曹文彬 罗鹏飞 邓韶辉 刘健
摘要：水库蓄水期的坝基渗流控制效果评价是大坝安全评价的重要组成部分，总结蓄水期坝基渗流变化规律对特高土石坝工程的安全运行意义重大。以中国已建成的300 m级特高土石坝——两河口水电站砾石土心墙堆石坝为例，结合工程布置特点，利用监测成果分析、地质条件分析等手段，分析和讨论蓄水过程中的渗控监测情况，指出了相关问题和可能存在的注意事项，对渗控措施的工程效果进行了评价。首次蓄水期坝基渗流分析表明：蓄水期坝基渗压与库水位的变化存在一定相关性且相关性效应需在一定水头作用下才会显现，坝基渗压变化较库水位变化一般具有滞后性，坝基深部渗压并不一定关联反映水头或水位。相关经验可为后续类似高土石坝建设提供借鉴。
关 键 词：特高土石坝；
首次蓄水；
坝基渗控；
渗压监测；
两河口水电站
中图法分类号：
TV641.4 文献标志码：
ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.034
0 引 言
土石坝是世界大坝工程建设中应用最广泛和发展最快的一种坝型。中国糯扎渡（坝高261.5 m）、两河口（坝高295 m）、双江口（坝高314 m）、如美（坝高315 m）等一批已建和在建的大型高土石坝已创下并将不断刷新国内土石坝建设记录。这些超高土石坝多建设在高深峡谷中，具有工程规模巨大、地质条件复杂、建设周期长、挡水水头高等特点［1-3］，其工程属性、运行效益、民生保障及承载的库水容量决定了大坝结构安全是大坝工程界最为关切的问题之一［4］。
特高土石坝坝基处理中面临的工程地质条件和本构关系较复杂，渗流控制和防渗处理面临较大挑战。坝基渗控效果不佳产生的影响主要包括坝基失稳、渗透破坏、渗漏损失等［5］。在高水头、高应力作用下特高土石坝的坝基渗流研究与控制可能面临的问题更为复杂。不同地形地质条件下采用不同施工材料、施工工艺建设的土石坝在一定意义上具有唯一性，但在大坝规模、形式等普遍概念上类似工程应具有一定规律性。分析水库首次蓄水期间的渗压变化情况、探寻坝基渗流变化规律，从而评价坝基渗流的稳定性、安全性对工程的安全运行意义重大。本文结合两河口工程特点，对首次蓄水期间前两个阶段的坝基渗控监测成果进行系统分析，总结相应变化规律和特征，以期为后续工程建设提供借鉴和思路。
1 工程概况
两河口水电站地处四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流，水库控制流域面积6.57万km2，为雅砻江中上游龙头电站［6］。水库正常蓄水位2 865 m，总库容107.67亿m3，调节库容65.6亿m3，多年调节能力显著［7］，且水库补偿效益可延伸至金沙江干流下游段的乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝以及长江干流的三峡和葛洲坝。水电站装机容量300万kW，工程为Ⅰ等大（一）型工程，砾石土心墙堆石坝坝顶高程2 875 m，最大坝高295 m，为目前已建成的中国第一高堆石坝。
两河口水库蓄水分为3个阶段：第一阶段，初期导流洞下闸封堵、转换导流洞过流，库水位由初期导流洞过流的初始水位2 608 m逐步抬升至2 675 m，由5号导流洞过流；
第二阶段，5号导流洞控泄，库水位上升至死水位2 785 m，为机组调试、启动发电提供条件；
第三阶段，结合工程监测情况、防洪度汛、来水情况及下游梯级联合调度优化，择机蓄至正常蓄水位2 865 m。
首次蓄水自2020年11月1日开始初期导流洞下闸，库水位抬升，开始第一阶段蓄水，12月11日5号导流洞过流；
2021年6月10日5号导流洞控泄，开始第二阶段蓄水，8月19日库水位达2 785 m（死水位），此后大坝承受约200 m以上水头考验。
2 工程地质与水文地质条件
枢纽区河谷呈略不对称的“V”形深切峡谷，谷坡陡峻，临河坡高500～1 000 m，主要为砂板岩，但根据地层分类，砂板岩比例分布不均且岩性有较大差异；
左岸地形沟梁相间；
坝址區岩体风化较弱，但局部卸荷较强。坝址区基岩两河口组中、下段（T3lh2、T3lh1）出露，其中两河口组下段出露完整，主要为变质砂岩夹粉砂质板岩，残坡积层最大厚度45.7 m，崩坡积块碎石土一般厚度10～30 m［8］。
坝址区砂板岩透水性弱，不同地貌单元透水性各异，岸坡较强而河床相对较弱。据坝址区Ⅲ勘探线渗透剖面分析，坝址区为横向谷，微新砂板岩透水性总体较弱，坝基岩体透水性不均一，局部存在透水率介于1～10 Lu的弱透水段，透水率≤3 Lu的相对隔水岩体在河床部位垂直埋深160～180 m，在正常蓄水位高程岸坡水平埋深200～250 m［9］。
坝址区地下水类型主要为松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水。最重要的地下水类型为分布广泛的基岩裂隙潜水，可分为浅层风化裂隙水和裂隙承压水，受大气降水补给，排泄于雅砻江［10］，地下水位变幅受大气降水的影响较为明显。水质分析试验资料表明，坝区地表、地下的水质类型大多为NaK-HCO3、Ca-HCO3-，总矿化度137.45～451.44 mg/L，中性偏弱碱性，pH=7.5～8.3，对混凝土无任何腐蚀性。
3 渗控及监测设计概况
3.1 防渗帷幕布置
