gè)明顯的標(biāo)志性升降拐點(diǎn)，其與測壓管水位線之間的時(shí)差與表1中的滯后時(shí)差基本一致，充分說明了測壓管水位與庫水位的時(shí)間相關(guān)性。

那么都有哪些因素影響和造成各測壓管水位的滯后時(shí)差呢？初步分析認(rèn)為主要有：滲流途徑、水力坡降、地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素。根據(jù)工程地質(zhì)資料，兩壩肩蓄水位以下的地層為寒武系中統(tǒng)張夏組（?z）的厚層灰?guī)r，地層產(chǎn)狀平緩，呈單斜構(gòu)造；巖體中發(fā)育4組高傾角裂隙，其中第1組裂隙（產(chǎn)狀為N20°E/SE∠85°）和第 2 組裂隙（產(chǎn)狀為 N88°E/SE∠87°）最為發(fā)育，與層間裂隙將巖體切割成碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，所以壩肩巖體較破碎；加之壩肩灰?guī)r地層的巖溶較為發(fā)育，沿裂隙和層面可見貫通的溶孔和溶隙，透水性強(qiáng)，在兩岸特殊的地形地貌組合中，易形成繞壩滲漏的通道。

表1 庫水位初次達(dá)到最高值時(shí)受影響的測壓管水位及滯后時(shí)差

通過以上分析，再結(jié)合鉆孔壓水試驗(yàn)的資料可知，兩壩肩的滲流模式為擴(kuò)張型或沖蝕型。該類滲流模式的滲流速度或滲透系數(shù)都會隨庫水位的升高、水頭壓力的增大而增大，所以影響繞壩滲漏速度的主要因素就是水力坡降和滲透系數(shù)。水力坡降（J=Δh/D）、滲透速度（V=D/T）和滲透系數(shù)（K=V/J）都可以通過測壓管的具體資料和觀測數(shù)據(jù)來計(jì)算（上述各式中變量的含義已于表2中說明）。表2是試蓄水前期庫水位初次峰值時(shí)，各測壓管水力坡降和滲透系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

利用上表計(jì)算出的滲透系數(shù)，采用適當(dāng)?shù)睦@壩滲漏量的估算公式進(jìn)行計(jì)算，得到兩壩肩繞壩滲漏總量約為23 000 m3/d，這一數(shù)據(jù)與河流來水量及水庫蓄水量的觀測結(jié)果比較吻合。

3 繞壩滲漏部位的圈定

在以上分析過程中還發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要信息，就是兩壩肩測壓管水位與庫水位的滯后時(shí)差（見表1）相差很大，最小值僅為7.9 h，而最大值可達(dá)40.3 h，也就是說各測壓管水位的時(shí)效性區(qū)別很大。時(shí)效性反映在繞壩滲漏問題上就是壩肩巖體各部位的滲透性是不均勻的，這一點(diǎn)與實(shí)際地質(zhì)情況相符。最明顯的特點(diǎn)：一是右壩肩的透水性明顯高于左壩肩；二是右壩肩其中的UP11、UP12、UP16等三個(gè)測壓孔所在位置的透水性明顯高于其它位置。所以通過以上分析，基本可以圈定以這三個(gè)測壓管所在位置為繞壩滲漏的主要部位，在地形圖上將這三個(gè)測壓管孔位連接起來，就可以確定右壩肩繞壩滲漏的主要通道。

表2 各測壓管水力坡降及滲透系數(shù)計(jì)算表