宣威市明德水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

楊光志YANG Guang-zhi；袁鋒YUAN Feng；何龔超HE Gong-chao

（①宣威市水利水電勘察設(shè)計(jì)研究所，宣威655499；②宣威市防汛抗旱指揮部辦公室，宣威 655499）

0 引言

水庫(kù)大壩工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可有效調(diào)蓄利用水資源，為人類帶來(lái)巨大的利益，在防洪、灌溉、供水、發(fā)電等方面發(fā)揮著巨大的工程效益[1-4]，但水庫(kù)一旦發(fā)生重大險(xiǎn)情將會(huì)給國(guó)家及人民帶來(lái)難以預(yù)料的災(zāi)難[5-6]。因此，水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行歷來(lái)是我國(guó)各級(jí)水管單位的重點(diǎn)工作[7-8]。大壩安全監(jiān)測(cè)是大壩安全管理的重要內(nèi)容，是控制大壩風(fēng)險(xiǎn)的重要措施[9-10]。本文分析了明德水庫(kù)大壩的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)了目前監(jiān)測(cè)的結(jié)果，提出了下一步監(jiān)測(cè)建議，為水庫(kù)的安全運(yùn)行提供了保障。

1 工程概況

明德水庫(kù)位于宣威市寶山鎮(zhèn)樂(lè)紅村委會(huì)土紅自然村東側(cè)，壩址位于文興河源頭門(mén)前河的支流上，屬珠江流域西江水系可渡河支流。

明德水庫(kù)大壩為堆石混凝土重力壩，最大壩高53.8m，水庫(kù)總庫(kù)容124.9 萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)灌溉面積0.38 萬(wàn)畝，供水人口6366 人，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）的規(guī)定：工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬?，工程等別為Ⅳ等。主要建筑物大壩、輸水兼導(dǎo)流（放空）孔為4 級(jí)建筑物，輸水管道設(shè)計(jì)流量為0.1574m3/s，小于5.0m3/s，按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。

在試蓄水階段，大壩下游接近墊層處岸坡出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，之后于2018 年10 月和2020 年8 月進(jìn)行了兩次補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理。

2 監(jiān)測(cè)布置

根據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL601-2013）規(guī)定，設(shè)計(jì)主要對(duì)上下游水位、壩體溫度、水平位移、垂直位移、揚(yáng)壓力和滲流等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)并作詳細(xì)記錄。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：①壩體水平位移監(jiān)測(cè)；②壩體垂直位移監(jiān)測(cè)；③壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)；④壩體滲透壓力監(jiān)測(cè)；⑤滲流量監(jiān)測(cè)；⑥繞壩滲流監(jiān)測(cè)；⑦庫(kù)水位監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為以下四個(gè)方面：

1）外部變形監(jiān)測(cè)：包括①和②。分別在壩頂各壩段均布設(shè)1 個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)，共設(shè)6 個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)；在兩岸設(shè)置工作基點(diǎn)2 個(gè)、校核基點(diǎn)2 個(gè)。

2）滲流監(jiān)測(cè)：包括③、④、⑤和⑥。在兩壩肩布設(shè)繞壩滲漏監(jiān)測(cè)點(diǎn)共2 個(gè)。灌漿廊道內(nèi)布設(shè)6 個(gè)壓力表。

3）滲流量監(jiān)測(cè)：包括⑤。在廊道下游設(shè)集水坑匯集滲水，并設(shè)三角堰測(cè)量滲流量。

4）庫(kù)水位監(jiān)測(cè)：包括⑦在上游壩腳踏步一側(cè)設(shè)水位監(jiān)測(cè)標(biāo)尺。

3 監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 外部變形監(jiān)測(cè)

在2017 至2021 年間通過(guò)J-1#～J-6#六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)記錄了大壩在X、Y 和Z 三個(gè)方向的變形數(shù)據(jù)如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 大壩X 位移監(jiān)測(cè)圖（X 為向右岸為正，向左為負(fù)）

圖2 大壩Y 位移監(jiān)測(cè)圖（Y 為向上游為正，向下游為負(fù)）

圖3 大壩Z 位移監(jiān)測(cè)圖（Z 為向下為正，向上為負(fù)）

根據(jù)位移監(jiān)測(cè)資料分析，壩段水平位移小于1cm，沉降位移為0.3～1.4cm，位移量很小，不會(huì)影響大壩安全運(yùn)行。

3.2 滲流監(jiān)測(cè)