分别在左右两岸坝肩基础2 575.50，2 640.00，2 700.00，2 760.00，2 820.00，2 875.00 m高程各设置1层帷幕灌浆平洞，各层平洞轴线在竖直断面基本重合［11］，河床基础灌浆廊道与两岸2575.50m高程灌浆平洞相连。为进行有效坝基渗流控制，根据枢纽区工程地质与水文地质条件，在河床基础和左右岸坝肩基础布置防渗主帷幕、搭接帷幕与幕后排水系统。帷幕灌浆通过河床基础灌浆廊道和各层灌浆平洞进行。
对大坝轴线所在平面的大坝基岩进行灌浆帷幕形成坝基防渗面，防渗面上以基岩透水率q≤3 Lu作为相对不透水层界限，灌浆帷幕深入相对不透水层5 m。考虑在长期高水头作用下坝基帷幕的可靠性，河床基础防渗帷幕底高程为2 420.00 m。左岸防渗帷幕向山体延伸深度约为150～280 m，右岸各层灌浆平洞与厂房灌浆平洞连为一体，厂区防渗帷幕与大坝轴线部位的防渗帷幕连为一体，涵盖整个厂房（见图1）。
3.2 渗控监测布置
根据大坝结构设计、计算分析成果，沿最大坝高断面设1个监测断面，在左右岸坡处各布设2个监测断面，共5个监测横断面（见图2）。沿监测横断面在坝基建基面高程附近布设渗压计，以监测坝基渗透压力的变化、判断坝基防渗状态和排水设施工作效能。
在河床基础廊道和各层灌浆平洞内防渗帷幕后布置测压管，钻孔深度10～25 m，用以监测主帷幕防渗效果。
另外，在两岸坝肩灌浆廊道、交通洞及下游岸坡布设绕渗孔，监测绕坝渗流情况，了解伸入两岸山体的灌浆帷幕防渗效果。
在河床基础廊道和各层灌浆平洞集水井两侧的排水沟内布设量水堰，在坝后沿顺水流方向开挖排水沟槽并安装量水堰，用以监测坝区两岸山体、坝基及坝体渗漏量。
4 成果分析与讨论
4.1 坝基渗压
两河口水库第二阶段蓄水后，库水位为2 785 m，下游水位为2 607 m，第一、二阶段库水位分别抬升67，110 m。建基面坝基渗压计监测成果如图3～4所示。帷幕前渗压变化与库水位呈一定程度的正相关性，在第一阶段蓄水期间相关性不明显，第二阶段蓄水期间相关性较明显，说明该种相关性效应需在一定水头作用下才会有所显现；
部分渗压变化在时间分布上较库水位抬升滞后1～2个月，滞后时间长短与地质条件、防渗效果以及坝基测点部位渗流路径等因素相关；
比较两河口第一、二阶段蓄水后渗压可知，其变化相关性效应和滞后性规律体现较明显，类似规律在其它高坝也有一定体现［12-13］。帷幕后渗压总体变化与库水位抬升相关性不明显。沿顺河向布置5个监测断面的渗压变化规律总体一致，蓄水期间变化量值基本接近。
比较最大坝高断面建基面渗压计成果可知：① 帷幕前。坝基最高渗压水头143.5 m，折算水位2 723.4 m，第一阶段蓄水后水头增幅29.5 m，第二阶段蓄水后水头增幅72.1 m。② 帷幕后。坝基渗压水头介于38.2～62.0 m，折算水位2 611.2～2 634.2 m，第一阶段蓄水后水头最大增幅11.4 m，第二阶段蓄水后水头最大增幅22.0 m。
根据帷幕后坝基深部渗压计监测成果，深部渗压第一阶段蓄水后增幅介于-0.033～0.145 MPa，第二阶段蓄水后增幅介于-0.008～0.246 MPa，最大坝高监测断面帷幕后深部渗压增加较明显且渗压增加主要发生在第二阶段蓄水期间（见图5），其余监测断面帷幕后深部渗压水头变化不明显或略有降低。结合地质条件、勘察情况和建基面坝基渗压情况比较分析，坝基深部渗压变化可能与高水压通过深部基岩微细裂隙进行的压力传递有关，深部渗压并不一定关联反映监测部位水头或水位，但可在一定程度反映防渗薄弱点。
4.2 帷幕后地下水位
剔除粗差和明显异常测点，高程2 575，2 640，2 700，2 760 m灌浆平洞内坝区主帷幕后测压管监测水位如图6所示。第一阶段蓄水结束后帷幕后地下水位变幅较小，第二阶段蓄水结束后水位略有升高但量值总体不大，两阶段蓄水累计最大水位增幅25.5 m。高程2 575 m灌浆平洞内帷幕后地下水位在2 590.29 m以下，较库水位折减水头194.71～222.75 m，水头折减率84.0%～95.2%。蓄水后地下水位变化趋势总体平缓，与库水位变化相关性不明显。
4.3 绕渗监测
绕渗孔水位监测成果表明（见表1），大坝左岸绕渗孔当前折算水位介于2 620.63～2 806.11 m，大坝右岸绕渗孔当前折算水位介于2 610.36～2 687.72 m，蓄水以来大坝左右岸绕渗孔监测水位增幅介于-9.21～8.42 m。蓄水后各绕渗孔水位变化与库水位增长未见明显相关性，绕渗孔水位应主要与监测部位降雨、岸坡岩体裂隙水增减等影响因素有关。
4.4 渗流量
根据帷幕后各量水堰监测成果（见表2），水库蓄水前坝后和各层灌浆平洞渗水量很小，总渗流量0.59 L/s；
第一阶段蓄水后总渗流量7.48 L/s，较蓄水前增加了6.89 L/s；
第二阶段蓄水结束后总渗流量4.80 L/s，较蓄水前增幅为4.21 L/s。坝后量水堰蓄水期实测渗流量存在一定波动，经与坝址区日降雨量关联发现坝后量水堰渗流量与降雨量正相关性较强，且渗流量增减较日降雨量增减在时间分布上有1～2 d滞后，由此可基本判定坝后量水堰渗流量受降雨、外水渗入等因素影响较大。其它各层灌浆平洞渗水量较小且在蓄水前后变化不大。
从目前国内已建成的高心墙堆石坝在首次蓄水后的坝基渗流情况来看，建于深厚覆盖层上的瀑布沟和长河坝坝基最小总渗漏量分别为20.31 L/s［13］和25.32 L/s［14］，建于基岩上的糯扎渡坝基最小总渗漏量36.1 L/s［15］。不同的地质条件、帷幕布置方式在一定程度上对坝基渗流情况具有较强影响，实测渗流量主要与坝址区封闭条件和全断面渗漏量截取率有关。监测成果表明，两河口坝基渗漏量总体较小，蓄水前后渗流增量不大，渗流控制效果优秀。
