何金平，施玉群，吳云芳

（武漢大學(xué)a.水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.水利水電學(xué)院，武漢 430072）

華安閘壩閘基揚(yáng)壓力異常性態(tài)分析

何金平a，b，施玉群a，b，吳云芳a，b

（武漢大學(xué)a.水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.水利水電學(xué)院，武漢 430072）

閘基揚(yáng)壓力性態(tài)是反映閘壩安全與否的重要指標(biāo)。通過定性和定量分析，研究了華安閘壩部分老測壓孔和部分新測壓孔水位異常的成因，分析了判斷揚(yáng)壓力測值“偽異?！钡姆椒?。研究表明，P7老測壓孔水位異常在于該測壓孔被淤堵，P8，P9老測壓孔水位異常在于測壓孔所在部位防滲帷幕效果被削弱，或壩體上游面與P8，P9老測壓孔之間存在滲流通道；P1，P7，P8，P9新測壓孔水位異常在于測壓孔施工質(zhì)量欠佳。華安閘壩閘基揚(yáng)壓力測壓孔水位異?，F(xiàn)象不僅反映了因環(huán)境變化、結(jié)構(gòu)變異、防滲措施等因素引起的孔內(nèi)水位異常，而且反映了因施工質(zhì)量原因造成的孔內(nèi)水位異常。

大壩安全；揚(yáng)壓力監(jiān)測；性態(tài)分析；數(shù)學(xué)模型

1 工程概況及揚(yáng)壓力監(jiān)測布置

華安水電站位于福建省九龍江北溪干流中游華安境內(nèi)，攔河閘壩為華安水電站的主要擋水及泄水建筑物，共19孔。閘壩最大高度31.1 m，設(shè)計(jì)水位96.36 m，為日調(diào)節(jié)水庫。閘壩基礎(chǔ)部位為混凝土結(jié)構(gòu)，上部為砌石圬工溢流壩，實(shí)用寬頂堰，堰頂高程89.0 m。閘墩下部為鋼筋混凝土，上部為漿砌花崗巖條石。

閘基共布置了11個(gè)揚(yáng)壓力測壓孔，分別位于1＃，3＃，4＃，7＃，8＃，9＃，11＃，14＃，15＃，16＃及18＃閘墩，編號(hào)分別為P1，P3，P4，P7，P8，P9，P11，P14，P15，P16及P18。

華安閘壩于2000年3－12月對(duì)閘體、基巖進(jìn)行了灌漿加固，并于2001年5－6月對(duì)閘基揚(yáng)壓力孔進(jìn)行了改造。2001年5月前，閘基揚(yáng)壓力采用老測壓孔進(jìn)行觀測；2001年7月以后，閘基揚(yáng)壓力采用新測壓孔進(jìn)行觀測。同時(shí)，由于2000年閘基揚(yáng)壓力監(jiān)測資料受閘壩安全改造施工用水等因素的影響較大，不能反映閘基揚(yáng)壓力的實(shí)際情況，因此，在分析時(shí)，將測壓孔監(jiān)測資料劃分為2個(gè)階段：第一階段為1989－1999年，第二階段為2001年7月以后。

2 第一階段閘基揚(yáng)壓力性態(tài)分析

老測壓孔孔口位于閘墩頂檢修門槽下游側(cè)的漿砌花崗巖條石結(jié)構(gòu)的閘墩中心線上，在閘基灌漿帷幕下游側(cè)約150 cm處。測壓孔穿過閘墩砌石體后進(jìn)入

基巖約1.0～2.2 m。鉆孔中安裝有鍍鋅鋼套管直到閘墩底部，并在管壁與閘墩之間進(jìn)行了灌漿處理。

2.1 閘基揚(yáng)壓水位的異常表現(xiàn)

