沙畈水庫除險加固工程安全監(jiān)測資料分析

盛小平，魏海云，徐 剛，趙震波

（1.金華市九峰水庫管理處，浙江 金華 3 2 1 0 7 5；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

沙畈水庫除險加固工程安全監(jiān)測資料分析

盛小平1，魏海云2，徐 剛2，趙震波2

（1.金華市九峰水庫管理處，浙江 金華 3 2 1 0 7 5；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

通過沙畈水庫大壩接縫、壩基揚壓力和滲漏量觀測資料分析，評價大壩除險加固效果。監(jiān)測資料分析表明，壩體接縫開合度較小，壩頂接縫開合度受氣溫影響大，隨氣溫降低而增大，隨氣溫升高而減??；壩基揚壓力系數，在正常范圍內，加固后河床壩段U2 ～ U5揚壓力系數有所下降；加固改造后，滲漏量介于0.09 ～1.31 L·S-1，在正常范圍內；高水位時（即270.06 ～ 272.05 m），滲漏量介于0.25 ～ 0.77 L·S-1。

重力壩；壩體接縫；壩基揚壓力；滲漏量；回歸分析

1 問題提出

沙畈水庫位于錢塘江水系金華江支流白沙溪上，距離沙畈鄉(xiāng)政府4.5 km，距金華市區(qū)約50.0 km。壩址以上集水面積131 km2，總庫容8 555萬m3，電站裝機容量2×5 000 kW，屬Ⅲ等工程，是一座以灌溉、供水為主，結合發(fā)電、防洪等綜合利用的中型水利工程。本工程樞紐建筑物主要由攔河大壩、泄洪閘、輸水隧洞和水電站等建筑物組成。攔河壩壩型為細骨料混凝土砌石重力壩，壩頂總長度237.5 m，壩頂寬6.0 m。

沙畈水庫工程于1992年6月動工興建，2001年1月竣工。2012年經大壩安全鑒定，等級為二類壩。安全鑒定發(fā)現：大壩2#壩段U2測孔、3#壩段U3測孔揚壓力有所升高，而且還有繼續(xù)升高的趨勢，揚壓力系數偏高，2#、3#壩段壩基防滲帷幕局部存在缺陷。為保障工程正常安全運行，沙畈水庫需進行除險加固。沙畈水庫除險加固工程主要設置大壩表面位移、橫縫開合度、揚壓力、滲漏量、繞壩滲流、環(huán)境量、水位等觀測項目，除了大壩表面位移，其余監(jiān)測項目均實現自動化監(jiān)測[1]。本文著重介紹重力壩的橫縫開合度、壩基揚壓力和滲漏量觀測資料分析，以評價大壩加固效果。

2 主要監(jiān)測儀器布置

2.1 橫縫開合度監(jiān)測

在現有21個測縫儀旁，安裝埋設21支單向振弦式測縫計，實現大壩橫縫開合度的自動化監(jiān)測，具體布置見表1。

表1 測縫計布置表

2.2 壩基揚壓力監(jiān)測

本工程布置了13支揚壓力測壓管，位于基礎灌漿廊道和橫向檢查廊道，測壓管內各置1支滲壓計，具體布置見表2。

表2 壩基揚壓力滲壓計布置表

2.3 滲流量監(jiān)測

廊道排水溝內布設6套量水堰，其中LS1 ～ LS4量水堰池內各安裝1套精密量水堰計，以實現滲流量自動化監(jiān)測。滲流量綜合反映壩基灌漿帷幕的防滲效果。

3 橫縫監(jiān)測資料分析

3.1 橫縫變形分析

壩體接縫開合度特征值表見表3，壩體接縫開合度過程線見圖1。

從表3和圖1中可以看出，壩頂接縫開合度介于 - 2.1 ～5.9 mm、最大值位于壩頂F9處，基礎灌漿廊道接縫開合度介于 - 0.2 ～ 1.2 mm，橫向檢查廊道接縫開合度介于 - 0.3 ～1.3 mm。壩頂接縫開合度變化幅度相對較大，并隨氣溫降低而增大，隨氣溫升高而減??；灌漿廊道和檢查廊道接縫開合度比較穩(wěn)定。

