新丰江大坝7号支墩扬压力偏高成因分析

2011-06-13刘光洪

大坝与安全 2011年6期

刘光洪，张琼

（1.广东粤电新丰江发电有限责任公司，广东河源 517021；2.国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州 310014）

1 工程概况

花岗岩为主。工程于1958年7月动工兴建，1960年10月第一台机组并网发电，1969年10月竣工验收。

新丰江水电站位于广东省河源市境内东江支流新丰江的亚婆山峡谷出口处，是一座综合利用的水利枢纽工程。水库控制流域面积5 734 km2，总库容为138.96亿m3，属完全多年调节水库。电站枢纽由大坝、厂房及放水洞等水工建筑物组成。大坝为单支墩大头坝，属1级建筑物。大坝最大坝高105 m，由19个宽18 m的单支墩大头坝及两岸重力坝段组成，6～9号坝段为引水发电坝段，10～13号坝段为溢流坝段，其余均为挡水坝段。溢洪道共3孔，设有3扇10 m×15 m的弧形钢闸门。坝基岩性以粗中粒

2 7号支墩坝基扬压力分析

2.1 坝基扬压力孔布置情况

建坝初期在1～19号坝段实际布置了57个坝基扬压力测孔，具体为：1～3号墩各布置2个，4号墩布置3个，5～13号墩各布置4个，14～19号墩各布置2个，其中，1号孔均位于帷幕后的大头颈部，4号孔位于坝轴线上，形成了一个纵向观测断面和与坝段对应的多个横向观测断面。布置情况详见图1。

由于扬压力孔灵敏度下降，首次定检后真正能用于观测的孔只有37个，其中扬压水位长期基本无变化的有10个。为了提高扬压力孔的灵敏度和满足扬压力观测孔实施自动化监测的要求，1995年4月～1997年1月对坝基扬压力观测孔进行改造，改造后能正常观测的扬压力孔达51个。1998年和2002年分两期实现了坝基扬压力测点自动化监测。

2.2 7号支墩坝基扬压力分析

扬压力孔改造后的观测资料表明，河床坝段中G7-01测孔水柱较高，且变幅相对较大，扬压系数最高达到0.64，远超出设计渗压系数（0.2）。G7-01测孔及该坝段下游侧的测孔扬压力的过程线见图2，从图可见：

（1）坝基扬压力表现出与上游水位有一定的相关性，随着上游水位的涨落而升降，靠近上游侧的第一排测孔尤其明显，其后的第二、三、四排测孔水位则不明显。

（2）从扬压水位来看：7号支墩G7-1测孔的最高水位为83.6 m，最低水位为67.2 m，该坝段其后的第二、三、四排测孔的水位则低得多，最高水位为32.4 m；相邻的6号坝段的G6-2和8号坝段的G8-1测孔的最高水位分别为59.1 m和52.1 m，相对较高。G7-1观测孔水位最大变幅为12.5 m，其余扬压力孔的变幅较小。

（3）从扬压水柱来看：7号支墩G7-1测孔的最高水柱为59.6 m，最低水柱为43.2 m，其后第二、三、四排测孔的水柱则小得多，最高水柱为8.4 m；相邻坝段的G6-2和G8-1测孔的最高水柱分别为27.1 m和32.1 m，也相对较高。

（4）从扬压系数来看，G7-1测孔扬压系数最高为0.64，G6-2和G8-1测孔的最高扬压系数分别为0.32和0.26，同样相对较高。

图2 7号支墩扬压力测值过程线图Fig.2 Graph of the monitored uplift pressure of the buttress No.7

2.3 7号支墩扬压力偏高的成因分析

7号支墩G7-1测孔的扬压系数最高达到0.64，其后第二、三、四排测孔的扬压系数则小得多。相邻坝段的G6-2和G8-1测点的扬压系数最高分别为0.32和0.26，相对较高。扬压力偏大与局部存在渗流通道有关。从该渗流通道影响的区域来看，7号支墩只有第一排测孔的扬压水柱较高，其后的三排测孔的扬压水位均较低。8号支墩的第一排测孔的扬压水柱也相对较高，其后三排的扬压水位均较低。6号支墩第二排测孔的扬压水柱相对第一、三、四排都要高，估计这些扬压水柱较高的测孔也是受此渗流通道影响，附近其余孔的扬压水柱均较低，可以说渗流通道的影响范围是局部的（如图3所示）。

从量值上看，比较2005年高、低水位时的测孔水位：2005年3月29日的上游水位为98.4 m，同年6月29日的上游水位为113.9 m，上游水位增幅达15.5 m，此时G6-02、G7-01、G8-01测孔水位分别增加6.2 m、9.1 m和3.9 m，说明局部虽然存在渗流通道，但因渗径较长水头损失明显，渗流通道并非直接与上游连通。而且回归计算表明，G7-01、G8-01测点统计模型中入选的水位因子均为前5天的平均水位，说明测孔水位的变化相对库水位变化有一定时间的滞后性，从时间上证明了“渗径较长，并非与上游水位直径连通”的观点。

一方面，比较实测扬压力图与设计扬压力图（见图4），7号支墩在高水位时第一排测孔水位超过设计值，但是扬压力整体面积未超过设计值，只是支墩头部的扬压力较大，并非整体性的。另一方面，设计计算的7号支墩抗滑稳定安全系数较规范有一定的富裕。从这两方面来说，7号支墩扬压力偏大不致影响7号支墩的抗滑稳定。

图3 渗流通道影响区域示意图Fig.3 Influence area of the seepage passage

图4 设计和实测扬压力图形Fig.4 Designed and monitored uplift pressure

3 验证分析

因G7-1扬压力孔卸压后，压力回升非常缓慢，达到正常压力约需15 d左右，说明G7-1扬压力孔的灵敏度较低。为了进一步验证引起7号支墩扬压力偏高的渗流通道是局部的，在G7-1扬压力孔附近重新钻孔埋管观测。具体孔位距原孔下游侧约1.2 m，孔口高程为34.31 m，方位角和原孔一致。改造施工于2008年10月15日开工，2008年11月10日完工。至2010年底已正常运行了两年多时间，现对改造后7号支墩的坝基扬压力观测资料进行统计分析，绘制新、老孔测值过程线，见图5。从图可见：

（1）改造后，新G7-1孔的扬压水位最高为34.98 m，最低为33.60 m，原G7-1孔扬压水位最高为78.89 m，最低为55.19 m，新孔水位明显低于原孔。

（2）新孔扬压水柱最高为10.98 m，最低为9.60 m，原孔扬压水柱最高为54.89 m，最低为31.19 m，新孔孔内水柱明显低于原孔。

（3）新孔扬压系数最高值为0.018，原孔扬压系数最高值为0.64。

从上述统计分析可见，新孔扬压力测值很小，明显低于原孔，说明7号支墩总体防渗效果良好，引起原孔扬压力偏高的渗流通道是局部的，7号支墩扬压力偏大不致影响支墩的抗滑稳定。