某水利樞紐工程震后監(jiān)測資料分析及震后安全評(píng)價(jià)

王迎春，張子鳳

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，830000，烏魯木齊）

某水利樞紐工程位于強(qiáng)震區(qū)，其大壩工程為百米高土壩，同時(shí)具有高壩大庫的特點(diǎn)。大壩為黏土心墻堆石壩，心墻土料采用風(fēng)積黃土，抗沖蝕性能和適應(yīng)變形能力相對(duì)較弱，鑒于工程的特殊性和重要性，大壩內(nèi)布置了較為全面的監(jiān)測項(xiàng)目。工程于2001年開工建設(shè)，2005年完建。2007年7月20日18時(shí)06分53.0秒 （北京時(shí)間）工程壩址附近發(fā)生里氏5.7級(jí)地震，震源深度為9.7 km，震中距大壩壩址約47 km，工程區(qū)震感強(qiáng)烈，震中附近村莊由于房屋倒塌和破壞造成5 074戶約1.9萬人失去住所，災(zāi)區(qū)戶數(shù)共30 311戶，災(zāi)區(qū)人口約115 845人，地震未造成人員傷亡。經(jīng)過地震現(xiàn)場災(zāi)害損失評(píng)估，此次地震直接經(jīng)濟(jì)損失為11 060.33萬元。這是工程建設(shè)以來所經(jīng)歷的最大一次地震。震后樞紐管理單位立即組織對(duì)工程進(jìn)行了外觀檢查和安全監(jiān)測。

一、強(qiáng)震數(shù)據(jù)處理

由于工程處于強(qiáng)震區(qū)，大壩地震設(shè)防烈度為Ⅸ度，因此，地震監(jiān)測也是工程的一項(xiàng)重要監(jiān)測內(nèi)容。樞紐四周設(shè)四個(gè)地震監(jiān)測臺(tái)，并在大壩壩頂和壩后坡安裝了強(qiáng)震儀進(jìn)行地震監(jiān)測。地震時(shí)捕捉到的加速度過程見圖1，絕對(duì)加速度反應(yīng)譜見圖2。

根據(jù)圖1、圖 2綜合分析：峰值加速度 123.371gal，持時(shí) 9.9sec，卓越頻率2.03Hz，三要素判定為Ⅶ度；反 應(yīng) 譜 值 （gal）8Hz-401.378，5Hz-348.902，2Hz-127.36，1Hz-15.2678，反應(yīng)譜判定為Ⅶ度；參考烈度值一次方加權(quán)為Ⅵ度，參考烈度值二次方加權(quán)為Ⅵ度；根據(jù)地震專業(yè)人員現(xiàn)場的科學(xué)考察，最終確定工程區(qū)位于Ⅵ度區(qū)。

二、震后樞紐工程外觀檢查

地震發(fā)生后，樞紐管理單位立即組織有關(guān)工作人員對(duì)庫、壩區(qū)水工建筑物及發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了巡視檢查，重點(diǎn)對(duì)大壩工程、聯(lián)合進(jìn)水口、發(fā)電廠房進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)壩體裂縫、大壩上下游滑坡、塌坑等異?，F(xiàn)象，水庫水面、壩基滲流未見異常。泄洪洞、溢洪洞、排沙洞未發(fā)現(xiàn)裂縫、坍塌等，其主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，閘門啟閉設(shè)備運(yùn)行正常。觀察發(fā)現(xiàn)上游庫岸部分地段有少量坍塌、滑坡等現(xiàn)象，下游河道內(nèi)未見坍岸、滑坡、淤積等現(xiàn)象。

三、震前震后工程安全監(jiān)測資料分析

1.大壩監(jiān)測布置情況

該水利樞紐工程大壩為心墻堆石壩，心墻土料為風(fēng)積黃土，屬粉質(zhì)壤土，土體抗沖蝕能力低。根據(jù)壩體設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及監(jiān)測設(shè)計(jì)原則，壩體內(nèi)外布置了變形、滲流、土壓力、體應(yīng)變等監(jiān)測項(xiàng)目，主要布置于0+060 m、0+123.5 m、0+175 m、0+223 m、0+270 m五大典型斷面，其中0+175 m斷面為主監(jiān)測斷面，具體布置見圖3。