圖1 壩體接縫開合度過程線圖

表3 壩體接縫開合度特征值表 mm

3.2 橫縫變形回歸分析

壩體接縫開合度的實測資料表明，其主要受水壓、溫度以及時效特性等影響。

式中：K為接縫開合度，KH為由水壓因素引起的接縫開合度分量，KT為由溫度因素引起的接縫開合度分量，Kθ為由時效因素引起的接縫開合度分量，各參數單位為mm。

壩體接縫開合度統(tǒng)計模型可進一步表述為[2]：

式中：ai為上游水深的回歸系數(mm·m-1)，H為上游水深(m)；bi為壩體混凝土溫度的回歸系數(mm·℃-1)；T1、T2、T3、T4、T5、T6為觀測日當天、前1天、前2天、前3 ～ 4天、前5 ～ 15天、前16 ～ 30天的壩體混凝土平均溫度(℃)；θ為蓄水初期或起測日開始的天數除以100，a0為常數項(mm)，c1、c2為時效分量的回歸系數(mm·d-1)。

基于上述統(tǒng)計回歸模型，表4給出了壩體接縫開合度統(tǒng)計模型的回歸系數，壩體接縫開合度過程線擬合見圖2。

從表4和圖2中可看出，接縫開合度與混凝土溫度及時效特性等因素相關性較好，相關系數R為0.920 ～ 0.950，均大于0.850；上游水深的回歸系數ai= 0，壩體混凝土溫度的回歸系數綜合為負值，時效分量的回歸系數綜合為零或負值，目前時效分量為 - 0.22 ～ 0.00 mm；表明壩體接縫開合度主要受混凝土溫度影響，隨溫度降低而增大，隨溫度升高而減小，目前接縫開合度呈緩慢減小趨勢。

表4 壩體接縫開合度統(tǒng)計模型的回歸系數表

圖2 壩體接縫開合度過程線擬合圖

4 壩基揚壓力分析

壩基測壓管水位及揚壓力系數特征值見表5 ～ 7。表5 ～7給出了大壩加固改造前后壩基揚壓力系數的比較結果。

考慮到大壩右岸U8等壩基揚壓力受山體來水影響較大，水庫正常蓄水位為270.06 m，壩基揚壓力系數分析時選擇庫水位270.06 m作為特征點，重點分析庫水位高于270.06 m時壩基揚壓力系數，以削弱壩岸山體來水對揚壓力系數分析的干擾。

表5 壩基測壓管水位及揚壓力系數（灌漿廊道）表

表6壩基測壓管水位及揚壓力系數（橫向廊道）表

表7 加固前后壩基揚壓力系數比較表

從表5和表6可以看出，2014年1月20日至2016年11月22日，庫水位介于251.14 ～ 272.05 m，岸坡壩段U1、U7揚壓力系數低于0.35，河床壩段U2 ～ U5和揚1 ～揚5揚壓力系數均低于0.21，符合規(guī)范要求；岸坡壩段起始端U6揚壓力系數為0.22 ～ 0.33，在正常范圍內。庫水位較低時，大壩右岸U8測壓管水位長期接近或高于庫水位，揚壓力系數偏大，最大值為0.85，主要是靠近壩肩的壩基揚壓力受岸坡山體來水影響較大[3]。庫水位高于270.06 m時，岸坡壩段U1、U7揚壓力系數不高于0.17，河床壩段U2 ～ U5和揚1 ～ 揚5揚壓力系數均不高于0.17，岸坡壩段起始端U6揚壓力系數為0.24 ～ 0.28，U8揚壓力系數不高于0.38。由此可知，庫水位處于高水位時壩基揚壓力系數明顯降低。

從表7中可看出，在庫水位267.40 m附近，大壩加固改造前，2013年7月1日U2、U3、U4、U5揚壓力系數分別為0.33、0.28、0.15、0.26；加固改造后，2014年7月30日對應揚壓力系數分別為0.14、0.14、0.09、0.11，2015年8月17日對應揚壓力系數分別為0.16、0.14、0.10、0.13，2016年9月28日對應揚壓力系數分別為0.15、0.14、0.11、0.14。表明大壩經加固改造后河床壩段U2 ～ U5部位壩基揚壓力系數有所下降。