（1）通過繪制各測壓孔揚(yáng)壓力過程線發(fā)現(xiàn)，在第一階段P1，P3，P4，P11，P14，P15，P16和P18測壓孔孔內(nèi)水位表現(xiàn)正常，而P7，P8和P9測壓孔孔內(nèi)水位表現(xiàn)異常。其中P8，P9孔內(nèi)水位嚴(yán)重偏高，孔內(nèi)多年平均水位分別為89.465 m和89.344 m（上游多年平均水位約為93.5 m），如圖1；P7孔內(nèi)水位不僅偏高（孔內(nèi)多年平均水位92.723 m），而且存在數(shù)次明顯的突變，如圖2。

圖1 P8，P9測壓孔孔內(nèi)水位變化過程線Fig.1 Curves of water levels in measuring pressure hole P8 and P9

圖2 P7測壓孔孔內(nèi)水位變化過程線Fig.2 Curve of water levels in measuring pressure hole P7

（2）通過計(jì)算閘基滲透壓力折減系數(shù)發(fā)現(xiàn)，P1，P3，P4，P11，P14，P15，P16和P18測壓孔所示滲透壓力折減系數(shù)均較小，滿足設(shè)計(jì)要求；而P7，P8，P9測壓孔所示滲透壓力折減系數(shù)普遍偏高，不滿足設(shè)計(jì)要求；P7測壓孔還出現(xiàn)滲透壓力折減系數(shù)大于1的極不合理現(xiàn)象。

從測壓孔孔內(nèi)水位變化過程和閘基滲透壓力折減系數(shù)來看，華安閘壩P7，P8和P9測壓孔實(shí)測揚(yáng)壓力性態(tài)異常。

2.2 閘基揚(yáng)壓力異常原因分析

2.2.1 P7測壓孔揚(yáng)壓力異常原因分析

P7測壓孔孔內(nèi)水位出現(xiàn)異常的主要原因在于測壓孔孔底出現(xiàn)了淤堵。如圖2，由于孔底淤堵，導(dǎo)致1989年1月至1991年11月間孔內(nèi)水位持續(xù)偏高；1991年11月底對(duì)P7測壓孔進(jìn)行了抽水處理（但未清淤），因此1991年12月孔內(nèi)水位突降；此后水位緩慢上升，1992年7月5日至7月8日壩址連續(xù)4天出現(xiàn)較大降雨，閘墩頂部雨水流入管內(nèi)，而管底仍被淤堵，排泄不暢，致使1992年7月孔內(nèi)水位突升，并導(dǎo)致此后孔內(nèi)水位持續(xù)保持特殊高水位的假象（也因此導(dǎo)致出現(xiàn)滲透壓力折減系數(shù)大于1的極不合理現(xiàn)象）；1998年6月對(duì)P7孔再次進(jìn)行了抽水和清淤處理，因此孔內(nèi)水位出現(xiàn)了突降，此后水位維持在85 m附近正常變化。

2.2.2 P8，P9測壓孔揚(yáng)壓力異常原因分析

為分析P8和P9測壓孔揚(yáng)壓力性態(tài)異常的原因，分別建立其孔內(nèi)水位監(jiān)測統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)行定量分析。

在運(yùn)行期內(nèi)，影響壩基揚(yáng)壓力變化的因素主要有水壓（包括上游水壓、下游水壓）、降雨和時(shí)效等。在建立閘基揚(yáng)壓力（測壓孔孔內(nèi)水位）統(tǒng)計(jì)模型時(shí)，取6個(gè)代表性上游水壓因子，6個(gè)代表性降雨因子和4個(gè)代表性時(shí)效因子［1，2］。

P8，P9揚(yáng)壓力統(tǒng)計(jì)模型見式（1）和式（2），擬合情況見表1。

表1 華安閘壩閘基P8，P9揚(yáng)壓力測壓孔孔內(nèi)水位統(tǒng)計(jì)模型擬合情況表Table 1 Simulated results obtained by statisticalmodel of water level in measuring pressure holes P8 and P9

P8，P9揚(yáng)壓力統(tǒng)計(jì)模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R分別為0.781和0.864，均大于0.75，表明所建立的統(tǒng)計(jì)模型基本上是合理的，能反映出閘基揚(yáng)壓力的變化規(guī)律。統(tǒng)計(jì)模型表明：

