混凝土雙曲拱壩安全監(jiān)測資料分析

陳旭光，施 曠，李洪強

(1.寧海縣水利水電工程質量監(jiān)督站，浙江 寧海 315600 ；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020； 3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)

0 引 言

隨著水利水電工程在經濟社會中作用增強，有關部門越來越重視大壩安全監(jiān)測。大壩安全是直接影響水利水電工程功能與作用的重要因素，因此，其安全監(jiān)測對于保持工程的順利運行具有重要的意義與作用[1]。

我國的大壩安全監(jiān)測開始于20世紀50年代中期，60年代逐步開始研制和生產各種監(jiān)測儀器；80年代后研制了傾斜儀、水位計等新設備；90年代后，開發(fā)研制了許多現(xiàn)代化的方法和監(jiān)測設施，如自動化監(jiān)測系統(tǒng)[2]等。發(fā)展至今已有70 a的研究歷史，但是總體還存在著較多的問題；例如，監(jiān)測手段滯后，監(jiān)測數(shù)據(jù)處理不及時，缺乏監(jiān)測標準，數(shù)據(jù)分析軟件效率較低等[3]。

因此，結合某電站近7 a的安全監(jiān)測資料，對其進行相關分析，以期為大壩安全監(jiān)測工作提供參考。

1 概 述

1.1 工程概況

某水電站壩址以上控制流域面積132 km2，多年平均流量4.8 m3/s，水庫正常蓄水位408 m，總庫容3 820萬m3，裝機容量3.6萬kW，保證出力0.42萬kW，多年平均發(fā)電量7 740萬kW·h，裝機年利用小時2 150 h。水庫規(guī)模為中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，永久性水工建筑物正常設計洪水頻率為50年一遇(P=2%)，校核洪水頻率為500年一遇(P=0.2%)。水電站以發(fā)電為主，水庫兼有淡水養(yǎng)殖等綜合運用，樞紐建筑物由攔河壩、二道壩、發(fā)電引水隧洞和壓力引水鋼管、地面式廠房和開關站組成。

大壩為混凝土三心變厚雙曲拱壩，正常蓄水位408 m，死水位385 m，壩頂高程416 m，防浪墻頂高程417.2 m，拱冠梁處壩頂寬4.5 m，壩底寬14.72 m，最大壩高82.0 m，厚高比0.179 5，壩頂外弧長279.40 m，頂拱中心角90.12°。壩頂中央設三孔凈寬為40.50 m的開敞式自由溢洪道，堰頂高程408 m。溢流堰為全橢真空型實用堰，落差式鼻坎挑流，并利用下游混凝土施工圍堰作為二道壩，以形成水墊消能。

1.2 監(jiān)測項目布置情況

大壩安全監(jiān)測的主要項目包括大壩表面監(jiān)測、大壩接縫變形監(jiān)測、大壩滲流監(jiān)測、大壩滲流量和大壩邊坡深層位移監(jiān)測等，其中滲流、大壩深層位移、接縫變形等觀測項目采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)，分別采用滲壓計、固定式測斜儀和測縫計監(jiān)測；大壩表面變形觀測采用人工觀測。

1.2.1 表面變形布置

大壩表面變形測點共12個，編號為LD1～LD12。其中1號壩段設置測點LD1，2號壩段設置測點LD2，4號壩段設置測點LD3，7號壩段設置測點LD4、LD5，8號壩段設置測點LD6，9號壩段設置測點LD7，10號壩段設置測點LD8、LD9，13號壩段設置測點LD10，14號壩段設置測點LD11，16號壩段設置測點LD12。 在左右兩岸設置2個工作基點，編號為LS1、LS2。

1.2.2 大壩接縫變形布置

在壩體廊道內上游側分縫處布設雙向測縫計，共8組，編號為：J5_1～J12_1，采用不銹鋼保護箱對測縫計進行保護，同時在廊道內布設1支溫度計。

1.2.3 滲流監(jiān)測布置

(1)繞壩滲流布置

在大壩壩頂右壩肩灌漿平洞口設1支測壓管，編號為RC1；在右岸壩肩下游邊坡423 m高程和下游貼坡380 m高程各布設1支測壓管，編號為RC2、RC3；在大壩左岸下游山坡415 m高程、398.81 m高程和385.65 m高程各布設1支測壓管，編號分別為RC4、RC5和RC6。繞壩共布置6支測壓管，每根測壓管內置1支滲壓計。

