烏拉泊水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)分析

邵 燕

(烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830049)

1 工程概況

烏拉泊水庫(kù)位于烏魯木齊市上游(南郊)17km，水庫(kù)控制流域面積2596km2，水庫(kù)主要建筑物由大壩、放水涵洞、泄水渠、溢洪道組成。水庫(kù)大壩長(zhǎng)1050m，壩頂高程1089.6m，防浪墻高1.2m，墻頂高程1090.8m，壩頂寬6m，最大壩高27.6m。該水庫(kù)上世紀(jì)五六十年代修建，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，水庫(kù)工程質(zhì)量較差，導(dǎo)致大壩在運(yùn)行中出現(xiàn)了不同程度的水庫(kù)病險(xiǎn)問題，也由此被劃入全國(guó)重點(diǎn)除險(xiǎn)水庫(kù)之一。為確保烏拉泊水庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需開展對(duì)該水庫(kù)的全面安全監(jiān)測(cè)。

2 水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)

2.1 安全監(jiān)測(cè)設(shè)置及安全參數(shù)

(1)在對(duì)烏拉泊水庫(kù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)時(shí)，為能夠?qū)趵此畮?kù)大壩滲流監(jiān)測(cè)設(shè)備的具體布置情況有一個(gè)全面的了解，需對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行GPS斷面航拍，如圖1所示。

(2)大壩滲流監(jiān)測(cè)。滲流設(shè)備監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)主要包括觀測(cè)斷面、管口高程、管底高程、距壩軸線長(zhǎng)度、觀測(cè)部位等。

2.2 水庫(kù)滲流監(jiān)測(cè)分析

在對(duì)烏拉泊水庫(kù)進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)人員將實(shí)測(cè)過程中不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除處理，并且繪制各觀測(cè)斷面滲透水壓力過程線，進(jìn)行滲流趨勢(shì)分析，形成一元回歸線性方程，結(jié)合工程運(yùn)行情況對(duì)各斷面的壩體及壩基滲流情況進(jìn)行分析[1]。水庫(kù)各個(gè)位置段的滲流監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

(1)右壩肩與溢洪道邊墻結(jié)合處帷幕灌漿

水庫(kù)大壩的右壩肩與溢洪道邊墻結(jié)合處帷幕灌漿壩段自右壩端至溢洪道右岸[2]，全長(zhǎng)197.74m。在監(jiān)測(cè)時(shí)，為監(jiān)測(cè)帷幕灌漿防滲效果，分別在溢洪道左側(cè)布置了P0-1、P0-2、P0-3、P1-0四孔測(cè)壓管，其中P0-1和P1-0兩孔測(cè)壓管布設(shè)在帷幕灌漿上游，P0-2和P0-3測(cè)壓管布設(shè)在帷幕下游。詳細(xì)布置如圖2所示。

圖2 右壩肩新增測(cè)壓管斷面平面布置圖

(2)測(cè)壓管管水位與庫(kù)水位相關(guān)性分析

根據(jù)水庫(kù)大壩的日常監(jiān)測(cè)資料，繪制測(cè)壓管滲透水壓力過程線，如圖3所示。

根據(jù)水庫(kù)的右壩肩帷幕灌漿段測(cè)壓管水位與庫(kù)水位過程線、管水位與庫(kù)水位的一元線性回歸分析，P1-3、P1-4為壩基測(cè)壓管，從過程線看，帷幕灌漿后與庫(kù)水位有一定的相關(guān)性，但管水位都維持在較低的狀態(tài)，這說明帷幕灌漿產(chǎn)生了一定的防滲效果[3]；P1-2測(cè)壓管位于水庫(kù)泄水涵洞附近，管水位過程線形態(tài)平緩，說明帷幕灌漿產(chǎn)生了防滲效果；P1-1測(cè)壓管雖與庫(kù)水位相關(guān)系數(shù)較小，屬弱相關(guān)水平，但水位不穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)人員通過查閱歷史資料，在每年3—9月，該管管水位在1069～1078.5m之間波動(dòng)，數(shù)據(jù)會(huì)呈現(xiàn)起伏變化，之后又逐漸回落，最終分析認(rèn)為是由于其所處位置基本在山體上，管底打在基巖上，巖層存在裂隙，存在一定滲流[4]。通過觀測(cè)結(jié)果得出烏拉泊水庫(kù)右壩肩溢洪道邊墻段的帷幕灌漿產(chǎn)生了一定的防滲效果，與溢洪道右側(cè)墻結(jié)合處、坐落在帷幕之上的截水墻也發(fā)揮了防滲作用[5]。