（1）從水壓分量比重來看，P8，P9統(tǒng)計(jì)模型中均有水壓因子入選。P8統(tǒng)計(jì)模型中，水壓分量所占比重達(dá)73%；P9統(tǒng)計(jì)模型中，水壓分量所占比重約52%。這說明P8，P9兩測壓孔水位變化與上游水位變化關(guān)系十分密切。

（2）從水壓分量因子回歸系數(shù)來看，P8，P9統(tǒng)計(jì)模型中入選的水壓因子回歸系數(shù)均為正值。這表明上游水庫水位上升，測壓孔水位也上升；上游水庫水位下降，測壓孔水位也隨之下降。

（3）從水壓分量因子形式來看，P8統(tǒng)計(jì)模型中，入選的水壓因子為H0－1和H31－60，其中因子H0－1回歸系數(shù)明顯大于H31－60；P9統(tǒng)計(jì)模型中，入選的水壓因子為H1－4和H31－60，其中因子H1－4回歸系數(shù)也大于H31－60。這說明P8，P9測壓管水位對(duì)觀測日當(dāng)日的上游水位及近期上游水位的變化很敏感，關(guān)系密切。

（4）從水壓分量變化過程來看，P8統(tǒng)計(jì)模型水壓分量變化過程線與水庫水位變化相似，特別是在水庫放空時(shí)對(duì)上游水位變化更加敏感（因?yàn)榇藭r(shí)水庫水位變化較大），例如1990年、1992年、1994年、1996年以及1999年水庫放空時(shí)，P8統(tǒng)計(jì)模型水壓分量均存在大幅度下降，而且時(shí)間上也基本同步。P9統(tǒng)計(jì)模型水壓分量變化曲線也與上游水位變化相似，對(duì)水庫放空也很敏感。這進(jìn)一步表明P8，P9測壓管孔內(nèi)水位變化與上游水位變化關(guān)系密切。

綜上所述，P8和P9測壓孔水位長期異常偏高的主要原因在于測壓孔水位與上游水位密切相關(guān)，而造成這一密切相關(guān)性的原因主要有2個(gè)方面：①8，9號(hào)閘壩段部位的防滲帷幕效果可能已被削弱，閘基存在滲流通道，導(dǎo)致測壓孔內(nèi)水位偏高；②砌石壩體與測壓孔之間可能存在滲流通道，上游庫水通過滲流通道沿不密實(shí)的測壓孔套管外壁進(jìn)入測壓孔，導(dǎo)致測壓孔孔內(nèi)水位偏高。

3 第二階段閘基揚(yáng)壓力性態(tài)分析

鑒于以上對(duì)1989－1999年閘基揚(yáng)壓力監(jiān)測資料的分析，初步判斷P7測壓孔已淤堵，P8，P9測壓孔部位防滲帷幕可能已削弱或壩體可能存在滲流通道。為此，華安水力發(fā)電廠于2000年對(duì)閘體進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)灌漿，對(duì)基巖進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿。

2001年5－6月，對(duì)閘基揚(yáng)壓力測壓孔進(jìn)行了改造，設(shè)置了新的揚(yáng)壓力測壓孔。新測壓孔位于老測壓孔旁，對(duì)老測壓孔進(jìn)行M15砂漿回填封堵后，在老測壓孔下游側(cè)15 cm處重新鉆孔，形成新測壓孔。新孔鉆孔至基巖下500 mm，鉆孔內(nèi)安裝直徑80 mm鍍鋅鋼套管，套管直到閘墩底部，距測壓孔底200 mm，套管與墩壁之間進(jìn)行灌漿處理。

3.1 新測壓孔初期揚(yáng)壓力異常情況

新測壓孔于2001年7月投入監(jiān)測。初期的監(jiān)測資料表明，部分新測壓孔實(shí)測揚(yáng)壓力出現(xiàn)異常，主要表現(xiàn)為：

