盐锅峡水电站溢流坝段扬压力偏高原因分析

盐锅峡水电站溢流坝段扬压力偏高原因分析

魁利江1

甘肃盐锅峡发电有限公司  甘肃临夏 731100

摘要：对盐锅峡水电站溢流坝段坝基扬压力监测数据进行统计分析得知，幕后孔渗压系数最大值达到0.68，幕中孔达到0.94（幕前孔与1.0比较、幕中孔与0.5比较、幕后孔与0.25比较），大多数坝基扬压力测孔测值偏高，部分测孔扬压力测值超出设计值，且测值超出设计值的测孔主要集中在溢流坝段，通过钻机扫孔、增加新的坝基排水孔等方式加强坝基排水，减小坝基扬压力，保证大坝安全稳定运行。

关键词：扬压力；测值偏高；渗压系数；溢流坝段

0引言

坝基扬压力是影响重力坝抗滑稳定的重要因素之一，因此是重力坝长期运行过程中安全监测的主要项目之一。影响坝基扬压力的主要因素包括上下游水位、坝基节理裂隙发育情况、防渗排水措施、两岸地下水位等。本文结合历次大坝定检及监测资料对盐锅峡水电站溢流坝段扬压力偏高原因进行分析，并制定合理的措施，降低坝基扬压力，保证大坝安全稳定运行。

1概述

盐锅峡水电站是黄河干流上最早建成的一座大型水力发电站，位于甘肃省永靖县内，为黄河龙青河段规划中的第八个梯级水电站，坝址距上一梯级刘家峡水电站33km，距下一梯级八盘峡水电站17km，电站控制流域面积182821km2，设计多年平均流量823m3/s，年径流量259亿m3，年输沙量9170万t。

该工程是以发电为主、兼顾灌溉效益的水电枢纽，属大（2）型工程，主要建筑物按2级标准设计。电站按200年一遇洪水标准设计，相应水位为1620.80m；1000年一遇洪水标准校核，相应水位为1621.40m；水库正常蓄水位为1619.00m，相应库容为2.2亿m3；死水位为1618.50m，相应死库容为2.13亿m3,属日调节水库。

2资料分析

2.1监测设施布置

坝基扬压力的监测孔由布置在灌浆廊道内各坝段纵向断面及挡Ⅲ、挡Ⅶ和溢Ⅴ坝段3个代表性横向断面的监测孔组成。现有测孔69个，其中幕前孔设4个，幕中设8个，幕后孔57个，构成“三横一纵”的观测断面，其中溢流坝段扬压力测孔布置图见图1。

2010年对扬压力系统测压管进行了改造，将原1.5级压力表更换为0.4级、对18个监测孔安装了VW2100A渗压计，测量范围为0～0.35MPa，观测频次为1次/天。人工观测采用电测水位计（无压孔）和压力表（有压孔）进行测量，压力表为0.25MPa、0.4MPa两个量程，精度等级均为0.4级观测频次为2次/月。本次资料分析渗压系数资料采用2015年1月至2020年12月监测资料，测压孔水位分析采用1980年1月至2020年12月资料。

图1  溢流坝段扬压力监测孔布置图

2.2防渗帷幕效果分析

对大坝自运行至今的坝基扬压力监测资料进行处理，剔除明显粗差数据，并对其进行统计分析，判别防渗帷幕效果。（有渗压计的采用自动化测值，无渗压计的采用人工测值），成果见表1。

表1  扬压力特征值统计成果表

（1）在溢流坝段所有扬压力测孔中，最高扬压水位在1574.97m～1617.62m之间，最大值1617.62m发生在1989年10月30日溢Ⅴ-1UP幕中测孔。

（2）幕前测压孔扬压水位最大值为1605.00m；幕中测压孔扬压水位最大值为1617.62m；幕后测压孔扬压水位最大值在1574.97m～1611.27m，多年平均测值在1573.92m～1610.06m之间。

（3）溢Ⅱ-2UP坝段幕前扬压水位明显高于幕后的2支测压孔水位，且水位相差较大；溢Ⅴ-1UP坝段幕中扬压水位明显高于幕后5支测压孔水位，且水位相差较大，说明帷幕防渗效果良好。

（4）位于溢Ⅵ坝段的溢PV-1UP、溢PV-2UP两支无压孔，靠近上游侧的溢PV-2UP水位明显高于靠近下游侧的溢PV-1UP水位，且两支孔水位常年保持在空口位置，较为稳定，帷幕防渗效果良好。

2.3坝基渗压系数分析

坝基扬压力是坝体和基岩结合面的浮托力和渗透压力之和，为坝体的主要荷载之一，其大小直接影响大坝的稳定与应力，而影响扬压力大小的主要因素有上下游水位差、帷幕防渗效果、坝前淤积情况等。坝基渗压系数α计算公式如下：

式中：HP—测点实测水位（m）；

H1—上游水位（m）；

H2—下游水位（m），当测点对应基岩高程高于下游水位时，H2用基岩高程代替。

坝基扬压力会减小坝体的有效自重，对重力坝抗滑稳定不利，防渗帷幕的主要目的是为了降低坝基扬压力。按混凝土重力坝设计规范，主要考虑正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位三种水位下的大坝运行工况。对大坝抗滑稳定安全起控制作用的主要是上下游水位差，在上游水位较高、下游水位较低时，坝基扬压力较大，对大坝安全稳定不利。因此，通常考虑上下游水位差较大时的渗压系数。