2.3 烏拉泊水庫(kù)大壩混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

在本次對(duì)烏拉泊水庫(kù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)之前，先后經(jīng)歷了四次除險(xiǎn)加固。在這4次加固期間，監(jiān)測(cè)人員先后在水庫(kù)大壩的壩頂共7個(gè)斷面上分別布置了A、B、C、D、E、F、G7個(gè)MCU測(cè)量控制觀測(cè)房，共有118支應(yīng)變計(jì)和22無(wú)應(yīng)力計(jì)。其中有多支傳感器在之前的幾次除險(xiǎn)加固中先后出現(xiàn)故障，之后又恢復(fù)正常。此次監(jiān)測(cè)時(shí)，技術(shù)人員將大壩的所有傳感器都恢復(fù)了正常運(yùn)行[6]。除此之外，在應(yīng)力檢測(cè)中，在公司技術(shù)人員的協(xié)助之下，確定出

EN1、EN2、EN3沒有接收到數(shù)據(jù)采集的原因是人工觀測(cè)出現(xiàn)傳感器電阻超量程，儀器出現(xiàn)故障，建議停止監(jiān)測(cè)，其余17支無(wú)應(yīng)力計(jì)均運(yùn)行正常[7]。

在對(duì)水庫(kù)進(jìn)行大壩做力學(xué)監(jiān)測(cè)時(shí)，安全監(jiān)測(cè)人員在水庫(kù)大壩中布置了13排56根測(cè)壓管以及118支應(yīng)變計(jì)，其中包括101支應(yīng)變計(jì)，17支無(wú)應(yīng)力計(jì)。通過這些設(shè)施，監(jiān)測(cè)人員能夠監(jiān)測(cè)大壩滲流和已建混凝土防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)[8]。在本次監(jiān)測(cè)時(shí)，更新了數(shù)據(jù)采集測(cè)量控制單元，升級(jí)系統(tǒng)軟件，更換失效儀器，以及改造信號(hào)電纜路線等工作[9]。監(jiān)測(cè)人員分別在在大壩0+960m及0+980m處各增設(shè)了一個(gè)觀測(cè)斷面，新增了6根壩體管和6根壩基管，沿溢洪道左岸布置了3根測(cè)壓管，其中1根在帷幕上游，另外2根在帷幕下游。

此外，監(jiān)測(cè)人員在大壩的0+900m斷面處防滲墻內(nèi)布置了5組應(yīng)變計(jì)，每組均在防滲墻上游面各布置1支水平應(yīng)變計(jì)和1支鉛直應(yīng)變計(jì)，墻內(nèi)布置1支無(wú)應(yīng)力計(jì)，合計(jì)5組共10支應(yīng)變計(jì)，5支無(wú)應(yīng)力計(jì)。現(xiàn)在大壩的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由72根測(cè)壓管和140支應(yīng)變計(jì)(118支應(yīng)變計(jì)，22支無(wú)應(yīng)力計(jì))組成[10]。通過自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，可以直觀地看到72根測(cè)壓管的頻率和管水位，以及125支應(yīng)力應(yīng)變計(jì)的電阻比、電阻和、溫度和總應(yīng)變值，用當(dāng)天的數(shù)據(jù)與前一天或以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以判斷出該測(cè)點(diǎn)是呈正常變化或非正常變化，從而可以判斷出測(cè)點(diǎn)所在斷面的大壩運(yùn)行狀態(tài)[11]。

2.4 水庫(kù)大壩混凝土變形監(jiān)測(cè)