（1）P7，P8，P9新測壓孔孔內(nèi)平均水位雖然均低于老測壓孔，但依然處于偏高狀態(tài)；P1新測壓孔孔內(nèi)水位則高于老測壓孔，且明顯偏高。

（2）從新測壓孔滲透壓力折減系數(shù)來看，P8，P9測壓孔的滲透壓力折減系數(shù)依然偏高，不滿足設(shè)計(jì)要求；P1測壓孔部分時(shí)段滲透壓力折減系數(shù)也出現(xiàn)偏高，不滿足設(shè)計(jì)要求；P7觀測孔在施工完成初期，滲透壓力折減系數(shù)較小，但之后持續(xù)上升，至2002年1月，折減系數(shù)已接近或大于設(shè)計(jì)限值。

由上可見，P1，P7，P8，P9新測壓孔孔內(nèi)水位處于異常狀態(tài)。

3.2 新測壓孔揚(yáng)壓力異常原因分析

由于華安閘壩剛完成補(bǔ)強(qiáng)加固改造，且測壓孔為新完成的孔，此時(shí)即出現(xiàn)上述壩基揚(yáng)壓力異常的情況，應(yīng)引起高度重視。從華安閘壩的實(shí)際情況來看，造成P1，P7，P8，P9四個(gè)新測壓孔揚(yáng)壓力異常的可能原因大體有2個(gè)方面：一是閘壩進(jìn)行的補(bǔ)強(qiáng)加固措施不力，沒有達(dá)到預(yù)期效果，P1，P7，P8，P9測壓孔部位的防滲帷幕效果依然較差，閘基依然存在滲流通道，從而導(dǎo)致?lián)P壓力異常偏高；二是新測壓孔施工質(zhì)量欠佳，測壓孔套管外壁回填灌漿不密實(shí)，而閘壩上游面與測壓孔之間又存在滲流通道，上游庫水通過滲流通道進(jìn)入測壓孔，導(dǎo)致?lián)P壓力異常偏高。

3.2.1 補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿效果分析

華安閘壩在完成閘體補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)灌漿和基巖補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿后，為檢查固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的效果，進(jìn)行了檢查孔壓水試驗(yàn)。分別在3＃，9＃，11＃，14＃，15＃，18＃和19＃閘壩段各打一個(gè)檢查孔，各檢查孔均鉆至帷幕底部高程。在進(jìn)行試驗(yàn)的34個(gè)試段中，透水率ω值均小于0.016 L／min·m·m，其中30個(gè)試段的ω值小于0.01 L／min·m·m，符合設(shè)計(jì)規(guī)定的ω值小于0.03 L／min·m·m的標(biāo)準(zhǔn)。通過與補(bǔ)強(qiáng)灌漿前相同部位的壓水試驗(yàn)值進(jìn)行比較，補(bǔ)強(qiáng)灌漿后透水率ω值均有不同程度的降低。因此，從檢查孔的試驗(yàn)結(jié)果來看，帷幕灌漿的效果是良好的。對(duì)1＃閘壩段，老測壓孔實(shí)測揚(yáng)壓力一直較小，而此次對(duì)1＃閘壩段部位又進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)帷幕灌漿，補(bǔ)強(qiáng)后1＃閘壩段帷幕的防滲效果應(yīng)比補(bǔ)強(qiáng)前好。因此，可以認(rèn)為，華安閘壩補(bǔ)強(qiáng)加固的效果是好的，P1，P7，P8，P9新測壓孔揚(yáng)壓力異常不是由于帷幕防滲效果引起的。

3.2.2 新孔施工工藝分析

對(duì)新測壓孔施工過程和施工工藝進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)部分新測壓孔在進(jìn)行回填灌漿時(shí)存在問題。例如，P1新測壓孔于2001年6月17日進(jìn)行套管安裝、灌漿，在灌漿過程中，泥漿泵多次受阻，經(jīng)多次沖洗灌漿管和泥漿泵，才完成灌漿；所采用的粉煤灰進(jìn)場較早，存在受潮結(jié)塊現(xiàn)象；在灌漿過程中，孔口缺乏封堵，影響了灌漿效果。同時(shí)，在套管安裝過程中，還出現(xiàn)了掉管。其他P7，P8，P9新?lián)P壓力觀測孔在施工過程中，也存在類似的情況。

