范术芳

（山西省水利建设开发中心）

汾河二库是我省的大型水库之一，于1996年11月开工建设，1999年12月下闸蓄水，2007年7月竣工验收。由于工程未按照设计内容全部完工，自开始蓄水运行近20 a来从未达到正常蓄水位，而且坝面出现渗水现象，对坝基的抗滑稳定性和坝基渗漏量影响较大。2014年山西省人民政府启动了晋祠泉复流工程，要求汾河二库抬高蓄水位以满足供水要求。为确保大坝在高水位运行情况下的稳定安全，汾河二库开展了除险加固。

渗流控制是影响工程安全建设和运行的决定性因素之一，大坝渗流是渗流力学实际应用的一个方面。渗流力学是一门能够解决各种复杂工程问题的年青学科，现已在理论基础、试验措施、计算方法和分析应用等方面取得了重大发展。我国对大坝渗流的研究，经历了实验研究、数值模拟和实际应用等阶段，并应用多种理论、方法，建立监控模型对渗流进行预警。为了研究汾河二库除险加固工程效果，确保大坝蓄水安全，我们对大坝进行了渗流监测，通过对比除险加固前后坝基扬压力和大坝渗流量的数值变化以及与水库运行水位的关系，分析大坝灌浆后的防止渗流效果。

1 工程简况与除险加固情况

汾河二库位于太原市尖草坪区与阳曲县交界处的悬泉寺，坝址距上游汾河水库80 km，距下游太原市区30 km。控制流域面积2 348 km2，多年平均入库径流量1.45亿m3，总库容1.33亿m3，是汾河上游干流上的一座以防洪为主，兼有供水、发电、旅游、养殖等综合效益的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。水库建成后，每年可向太原市增供4 000万m3工业和城市生活用水，对区域社会经济发展和保障下游人民群众的生命财产安全，起到了重要作用。

由于汾河二库主体工程验收时大坝灌浆工程未进行实施，遗留的工程包括部分固结灌浆工程、部分帷幕灌浆工程、全部接触灌浆工程及并缝灌浆工程、坝体排水工程，对坝基的抗滑稳定性和坝基渗漏量影响较大，存在着一定的安全隐患。水库自2000年经过蓄水安全鉴定以后开始蓄水，运行多年来库水位从未达到过正常蓄水位，最高水位为896.93 m。为了加大汾河向晋祠泉域的补水力度，汾河二库于2014年11月开展了应急专项除险加固工程，并于2015年8月29日完工。主要建设内容包括：大坝下游F10断层混凝土连续墙加固及固结灌浆，左岸防渗墙下岩基固结灌浆和帷幕灌浆，右坝肩上游帷幕灌浆，左右坝肩下游帷幕灌浆，坝基接触灌浆和坝体并缝灌浆，以及廊道自动排水系统改造。

2 渗流观测设施布置

汾河二库大坝坝基扬压力通过压力表观测，采用纵、横监测断面相结合的布置方式。纵向监测断面沿坝轴线方向布置，在纵5#和纵6#廊道内各设一纵向监测断面，每个坝段设一个监测孔，共布置10个孔，用来监测大坝上下游面的坝基扬压力；横向监测断面沿横1#廊道和横2#廊道内各设5个监测孔，用来监测坝体内各坝段的坝基扬压力，其中横1#廊道的测点分别为Up2-Up6，横2#廊道的测点分别为Up9-Up13，共布置10个孔。坝基扬压力孔分布见表1。

表1 坝基扬压力孔分布表

汾河二库在各横向廊道排水沟通往下游的出口处和通往集水井的排水沟，均布置有量水堰，以监测大坝基础的渗流量。坝体渗漏水经排水管汇入基础灌浆排水廊道上游排水沟后，用量水堰量测。汾河二库坝基廊道共设有6个量水堰监测点，其中1#集水井内设有2个量水堰，基本反映大坝左岸排水孔渗流量；2#集水井内设有2个量水堰，基本反映大坝右岸排水孔渗流量。扬压力和量水堰测点布置见图1。