在對(duì)烏拉泊水庫(kù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)時(shí)，將2010年9月27日(庫(kù)水位1076.447m，庫(kù)容1126.787萬(wàn)方)至2018年1月31日(庫(kù)水位1079.211m，庫(kù)容1851.8510萬(wàn)方)的應(yīng)變計(jì)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)繪制成過程線進(jìn)行分析[12]。各斷面過程線如圖4—10所示。

圖3 右壩肩溢洪道邊墻處測(cè)壓管滲透水壓力過程線

圖4 A斷面過程線

圖5 B斷面應(yīng)變計(jì)過程線

圖6 C斷面應(yīng)變計(jì)過程線

圖7 D斷面應(yīng)變計(jì)過程線

圖8 E斷面應(yīng)變計(jì)過程線

圖9 F斷面應(yīng)變計(jì)過程線

圖10 G斷面應(yīng)變計(jì)過程線

通過水庫(kù)各個(gè)斷面的應(yīng)變計(jì)過程線可以看出，各斷面應(yīng)變計(jì)過程線呈起伏狀但各個(gè)應(yīng)變計(jì)的過程線變化幅度很小。根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出在烏拉泊水庫(kù)的105支應(yīng)變計(jì)中，ES10、ES18、FS14數(shù)據(jù)不完整無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，DS11、DS17、FS7、GS2-02應(yīng)變值為正值，受拉外，其余98支應(yīng)變計(jì)處于受壓狀態(tài)。在可對(duì)比的98支應(yīng)變計(jì)中，49支應(yīng)變計(jì)處于壓應(yīng)力增加狀態(tài)，其中FS9增幅最大為54.53，AS1增幅最小為0.01；449支應(yīng)變計(jì)處于壓應(yīng)力減小狀態(tài)，其中GS2-2減幅最大為79.62，AS6減幅最小為0.14。通過查看原始數(shù)據(jù)，各應(yīng)變計(jì)的數(shù)據(jù)均呈緩慢變化狀態(tài)，沒有突變。

在本次監(jiān)測(cè)中，水庫(kù)大壩的左右岸方向位移情況：在22個(gè)觀測(cè)墩中，有4個(gè)無(wú)變化，其分別是TP7、TP19、TP20、TP22，占總數(shù)的18.2%。另外18個(gè)觀測(cè)墩發(fā)生了移動(dòng)，分別是12個(gè)向右岸發(fā)生位移，占總數(shù)的54.5%，其中TP1位移量最大為6mm，TP11、TP13、TP15、TP18四個(gè)觀測(cè)墩位移量最小為1mm；6個(gè)向左岸發(fā)生位移，占總數(shù)的27.3%，其中TP5位移量最大為6mm，TP12和TP17位移量最小為1mm。另外，在水庫(kù)大壩的主壩段(0+064—0+528)m，有4組觀測(cè)墩均兩兩左右岸同方向發(fā)生位移，分別是TP2、TP3、TP4這三組均向右岸發(fā)生了位移，而TP5、TP16這一組均向左岸發(fā)生了位移；在大壩的副壩段(0+558—0+850)m，TP6、TP17這一組觀測(cè)墩均同向左岸發(fā)生了位移，TP10與TP21這一組觀測(cè)墩是反方向發(fā)生位移的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在烏拉泊水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)中，對(duì)水位過程線、應(yīng)變計(jì)過程線及庫(kù)水位與管水位的線性回歸方程等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和計(jì)算，最終得出烏拉泊水庫(kù)大壩目前滲流情況基本穩(wěn)定，混凝土防滲墻基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，大壩處于安全運(yùn)行狀態(tài)。通過對(duì)水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)，特別是本次監(jiān)測(cè)中對(duì)GPS檢測(cè)儀的使用，豐富了我國(guó)在這一領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但本次研究也存在一定的不足，研究之前由于準(zhǔn)備不充分，導(dǎo)致對(duì)水庫(kù)的實(shí)際調(diào)研資料準(zhǔn)備較少，許多監(jiān)測(cè)資料是在監(jiān)測(cè)的過程中補(bǔ)齊，耗費(fèi)了不少精力，降低了監(jiān)測(cè)效率。