綜合上述情況，新測壓孔很可能施工質(zhì)量欠佳，測壓孔套管外壁與孔壁之間的回填灌漿不密實(shí)，而華安閘壩90～94 m高程壩體為漿砌條石，上游庫水很可能通過漿砌條石的砌縫（灰縫）滲入，然后沿套管外壁與孔壁之間的不密實(shí)的回填水泥沙漿滲入測壓孔底部，并涌入揚(yáng)壓力測壓孔，從而導(dǎo)致孔內(nèi)水位偏高，實(shí)測揚(yáng)壓力出現(xiàn)異常。

3.2.3 P1，P7，P8，P9新孔修復(fù)處理分析

華安水力發(fā)電廠對(duì)上述問題十分重視，曾多次要求施工單位對(duì)P1，P7，P8，P9四個(gè)新測壓孔進(jìn)行處理。施工單位也多次對(duì)這幾個(gè)測壓孔進(jìn)行了補(bǔ)充灌漿，但效果仍不理想。2002年6月，再次對(duì)P1，P7，P8，P9四個(gè)新測壓孔進(jìn)行補(bǔ)充灌漿處理，處理方法為在P1，P7，P8，P9四個(gè)新測壓孔附近位置（左右0.2 m）重新再鉆新的灌漿孔進(jìn)行灌漿。灌漿處理完成后，進(jìn)一步加強(qiáng)測壓孔揚(yáng)壓力跟蹤監(jiān)測。

截止2008年12月的長期觀測資料顯示，修復(fù)后的P1，P7，P8，P9新測壓孔實(shí)測揚(yáng)壓力正常，滲壓折減系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

修復(fù)后的P1，P7，P8，P9新測壓孔實(shí)測揚(yáng)壓力正常的事實(shí)也間接表明：修復(fù)前的P1，P7，P8，P9新測壓孔孔內(nèi)水位偏高的原因在于施工質(zhì)量不佳。

4 結(jié) 語

閘基揚(yáng)壓力觀測的目的在于判斷滲透壓力折減系數(shù)是否符合規(guī)范的要求或設(shè)計(jì)的規(guī)定，從而判斷閘基防滲帷幕工作性態(tài)是否正常。揚(yáng)壓力測值異常，并不代表防滲帷幕工作不正常。因其他原因而非防滲帷幕原因造成的揚(yáng)壓力異?，F(xiàn)象，稱為揚(yáng)壓力“偽異?！爆F(xiàn)象。只有在完全排除了“偽異?！爆F(xiàn)象之后，才能得出防滲帷幕存在問題的結(jié)論。

閘基揚(yáng)壓力測值一旦出現(xiàn)異常，應(yīng)遵循以下原則來排除“偽異?！爆F(xiàn)象：

（1）判斷是否屬于因觀測方法不當(dāng)或觀測記錄有誤而帶來的“偽異?！?。觀測方法長期不當(dāng)，將會(huì)帶來嚴(yán)重的系統(tǒng)誤差；觀測記錄錯(cuò)誤，則會(huì)帶來粗差。

（2）判斷是否屬于測壓孔本身工作不正常而帶來的“偽異?！?。例如，測壓孔淤堵致使孔內(nèi)水位長期異常偏高是造成揚(yáng)壓力異常假象的主要原因之一，一旦出現(xiàn)測壓孔水位長期居高，應(yīng)及時(shí)對(duì)測壓孔進(jìn)行清淤，并進(jìn)行加密觀測，分析清淤后測壓孔孔內(nèi)水位的變化情況，從而判斷是否屬于因測壓孔淤堵而帶來的“偽異?！?。此外，測壓孔施工質(zhì)量也是判斷測壓孔本身工作是否正常的一個(gè)重要方面。