3.2.1 揚(yáng)壓力

在上游水位分別為2185.7m、2201.03m、2193.3m 三個(gè)位置時(shí)讀取壓力表數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，除3#孔外其他孔讀數(shù)幾乎為零，對(duì)壓力表沒(méi)有度數(shù)的孔拆除壓力表進(jìn)行水位實(shí)測(cè)，除6#孔水位較低外，其他孔均為滿孔未溢出。

根據(jù)已有揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)值及水位情況（表2），河床段實(shí)際的折減系數(shù)高于設(shè)計(jì)值，岸坡段實(shí)際折減系數(shù)低于設(shè)計(jì)折減值，通過(guò)穩(wěn)定復(fù)核，各壩段在各種工況下穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表2 揚(yáng)壓力對(duì)比分析表

3.2.2 繞壩滲漏

繞壩滲漏主要在左右岸各布置2 孔測(cè)壓管，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 水庫(kù)繞壩滲漏監(jiān)測(cè)記錄表

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，測(cè)壓管水位高程維持在地下水位附近，庫(kù)水位的變化對(duì)讀數(shù)幾乎沒(méi)有影響，表明庫(kù)水位與其沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系，不存在大的繞壩滲漏問(wèn)題。

3.3 滲流量監(jiān)測(cè)

3.3.1 廊道內(nèi)三角堰監(jiān)測(cè)

明德水庫(kù)廊道內(nèi)排水為自流排水，滲漏水流入?yún)R水渠后排入積水坑，再通過(guò)預(yù)埋排水管字溢流堰面排除，排水孔高于下游校核水位，在匯水區(qū)內(nèi)安裝三角量水堰測(cè)量壩體和壩基滲漏量。各時(shí)間節(jié)點(diǎn)匯水區(qū)總滲漏量見(jiàn)表4。

表4 各時(shí)間節(jié)點(diǎn)匯水區(qū)總滲漏量

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，補(bǔ)強(qiáng)灌漿完成前廊道內(nèi)滲水量較小，隨庫(kù)水位的變化沒(méi)有規(guī)律性。通過(guò)廊道內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)廊道內(nèi)壩基排水孔堵塞較多，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有代表性。需及時(shí)將廊道內(nèi)排水孔疏通。

2021 年5 月底完成第二次補(bǔ)強(qiáng)灌漿后，及時(shí)對(duì)排水孔進(jìn)行了清理，根據(jù)記錄的三組數(shù)據(jù)，與灌漿前相同水位的滲漏量相比，減少了37.2%。

3.3.2 壩左岸坡三角堰監(jiān)測(cè)

2017 年開(kāi)始試蓄水后，水庫(kù)蓄水位最高至2193.94m時(shí)，左岸壩基下游約2180m 高程壩基接觸面及開(kāi)挖邊坡噴混凝土預(yù)留排水孔內(nèi)出現(xiàn)大量滲水（圖4），滲漏水量10.26L/s。初步判斷左岸2#壩段2183.9～2196.9m 高程間墊層混凝土底部與巖基接觸部位存在滲漏問(wèn)題。

圖4 一次補(bǔ)強(qiáng)灌漿前左岸滲流情況

2018 年10 月1 日到2018 年12 月27 日，施工單位依據(jù)“補(bǔ)充通知書(shū)”開(kāi)展了補(bǔ)強(qiáng)灌漿。但灌漿效果不明顯便停止了施工。設(shè)計(jì)單位建議對(duì)壩基排水孔進(jìn)行疏通，并進(jìn)一步監(jiān)測(cè)庫(kù)水位及滲漏量變化情況。

2020 年，庫(kù)水位再次達(dá)到2207.16m，右岸壩基接觸帶2198.00m 高程附近出現(xiàn)了明顯漏水點(diǎn)，右岸下游50m 山體有明顯出水點(diǎn)（圖5），右岸滲漏量為11.5L/s。