(2)壩基揚壓力

大壩基礎灌漿廊道5～13號壩段的排水幕線上共布設有9個揚壓力孔，其中揚5_1、揚13_1兩支揚壓力孔布置于廊道的兩端，其他7支揚壓力孔均布置在各壩段中部；每根測壓管內置1支滲壓計，共9支，編號為Y5_1～Y13_1。

(3)下游貼坡?lián)P壓力

為了解壩后右岸下游貼坡與基巖間的水壓力情況，在375 m高程和385 m高程各布置1個揚壓力孔，每根測壓管內置1支滲壓計，編號為PY1、PY2。

1.2.4 大壩滲流量監(jiān)測布置

在大壩廊道左右岸上下游側各安裝1套量水堰裝置，共4套。

1.2.5 大壩邊坡深層位移監(jiān)測布置

在右壩肩邊坡共布置4個測斜孔，其中上游邊坡423.62 m高程和429.46 m高程處各布設1孔，下游貼坡395.36 m高程和375.24 m高程各布設1孔。在測斜孔內埋設有十字導向槽的測斜管，在測斜孔內安裝固定式測斜儀，4只測孔共布置21個測點，測點編號：IN1_1～IN1_7、IN2_1～IN2_5、IN3_1～IN3_5、IN4_1～IN4_4。

2 監(jiān)測資料分析

具體的監(jiān)測項目如表1所示。

表1 監(jiān)測項目匯總表

2.1 環(huán)境量

環(huán)境量包括庫水位和降雨量。

2.1.1 庫水位

2016—2021年，最高水位出現(xiàn)在2019年8月10日，為412.15 m；最低水位出現(xiàn)在2021年7月23日，為387.82 m。2022年，最高水位出現(xiàn)在6月21日，為405.89 m；最低水位出現(xiàn)在11月7日，為390 m；年平均庫水位為396.34 m，全年水位未超過正常蓄水位和設計洪水位。

2.1.2 降雨量

(1)2016—2021年最大日降雨量為220 mm，出現(xiàn)在2016年9月15日；最大3 d降雨量為304 mm，出現(xiàn)在2016年9月13日—9月15日；最大月降雨量為498.5 mm，出現(xiàn)在2016年9月。

(2)2022年，最大日降雨量為50 mm，出現(xiàn)在8月27日；最大3 d降雨量為88.5 mm，出現(xiàn)在8月30日—9月1日；最大月降雨量為214.5 mm，出現(xiàn)在6月；總降雨量為1 265.75 mm，降雨天數(shù)為133 d。

2.2 表面變形監(jiān)測資料分析

表面變形監(jiān)測數(shù)據(jù)時段是2016年1月—2022年12月。

2.2.1 水平位移

(1)徑向位移

2016—2022年，主壩向下游最大位移為6.19 mm，向上游最大位移為40.65 mm；截止到2022年12月31日，最大累計位移為24.66 mm，出現(xiàn)在測點LD6?？傮w上看，目前壩體壩體徑向位移呈周期性變化，未呈現(xiàn)趨勢性的增大現(xiàn)象，詳見圖1。

圖1 壩頂測點徑向水平位移變化過程線

(2)切向位移

2016—2022年最大累計位移為14.34 mm，為測點LD9，位于壩軸線1/4～1/3處，符合拱壩切向位移變化一般規(guī)律。大壩切向位移變化較穩(wěn)定，最大年位移量為9.28 mm，其他測點均在9 mm以內，未發(fā)生大的變幅，詳見圖2。