（3）判斷是否屬于與測壓孔連通的外來滲流通道帶來的“偽異常”。以華安閘壩為例，由于其壩體為砌石結(jié)構(gòu)，壩體上游面與測壓孔之間存在沿砌縫（灰縫）的滲流通道，上游庫水通過滲流通道沿不密實(shí)的測壓孔套管外壁進(jìn)入測壓孔，導(dǎo)致孔內(nèi)水位偏高，造成閘基揚(yáng)壓力測值偏高的“偽異?！薄?/p>

（4）一旦排除了“偽異?！爆F(xiàn)象，則應(yīng)從更廣泛的角度、采取更多的分析方法來診斷防滲帷幕是否存在缺陷；一旦確診防滲帷幕存在問題，應(yīng)立即采取工程措施和非工程措施進(jìn)行處理，確保工程安全。

華安閘壩老測壓孔觀測資料顯示，P7，P8，P9測壓孔水位異常；新測壓孔觀測資料顯示，P1，P7，P8，P9測壓孔水位異常；修復(fù)后的新測壓孔觀測資料顯示，各測壓孔水位均正常。本文從數(shù)據(jù)序列過程、環(huán)境變量影響、加固改造狀況、結(jié)構(gòu)性態(tài)變化以及施工工藝技術(shù)等角度出發(fā)，采用定性和定量分析方法，對(duì)華安閘壩部分測壓孔異常水位的成因進(jìn)行了較為詳細(xì)、深入的多方位研究，得出合理的結(jié)論。華安閘壩閘基揚(yáng)壓力測壓孔水位上述異常現(xiàn)象具有很好的代表性，不僅反映了因環(huán)境變化、結(jié)構(gòu)變異、防滲措施等因素引起的孔內(nèi)水位異常，而且反映了因施工質(zhì)量原因造成的孔內(nèi)水位異常。本文的研究思路和研究結(jié)論對(duì)于其他大壩揚(yáng)壓力觀測資料分析和大壩安全評(píng)價(jià)具有良好的借鑒作用。

［1］ 李珍照.大壩安全監(jiān)測［M］.北京：中國電力出版社，1997.（Li Zhen-zhao.Dam Safety Monitoring［M］.Bei-jing：China Electric Power Press，1997.（in Chinese））

［2］ 吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2003.（WU Zhong-ru.Safety Moni-toring Theory＆Its Application of Hydraulic Structures［M］.Beijing：Higher Education Press，2003.（in Chi-nese））

［3］ 呂世德，陳浩然.嶂山閘閘基滲流異常現(xiàn)象初步分析［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2004，28（2）：57－59.（LU Shi-de，CHEN Hao-ran.Analysis of seepage abnormally of Zhangshan Gate Base［J］.Hydropower Automation and Dam Monitoring，2004，28（2）：57－59.（in Chinese））

［4］ KREUZER H.Uncertainty in the assessment of failure probabilities［J］.International Journal on Hydropower and Dams，2003，10（6）：98－101.

（編輯：王 慰）

Abnormal Behavior Analyses of Foundation Uplift of Huaan Sluice

HE Jin-ping，SHIYu-qun，WU Yun-fang
（State Key Laboratory ofWater Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China；School ofWater Resources and Hydropower，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

The foundation uplift behavior of sluice is an important index reflecting safety of a sluice.By analysis of quality and quantity，the abnormal reasons are studied of partial old and new piezometric holes located in the Huaan Sluice，themethod to judge false abnormality phenomena is analyzed.The research result indicates that abnormal water levels are due to the following conditions：the P7 old piezometric holewas silted up，the impervious curtain in front of P8 and P9 old piezometric holeswasweakened or there are some seepage channels between upstream face of sluice and these holes，and construction quality of P1，P7，P8，P9 new piezometric holes was not good enough.These abnormal water levels of piezometric holes not only reflect the environmental，structural and seepage control variation，but alsomirror the construction quality.

dam safety；upliftmonitoring；behavior analysis；mathematicalmodel

TV698

A

1001－5485（2010）03－0025－04

2009-04-15；

2009-06-11

何金平（1964-），男，湖北羅田人，博士，副教授，主要從事大壩安全監(jiān)測與老化病害診斷研究，（電話）027-68772221（電子信箱）whuhjp＠163.com