圖5 一次補(bǔ)強(qiáng)灌漿后右岸滲流情況

2020 年8 月20 日，第二次補(bǔ)強(qiáng)灌漿進(jìn)場(chǎng)施工，于2021 年5 月底完工。2021 年8 月17 日至12 月2 日滲漏量監(jiān)測(cè)資料，期間蓄水位2201.03~2207.12m，左岸大壩下游滲流量為1.75~2.23L/s，左岸山體滲漏量為1.95L/s，右岸未見(jiàn)明顯滲漏現(xiàn)象，同比補(bǔ)強(qiáng)灌漿前后大壩下游滲漏量減少了86%~90%，左岸山體滲漏量較少了78%，右岸山體滲漏量減少100%，根據(jù)滲漏量公式計(jì)算Q=BKH/b 計(jì)算，左岸帷幕區(qū)面積B=2509m2，上下游水位差H=51m，滲透系數(shù)K 按5Lu（0.075m/d）計(jì)，滲徑46m，則理論滲漏量為200m3/d（2.32L/s）。補(bǔ)強(qiáng)灌漿后滲漏量小于理論滲漏量，壩基防滲效果良好，左岸滲漏方式可考慮為輕微繞壩滲漏，對(duì)大壩蓄水和安全運(yùn)行基本無(wú)影響，建議工程運(yùn)行中進(jìn)一步加強(qiáng)檢測(cè)。

圖6 二次補(bǔ)強(qiáng)灌漿后左岸滲流情況

圖7 二次補(bǔ)強(qiáng)灌漿后右岸滲流情況

明德水庫(kù)設(shè)計(jì)多年平均徑流量為220.3 萬(wàn)m3，二次補(bǔ)強(qiáng)灌漿后水庫(kù)正常水位時(shí)的滲漏量為2.17L/s，按全年處于正常水位計(jì)算滲漏量6.84 萬(wàn)m3/年，占多年平均凈流量3.1%，按照《水利水電工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL 373-2007）規(guī)定為輕微滲漏。根據(jù)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，水庫(kù)僅10 月底處于滿庫(kù)，其他時(shí)段均低于正常蓄水位，實(shí)際滲漏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值。大壩水庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)屬輕微滲漏范圍，不影響水庫(kù)蓄水，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 一般外表監(jiān)測(cè)

水庫(kù)初期運(yùn)行，還進(jìn)行了一般外表監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)壩面是否受到人為或生物破壞，壩面是否出現(xiàn)裂縫、坍陷、隆起、滲水等異常現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，水庫(kù)運(yùn)行正常。

4 結(jié)論

通過(guò)以上資料分析，明德水庫(kù)工程通過(guò)位移監(jiān)測(cè)，壩段沉降位移為0.3～1.4cm，沉降位移量很小，不會(huì)引起大壩變形；通過(guò)滲流監(jiān)測(cè)，水庫(kù)正常水位時(shí)的滲漏量為2.17L/s，滲漏量6.84 萬(wàn)m3/年，占多年平均凈流量3%，但根據(jù)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，水庫(kù)僅10 月底處于滿庫(kù)，其他時(shí)段均低于正常蓄水位，實(shí)際滲漏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值，大壩水庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)屬輕微滲漏范圍，不影響水庫(kù)蓄水，滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)折算的折減系數(shù)進(jìn)行大壩穩(wěn)定復(fù)核，各壩段安全系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)分析，大壩達(dá)到設(shè)計(jì)要求的使用功能，無(wú)影響正常使用的缺陷，能正常運(yùn)行，且各主要監(jiān)測(cè)量的變化處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

5 建議

大壩下一步監(jiān)測(cè)工作建議：

①水庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中，宜按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，并做好監(jiān)測(cè)設(shè)施的檢查、維護(hù)、校正、更新、補(bǔ)充和完善；②由于蓄水期間降雨量偏少，觀察期間水庫(kù)蓄水最高水位為2201.17m，與正常水位一致，監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)具有一定的代表性；水庫(kù)正常蓄水后，除對(duì)大壩進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)加強(qiáng)不利情況下的大壩變形監(jiān)測(cè)工作，分析并及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題；③定期對(duì)監(jiān)測(cè)資料整編和分析，編寫(xiě)監(jiān)測(cè)報(bào)告，評(píng)價(jià)大壩的運(yùn)行狀態(tài)，提出工程安全監(jiān)測(cè)資料分析報(bào)告，及時(shí)歸檔；④發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)分析、判斷，如分析或發(fā)現(xiàn)工程存在隱患，立即上報(bào)主管部門(mén)；⑤在運(yùn)行期，每年汛前應(yīng)將上一年的監(jiān)測(cè)資料整編完畢；⑥安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及測(cè)次可按照表5 執(zhí)行，當(dāng)發(fā)生地震、大暴雨、庫(kù)水位驟變、高水位且低氣溫、水庫(kù)放空以及大壩工作狀態(tài)異常時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、增加測(cè)次，必要時(shí)增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

表5 安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)次表