5 大壩滲漏量分析

5.1 滲漏量分析

大壩滲漏量觀測結果見圖3。圖4給出高水位時（即270.06 ～ 272.05 m）大壩的滲漏量。由圖3和圖4可知，大壩經加固改造后至2017年，庫水位介于251.14 ～ 272.05 m時，總滲漏量介于0.09 ～ 1.31 L·s-1，在正常范圍內；庫水位處于高水位時（即270.06 ～ 272.05 m），總滲漏量介于0.25 ～ 0.77 L·s-1。

圖3 大壩滲漏量過程線（庫水位2 5 1.1 4 ~ 2 7 2.0 5 m）圖

圖4 大壩滲漏量過程線（庫水位2 7 0.0 6 ~ 2 7 2.0 5 m）圖

5.2 滲漏量回歸分析

混凝土壩的滲流量主要受上、下游水深的影響，溫度對其也有一定的影響。大壩滲漏量的統(tǒng)計模型為：

式中：Q為滲漏量的測值，QH1為上游水深分量，QH2為下游水深分量，QT為溫度分量，Qθ為時效分量，各參數單位為L·s-1。大壩滲漏量的統(tǒng)計模型可進一步表述為[2]：

式中：H1為監(jiān)測日的上游水深（m）；H1i為監(jiān)測日前1天、前2天、前3 ～ 4天、前5 ～ 15天、前16 ～ 30天的上游平均水深（m）；H2為下游水深（m）；T為壩體及壩基溫度（℃）；θ為蓄水初期或起測日開始的天數除以100；a0為常數(L·s-1)；aui為上游水深分量的回歸系數（L·s-1·m-1）；ad為下游水深分量的回歸系數(L·s-1·m-1)；c1、c2為時效分量的回歸系數(L·s-1·d-1)。根據滲漏量的實測資料分析，其統(tǒng)計回歸模型為：

從式（6）可看出，滲漏量回歸模型的復相關系數R較大，標準差S較小，回歸模型的精度較高。圖5給出總滲漏量過程線擬合圖，圖6給出各影響因子與其滲漏分量的關系圖。

從圖5和圖6可以看出，滲漏量主要受庫水位和溫度的影響。庫水位升高，滲漏量增大，反之減??；上游水位分量約占滲漏量年變幅的40.5%。溫降時滲漏量加大，溫升時滲漏量減?。粶囟确至考s占滲漏量年變幅的41.4%。目前滲漏量的時效分量為0.03 L·s-1，數值較小。

圖5 大壩滲漏量過程線擬合圖

圖6 各影響因子與其滲漏分量的關系圖

6 結 論

沙畈水庫除險加固工程監(jiān)測資料分析表明水庫大壩運行正常，加固工程措施發(fā)揮作用。

（1）壩體接縫開合度介于 - 2.1 ～ 5.9 mm，在正常范圍內；壩頂接縫開合度受氣溫影響大，隨氣溫降低而增大，隨氣溫升高而減??；灌漿廊道和檢查廊道接縫開合度比較穩(wěn)定。

（2）大壩岸坡壩段U1、U7揚壓力系數低于0.35；河床壩段U2 ～ U5和揚1 ～ 揚5揚壓力系數低于0.21，符合規(guī)范要求；岸坡壩段起始端U6揚壓力系數為0.21 ～ 0.33，在正常范圍內。加固改造后河床壩段U2 ～ U5揚壓力系數有所下降。

（3）加固改造后，庫水位介于251.14 ～ 272.05 m，總滲漏量介于0.09 ～ 1.31 L·s-1，在正常范圍內；高水位時（即270.06 ～ 272.05 m），總滲漏量介于0.25 ～ 0.77 L·s-1。

[1] 中國人民共和國水利部．SL 601 — 2013混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范[S]．北京：中國水利水電出版社，2013．

[2] 吳中如．水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應用[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[3] 杜巧豐，顧錫春，魏海云．齊溪水庫加固改造工程施工期滲流監(jiān)測資料分析 [J]．浙江水利科技，2012(3)：63 - 65．

（責任編輯 郎忘憂）

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1008 - 701X(2017)04 - 0060 - 05

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.017

2017-03-27

盛小平(1974 - )，男，工程師，大學本科，主要從事水利工程管理工作。E - mail：906087538@qq.com