本次分析选取2015年1月至2020年12月上游水位高于正常蓄水位1619.00m、下游水位低于1579.00m时间段内的监测数据，分析各扬压力测孔的渗压系数。统计各测孔最大渗压系数及对应时段内的上下游水位见表2。盐锅峡大坝渗压系数比较采用：幕前孔与1.0比较、幕中孔与0.5比较、幕后孔与0.25比较。

表2  2015～2020年渗压系数最大值统计表

（1）2015年～2020年期间幕中测孔最大渗压系数为0.94，超出设计值。

（2）2015年～2020年期间，17个幕后测压孔的最大渗压系数在0.00～0.68之间，其中有10个测压孔渗压系数超出设计值，渗压系数在0.26～0.68之间，主要集中在溢Ⅱ、溢Ⅲ、溢Ⅴ及溢Ⅵ坝段。

2.4水位分析

对1980年～2020年以来的坝基扬压力监测水位资料进行处理，剔除明显粗差数据，并对其进行统计分析，绘制幕后孔渗压系数超出设计值的测孔水位过程线见图2。

图2  扬压力水位过程线

由图可见：

（1）自1980年～2020年，在溢流坝段扬压力幕后测孔中渗压系数超出设计值的测孔，测管水位整体呈现上升趋势。

（2）现测水位（2020年12月）均高于1980年1月的水位。

2.5分布规律分析

绘制2015年～2020年纵向测孔渗压水位特征值及幕后测孔最大渗压系数测值分布图，见图3、4，溢Ⅴ重点坝段的横向最大渗压系数图见图5。由图可知：

图3渗压水位特征值 

图4 最大渗压系数测值分布图

图5  溢Ⅴ坝段的横向最大渗压系数图

（1）溢Ⅴ坝段共五个测压孔，横向扬压力分布呈上游侧高、下游侧低，其中靠近上游侧的幕中孔溢Ⅴ-1UP、以及靠近下游侧的幕后孔溢Ⅴ-2UP和溢Ⅴ-5UP最大渗压系数超出设计值。

（2）溢流坝段幕后孔中渗压系数超限测点主要集中在溢Ⅱ、溢Ⅲ、溢Ⅴ及溢Ⅵ坝段。

（3）溢Ⅴ重点坝段的渗压系数呈现两端高、中间低的分布趋势。

2.6原因分析

（1）溢流坝段有58.8%的幕后孔扬压力水位偏高，原因与溢流坝段基岩面高程高于下游水位有关，造成坝基排水困难。

（2）溢流坝段为实体坝，没有设置宽缝，设计坝基排水孔数量不足，导致溢流坝段排水不畅、扬压力偏高。

（3）坝址区工程地质主要为砂岩、砂砾岩、粉砂岩、粘土页岩、粘土岩等，溢流坝段整体基础地质透水性差，导致扬压力偏高。

（4）上游库区泥沙淤积导致坝基排水通道堵塞，造成坝基排水不畅、扬压力偏高。

（5）溢Ⅴ、溢Ⅵ坝段共有80%的测压孔渗压系数超出设计值，主要与溢Ⅴ、溢Ⅵ坝段建坝施工时，坝基开挖没有达到设计高程，廊道位置较高、坝段无宽缝，造成总体排水不畅，且上游库水补给充足等原因有关。

（6）盐锅峡水电站自投运以来，未对扬压孔进行扫孔处理，造成扬压孔堵塞，灵敏度降低。扬压孔堵塞导致排水孔排水不畅，造成扬压力总体偏高。

3结语

盐锅峡水电站首次大坝定检复核了Ⅲ、挡Ⅶ、溢Ⅲ及溢Ⅴ坝段沿坝基面抗滑稳定，在各工况下安全系数均大于3.0。自首次定检以来，水库水位在正常蓄水位附近运行，坝基扬压力长期以来都比较稳定，无明显增大趋势，所以在渗压系数超过设计值的情况下，3个重点坝段抗滑稳定依然满足规范要求。针对溢流坝段扬压力总体偏高情况，可以通过以下改进措施降低坝基扬压力：

（1）对扬压力超出设计值的监测孔加大监测频次，加强关注扬压力在上游不同水位下的变化情况，并定期分析监测资料，提出有利的水库运行方式，保证大坝安全稳定运行。

（2）对扬压力测孔及坝基排水孔进行钻机扫孔处理，并在原设计孔底高程基础上向下加深1～3米，达到新的孔底基岩面，解决扬压孔堵塞导致的排水不畅问题。

（3）适当增加新的坝基排水孔及扬压力监测孔，增加坝基排水量，从而降低坝基扬压力，并加强关注坝基扬压力变化情况。

（4）在溢Ⅴ、溢Ⅵ坝段根据具体地质情况，适当增加横向排水孔，加大溢Ⅴ、溢Ⅵ坝段的横向排水量。

参考文献:

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[2]李姝昱，张伟，姚远，等.丰满大坝坝基扬压力安全监控指标拟定[J].人民黄河，2011,33（4）：124-126.

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[4]任慧丽.某水库大坝渗流观测资料对比分析及成果[J].内蒙古水利，2009（5）：12-13.

[5]盐锅峡水电站大坝安全运行性态综合分析报告.

作者简介：

  魁利江（1994-），男，甘肃永靖，大学本科，助理工程师，主要从事大坝安全监测工作。甘肃盐锅峡发电有限公司、甘肃省临夏回族自治州永靖县盐锅峡镇

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