5 结 论
（1） 坝基渗压与库水位变化一般呈一定程度的正相关，相关程度强弱在一定程度上反映坝基防渗效果。实测渗压变化与库水位的正相关效应需要在一定水头条件作用下才会显现，库水位抬升较低时坝基实测渗压水头不一定有明显变化，其相关效应显现时间与地质条件、地形条件、测点部位、防渗效果等因素有关。
（2） 坝基实测渗压的变化较库水位抬升在时间分布上一般都具滞后性，滞后时间与坝基地质条件、防渗效果以及渗流路径等因素相关。
（3） 帷幕后测压管和深部渗压计较能真实反映坝基深部渗控情况，深部渗压并不一定关联反映水头或水位，但可在一定程度上反馈防渗薄弱点或薄弱区域。
（4） 监测成果表明，两河口水电站首蓄期坝基渗压规律正常，较库水位水头折减明显，渗流量总体较小，渗流渗压变化趋于平稳，坝基渗控工作性态正常、运行有效，滲控效果良好。
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（编辑：郑 毅）
Analysis and evaluation of seepage control monitoring of dam foundation during first impoundment period of a ultra-high earth rock dam
CAO Wenbin1，LUO Pengfei1，DENG Shaohui2，LIU Jian2
（1.PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited，Changsha 410000，China；
2.Yalong River Hydropower Development Co.，Ltd.，Chengdu 610051，China）
Abstract：
The evaluation of seepage control effect of dam foundation in the impoundment period is an important part of dam safety evaluation.It has significant meaning to summarize the seepage variation law of dam foundation during impoundment period for ensuring safe operation of ultra-high earth rock dams.Taking a 300m-level ultra-high earth-rock dam，Lianghekou Hydropower Station in China as an example，we analyzed and discussed the seepage control monitoring in the process of impoundment by analyzing the monitoring data and considering geological conditions as well as engineering layout.We ascertained the relevant problems and possible precautions and evaluated the engineering effect of seepage control measures.The result show that there is a certain correlation between the seepage pressure of dam foundation and the change of reservoir water level during the storage period，and the correlation effect only appears under the action of a certain water head.The change of seepage pressure of the dam foundation generally lags behind the change of reservoir water level.The deep seepage pressure of the dam foundation does not necessarily reflect the head or water level.The relevant experiences in this paper can provide references and ideas for subsequent similar projects.
Key words：
ultra-high earth-rock dam；
first impoundment；
seepage control of dam foundation；
seepage pressure monitoring；
Lianghekou Hydropower Station
收稿日期：2022-03-03
作者简介：曹文彬，男，工程师，硕士，主要从事工程安全监测资料分析和技术管理工作。
E-mail：358473720@qq.com
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