浅析返步桥水库监测资料变化规律及分布特征

周志维，马秀峰，喻蔚然，董建良，罗梓茗

（江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029）

1 问题的提出

大坝安全评价的重点之一是分析坝基渗流压力的监测资料。在坝体表面及坝基埋设观测设施，可实时监测大坝的运行性态，及时发现大坝存在的问题和隐患。通过分析监测资料，及时发现大坝隐患的工程实例很多，为消除大坝安全隐患、水库安全运行提供重要保障，段祥宝[1]等人通过渗流监测数据对富水水库大坝进行分析，判断大坝黏土铺盖可能产生渗透破坏等；张玉龙等[2]通过渗流监测实例，分析坝体内部的渗流运行不安全。因此，监测数据是分析大坝结构稳定及渗流分析最主要依据。

大坝监测是大坝运行管理最重要的工作之一，但是，由于观测设施的可靠性差，致使许多观测数据不准确，不能直接反应大坝运行情况。造成这种现象的原因有很多，如施工原因、专业技术限制、观测方法不合理，导致测压管堵塞失效、数据精度不高、观测系统损坏等。因此，在进行监测资料分析时，对数据的可靠性分析是十分必要。一般通过灵敏度试验[3]，结合数据的分布特征，对数据变化规律进行分析。

大坝监测内容主要包括变形及渗流，而变形主要包括垂直位移及水平位移，影响因素主要包括库水位、气温、时效等[4]。对于渗流压力，主要包括坝体与坝基，由于库水位长年剧烈变化，且土体长期处于饱和状态下，土质可能发生变化，对于薄弱部位，易发生渗透破坏，因此，渗流数据的可靠性是分析的重点内容。

本文选取返步桥水库，主要分析渗流监测数据的变化过程及分布特征，结合灵敏度试验，分析大坝渗流运行性态。

2 工程概况

2.1 大坝概况

返步桥水库建于20世纪70年代初，后经2009年除险加固。该坝为浆砌石重力坝，最大坝高60.20 m，坝顶长137.00 m，正常蓄水位344.20 m，坝顶宽9.00 m，坝内设有灌浆廊道，距防渗面板底部0.50 m，帷幕灌浆伸入左坝肩15.00 m，伸入右坝肩21.00 m。大坝横断面见图1。

图1 返步桥水库大坝横断面图

现场检查发现，大坝坝顶平整，无明显裂缝；坝基排水管水进入廊道内，由于无法及时排出，坝体廊道内常年积水，排水系统失效。

2.2 水文地质条件

库区属低山地貌，河谷呈较狭窄的“U”型或“V”型，河床坡降较大，水流较湍急，切割作用较为强烈，局部崖岸有坍塌现象。

3 渗流观测设施布置与可靠性分析

3.1 测压管布置情况

为监测坝基渗流压力，在溢流堰左右两侧，桩号0 +041.50 m（以下简称1#断面）及桩号0 + 078.50 m（以下简单2#断面），各埋设3根测压管，均设置在帷幕后，管底埋设在基岩面以下深约1.00 m，基岩以灰白、黄褐色中厚层状石英岩为主，夹有不等粒砂岩和硅化角砾岩。测压管考证情况见表1，测压管平面布置见图2。

表1 测压管考证情况表

图2 测压管平面布置图

3.2 灵敏度分析

采用降水头注水试验，对各测压管观测数据可靠性进行检验[4]，测压管水位回落过程见图3。

图3 测压管注水试验过程图

各测压管水位回落过程差异较大，除测点3外，其余测点回落速度较快，透水性能接近，表明坝基条件相似，各测点均能在1 d内回到原水位，表明测压管透水性能较好，灵敏度合格，测点3管水位下降缓慢，在较长时间内管水位回落曲线趋于稳定，明显高于注水前管水位303.00 m，灵敏度不合格，管内存在淤堵情况。另外，测点4与测点5的回落过程基本同步，透水性能非常接近。

4 渗流分析

1#，2#断面测压管水位变化过程见图4。

图4 断面测压管水位变化过程线图

由图4可知，在发生强降雨或连续降雨时，除少数测点偶有异常突变现象，且突变后稳定，各测压管水位运行基本平稳，未见明显异常变化，表明测压管不受降雨影响。

桩号0 + 078.50 m断面：测点1管水位变化规律与库水位较为一致，库水位上升时，管水位也上升，两者相关系数达到0.93，表明该测点主要受库水位影响；测点2管水位与测点3接近，过程线近乎呈直线，与库水位相关性差，且测点3管水位高于测点2，根据灵敏度试验结果可知，测点3观测数据不可采用。从坡降可知，测点1与测点2之间区域平均坡降达到3.0以上，坡降较大，存在局部渗透破坏的可能，但坝基渗流整体稳定性较好。

桩号0 + 041.50 m断面：测点4在2014年9月前水平不动，不合理，记录有误，测点4平均管水位为306.89 m，测点5为306.86 m，测点6为300.84 m。测点4与测点5年均管水位及变化过程线基本重合，与库水位相关性较好，相关系数达到0.9以上，受库水位影响明显，与廊道内积水水位接近。综合判断，坝基排水管与两测压管之间存在断层或渗漏通道，当库水位升高时，坝基扬压力也变化，廊道内积水变化，从而影响管水位的分布。测点6管水位过程线变化平稳，与下游水位接近，主要受下游水位影响，扬压力不大。从坡降可知，主要坡降集中在测点5与测点6之间，区域平均坡降达到1.5 ～ 2.0，坡降偏大，存在局部渗透破坏的可能，但坝基渗流整体稳定性较好。

综上分析，坝基扬压力典型数据分布见图5。桩号0 +041.50 m断面比桩号0 + 078.50 m断面扬压力略大，扬压力系数在坝基中间位置降到0.18以下，主要坡降集中在坝基中上部，中下部扬压力较平稳，渗流分布较合理，渗流运行性态较稳定。

图5 坝基扬压力典型数据分布图

5 结 论

（1）灵敏度试验可作为检查测压管可靠性的有效手段，作为监测资料分析重要铺助方法。

（2）坝基大部分坡降发生在中上部位，坝脚处扬压力较小，局部坡降偏大，但渗流压力分布整体合理，稳渗运行基本稳定。

（3）测点4与测点5受廊道积水影响明显，建议完善排水系统，并作进一步地质勘探，以便更准确分析坝基扬压力分布情况。