2.內(nèi)部外部變形監(jiān)測

（1）內(nèi)部變形監(jiān)測

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測包括心墻內(nèi)部的沉降和水平位移，在選定的五大典型斷面上分別布置有沉降及測斜管監(jiān)測內(nèi)部變形情況。五斷面沉降及測斜震前震后測值穩(wěn)定，僅大壩主監(jiān)測斷面990 m高程壩內(nèi)心墻測點(diǎn)向下游位移 0.01 m，21日 0：30恢復(fù)震前測值。

（2）外部（表面）變形監(jiān)測

在壩頂平行壩軸線的上、下游各布置一條監(jiān)測縱斷面，下游壩坡布置三條監(jiān)測縱斷面，監(jiān)測壩體表面變形。三條監(jiān)測斷面震前震后測值穩(wěn)定，無異常突變。

3.大壩滲壓監(jiān)測

（1）大壩帷幕前后滲壓監(jiān)測

震前帷幕前后各斷面滲壓水位表現(xiàn)于左岸斷面大于河床斷面，河床斷面大于右岸斷面（0+123.5 m＞0+175 m＞0+223 m）的趨勢(shì)，與庫水位相關(guān)性較好，帷幕前滲壓水位與庫水位存在5～30 m水頭差，帷幕后滲壓水位與庫水位存在30～49 m水頭差；震后帷幕前后各斷面滲壓水位保持了震前的變化趨勢(shì)和水頭差，未見異常突變。

（2）大壩心墻內(nèi)滲壓監(jiān)測

心墻內(nèi)滲壓主要采用滲壓計(jì)和測壓管監(jiān)測壩體滲壓情況。監(jiān)測分析震前震后心墻內(nèi)滲壓計(jì)監(jiān)測水位平穩(wěn)，最大變幅0.02 m，無異常突變，變化過程見圖4；震前震后測壓管監(jiān)測滲壓水位總體呈上升趨勢(shì)，且震后上升速率大于震前，震后水位上升0.29 m，變化過程見圖5。

（3）異常分析

心墻測壓管UP1震后測值上升0.29 m，震前上升速率為0.13 m/d，震后上升速率為0.18 m/d，至7月24日上升速率增加至0.33 m/d，7月25日上升速率開始下降并恢復(fù)到0.15 m/d。通過長序列數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)測壓管UP1震前震后測值變化曲線光滑，未見明顯突變點(diǎn)，說明此次地震對(duì)心墻內(nèi)滲壓水位的影響已恢復(fù)正常。

（4）大壩壩殼料內(nèi)滲壓監(jiān)測

主要采用滲壓計(jì)和測壓管監(jiān)測壩殼滲壓情況，震前大壩壩殼料滲壓水位平穩(wěn)，地震當(dāng)天滲壓計(jì)監(jiān)測滲壓水位均降低0.04～0.08 m，震后一周內(nèi)恢復(fù)到震前水平，具體測值見表3；測壓管監(jiān)測水位平穩(wěn)，未見上升和下降的趨勢(shì)。

4.大壩土壓力監(jiān)測

（1）土壓監(jiān)測

0+175 m河床監(jiān)測斷面各測點(diǎn)土壓力計(jì)震前震后測值穩(wěn)定，未見異常突變。0+270 m斷面、0+223 m斷面、0+060 m斷面左右岸測壓方向土壓力計(jì)震前測值穩(wěn)定，震后呈緩慢增加的趨勢(shì) （0.01MPa/13d）， 其他測壓方向（上下游方向及垂直方向）未見異常變化。

（2）異常分析

大壩兩岸三斷面（0+270 m斷面、0+223 m斷面、0+060 m斷面）土壓力計(jì)左右岸方向土壓力計(jì)震前震后測值長序列分析，發(fā)現(xiàn)震后該方向土壓力增加的幅度較小，且歷年同期該方向土壓力測值隨水庫水位的上升也存在緩慢增加的趨勢(shì)，說明大壩兩岸三斷面左右岸方向土壓力計(jì)震后呈現(xiàn)的小幅增長趨勢(shì)與本次發(fā)生在工程附近的5.7級(jí)地震關(guān)系甚微。