本研究监测资料，时间序列为2014年5月1日至2016年9月30日，监测数据涉及水位、坝基扬压力、渗流量数据，并包含了水库除险加固前、工程建设期和除险加固后的数据，为对比分析奠定了基础。

3 除险加固后大坝防止渗流效果分析

3.1 坝基扬压力分析

坝基扬压力是作用在坝底的一种重要荷载，它减少了坝体的有效重量，降低了坝体的抗滑能力与抗渗性能，对大坝的稳定、应力、变形都有明显的影响。为了解在库水位的作用下坝基的渗透情况，以校核大坝的安全性，检查帷幕的工作状况和排水孔的工作效果，检验实际与设计的差别，需进行坝基扬压力观测。横1#廊道和横2#廊道基本未观测到数据，大坝左坝段Up7、中间坝段Up8、右坝段Up20均监测到扬压力数据。因此，本文选用Up7、Up8、Up20坝段的坝基扬压力监测值，对大坝除险加固前后各坝段的坝基扬压力进行对比分析。库水位—坝基扬压力过程线见图2。

由图2可以看出，水库在除险加固工程前，坝基扬压力与库水位存在一定的正相关，除险加固工程完成后，几乎不受库水位的影响。左坝段（Up7）的坝基扬压力明显高于中间坝段和右坝段，而且在水库除险加固前后变化不明显，因此，建议加强对左坝段坝基扬压力的观测。中间坝段（Up8）和右坝段（Up20）坝基扬压力变化趋势是一致的，水库除险加固后显著减小。2014年5月至10月，水库未开展应急专项除险加固工程前，坝基扬压力随库水位升高而增加，而且扬压力值较大；2015年1月至8月，水库处于应急专项除险加固工程建设期，坝基扬压力较除险加固前显著减小，而且受库水位的影响减小；2015年9月至2016年9月，水库除险加固完成后，坝基扬压力较为稳定，变化不明显。

图1 扬压力和量水堰测点布置图

图2 库水位—坝基扬压力过程线图

3.2 渗流量分析

图3 库水位与集水井渗流量过程线图

为验证大坝坝基的帷幕灌浆效果，对水库除险加固前后坝基渗流量进行对比分析。1#、2#集水井渗流量过程线如图3所示。由图3可以看出，集水井渗流量总体呈下降趋势，且与库水位不存在明显相关性。集水井渗流量变化大致分为三个阶段：第一阶段为2014年5-10月，水库未进行除险加固，大坝灌浆工程未进行实施，渗流量逐渐减少，但降幅不大；第二阶段为2015年1-8月，水库处于除险加固工程建设期，由于掺杂了当时进行的帷幕灌浆施工用水，渗流量呈现先增加后减小的趋势；第三阶段为2015年9月至2016年9月，水库完成了除险加固，大坝渗流量呈逐渐减小的趋势，尤其是大坝右坝段变化趋势明显。

由以上分析可以看出，汾河二库在除险加固前后，集水井渗流量变化较大，大坝坝基的渗流量在水库除险加固后明显减少。由此可见，汾河二库除险加固效果明显，大坝坝基的帷幕灌浆对渗流量产生了较大影响，大坝更趋于安全稳定，为水库的蓄水安全提供了保证。

4 结论

本文通过对比分析汾河二库除险加固前后坝基扬压力和渗流量的数值变化，以及与水库运行水位的关系，对大坝灌浆后的渗流效果进行了分析，主要可得到以下几点结论：

（1）坝基扬压力在汾河二库除险加固前受库水位变化的影响较为明显，随库水位升高而增加；水库除险加固工程完成后，大坝左坝段降幅不大，中间坝段和右坝段坝基扬压力明显减小。从坝基扬压力变化可以看出，除险加固后汾河二库坝基稳定性更好，除险加固效果明显，大坝安全性较除险加固前更高。

（2）集水井渗流量受库水位影响不明显，水库完成除险加固工程后渗流量明显减少，而且大坝右坝段渗流量的变幅较大。由此可以看出，汾河二库在除险加固后大坝左右坝段渗流量均呈现逐渐减小的趋势，除险加固效果明显，大坝更趋于安全稳定。