圖2 壩頂測點切向水平位移變化過程線

2.2.2 垂直位移

2016—2022年，大壩垂直位移沉降最大值為1.57 mm，為測點LD12，為16號壩段；抬升最大值為8.53 mm，出現(xiàn)在測點LD7，為9號壩段。大壩垂直位移隨氣溫呈周期性變化，壩體表面垂直位移變形性態(tài)基本穩(wěn)定。沿壩縱軸線看，壩體垂志位移呈現(xiàn)中間大兩頭小的規(guī)律，符合壩體垂直變形的基本規(guī)律，詳見圖3、圖4。

圖3 壩頂測點垂直位移變化過程線

圖4 測點沿壩軸線縱向分布圖

2.3 大壩接縫開合度監(jiān)測資料分析

2016—2022年，大壩接縫張開度最大值為0.08 mm；大壩接縫閉合最大值為1.08 mm。近7 a的數(shù)據(jù)變化隨氣溫呈周期性變化，規(guī)律性很好。各測點累計變形量均小于等于1 mm，開合度較小，大壩接縫變形處于合理范圍內，接縫開合度變化趨勢較平緩，基本穩(wěn)定，詳見圖5。

圖5 接縫開合度過程線圖

2.4 壩體滲流監(jiān)測資料分析

2.4.1 繞壩滲流

大壩右岸3個測壓管水位與庫水位呈一定相關性，但未呈現(xiàn)趨勢性變化，滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。測點RC6水位高于庫水位，主要受山體地下水影響，其水位變化受庫水位一定程度的影響較?。籖C4和RC5與庫水位相關性不明顯，左岸繞滲現(xiàn)象不明顯，詳見圖6。

圖6 繞壩測壓管水位過程線圖

2.4.2 壩基揚壓力系數(shù)

壩基揚壓力系數(shù)計算公式如下：

當HX≥HC時：=(HP-HX)/(HS-HX)

當HX

式中，HP為測壓孔水位(m)；HS為上游庫水位(m)；HX為下游水位(m)；HC為基巖高程(m)。

2016—2022年揚壓力系數(shù)最大值為0.70，為測點Y9_1，岸坡測點Y5_1、Y6_1和Y12_1揚壓力系數(shù)均超過0.35，與庫水位相關性明顯。揚壓力系數(shù)增大集中在5月20日至8月25日內。為減小揚壓力系數(shù)，2022年10月于5、6、9、11壩段新造5個排水孔。新造孔后，5、6、9壩段揚壓力系數(shù)明顯下降，詳見圖7。

圖7 壩基揚壓力系數(shù)過程線圖

(3)滲流量

低溫時滲流量要高于高溫時滲流量，并且在低溫下高水位時，滲流量均產生較大增值，因此需加強低溫高水位時滲流量觀測，詳見圖8。

圖8 滲流量與水位和氣溫過程線圖

2.5 邊坡深層位移監(jiān)測資料分析

2016—2022年位移量總體較小，邊坡位移變化規(guī)律性不明顯，位移在合理范圍內變化，詳見圖9。

圖9 邊坡深層位移過程線圖

3 結 論

通過對電站的大壩表面監(jiān)測、大壩接縫變形監(jiān)測、大壩滲流監(jiān)測、大壩滲流量和大壩邊坡深層位移監(jiān)測資料的分析，得出結論如下：

(1)壩體水平位移變化速率很小，變化過程性總體趨勢較平緩，2016—2022年最大累計位移為24.66 mm，位移量較小。垂直位移隨氣溫呈現(xiàn)周期性變化，無趨勢性發(fā)展，變形穩(wěn)定。

(2)接縫變形近7 a的數(shù)據(jù)變化隨氣溫呈周期性變化，規(guī)律性很好。各測點累計變形量均小于等

于1 mm，開合度較小，大壩接縫變形處于合理范圍內，接縫開合度變化趨勢較平緩，基本穩(wěn)定。

(3)繞壩滲流變化符合規(guī)律，壩基揚壓力經過新造孔后系數(shù)大幅降低符合規(guī)范要求；滲流量總體變化趨勢較平緩，情況基本穩(wěn)定。

(4)邊坡深層位移在2016—2022年位移量總體較小，邊坡位移變化規(guī)律性不明顯，位移在合理范圍內變化。

(5)綜上所述，通過對近7 a的大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)資料分析分析，電站大壩處于安全運行狀態(tài)。