5.繞壩滲流監(jiān)測

（1）左岸繞滲監(jiān)測

左岸 UP5、UP6、UP7、UP8 四測壓管震前總體呈穩(wěn)定趨勢(shì)，震后UP5、UP8均顯突升，突升0.01～0.02 m，震后1日內(nèi)恢復(fù)震前水平；UP6震后呈緩降趨勢(shì)；UP7震前震后穩(wěn)定。

（2）右岸繞滲監(jiān)測

右岸 UP8、UP9、UP10、UP11 四測壓管變化各不同。UP9震前呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，但震后呈快速下降趨勢(shì)，震后1日水位下降2.48 m；UP10震前呈緩升趨勢(shì)，震后趨于穩(wěn)定；UP11震前呈緩升趨勢(shì)，震后趨于緩降；UP12震前震后均呈緩降趨勢(shì)。

（3）異常分析監(jiān)測

綜 上 所 述 UP5、UP8、UP9 三 測壓管震前震后存在相對(duì)異常變幅，將三測壓管2006至2008年三年測值進(jìn)行長序列分析。UP5在939.10～939.70 m之間波動(dòng)，與庫水位存在一定的相關(guān)性，變幅為0.60 m，見圖6；UP8在914.61～915.37 m之間波動(dòng)，變幅為0.76 m，與庫水位無明顯的相關(guān)性，但受左岸邊坡地下水位及降雨等的影響，年內(nèi)變化呈現(xiàn)波動(dòng)性，見圖7；UP9 在 941.26～956.95 m 之間波動(dòng)，變幅為15.69 m，與庫水位存在一定的相關(guān)性，與UP8相似，同樣存在受右岸邊坡地下水位及降雨等的影響，年內(nèi)變化呈波動(dòng)性，見圖8。因此可以判斷UP-05震后呈現(xiàn)的測值突升現(xiàn)象一方面與庫水位的上升存在一定相關(guān)性，同時(shí)也在一定程度上表現(xiàn)了震后大壩左岸地下水位的規(guī)律；UP-08、UP-09在震后出現(xiàn)的測值異常，主要是受岸坡地下水位及降雨等的影響，也反映了岸坡地下水位的變化規(guī)律。

表3 大壩壩殼料滲壓水位監(jiān)測表 單位：m

四、震后工程安全評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場巡視檢查和震前震后安全監(jiān)測資料的綜合分析，得出以下結(jié)論：

從現(xiàn)場檢查情況看，震后大壩壩體、引泄水建筑物、發(fā)電廠房未出現(xiàn)裂縫，各建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全，閘門啟閉設(shè)備運(yùn)行正常。

大壩內(nèi)部、表面變形不大，水平位移量小，豎向位移總體表現(xiàn)為沉降，震前震后無較大突變，符合大壩變形一般規(guī)律；大壩土壓力上下游方向和垂直方向測值穩(wěn)定，震前震后無明顯變化，左右岸方向土壓力震后出現(xiàn)小幅增加趨勢(shì)，但變化規(guī)律與同期相似，說明大壩土壓力受地震影響較??；大壩帷幕前后、心墻及壩殼料內(nèi)滲壓受地震影響滲壓測值出現(xiàn)不同變幅異常，但在震后較短時(shí)間內(nèi)均恢復(fù)了正常，且總趨勢(shì)符合滲壓水位長期變化規(guī)律，從測值長序列分析可以判定大壩滲透處于穩(wěn)定狀態(tài)；大壩左右岸繞壩滲流主要受上游水位、邊坡地下水位及降雨等的影響，在震后呈現(xiàn)短時(shí)異常變幅，但不同部位滲流主導(dǎo)因素不同，從一定程度上反映了震前震后岸坡地下水位的變化規(guī)律，大壩壩體及左右岸滲流變化符合一般規(guī)律，總體是穩(wěn)定的?？傮w而言，“7·20”地震對(duì)工程產(chǎn)生了一定的影響，但由于工程設(shè)防烈度高，沒有對(duì)工程造成實(shí)質(zhì)性危害，工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。