陳 容，劉 林

（甘肅大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅 碧口 746412）

1 工程概況

碧口水電站位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km的白龍江干流上，控制流域面積26 000 m2，占全流域面積的80%。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、漁業(yè)等效益，裝機(jī)容量3×100 MW，總庫(kù)容5.21億m3。樞紐工程由土石壩、溢洪道、右岸泄洪洞、左岸泄洪洞、排沙洞、引水洞、調(diào)壓井、鋼管道、廠房和開(kāi)關(guān)站等組成。壤土心墻土石混合壩最大壩高101.8 m，壩頂有一高5.3 m的混凝土防浪墻，壩頂全長(zhǎng)297.36 m，壩基巖石為千枚巖和凝灰?guī)r，河床覆蓋層由兩道混凝土防滲墻截滲。該工程為大（2）型，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)。

碧口大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：大壩與水工建筑物的外部變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、內(nèi)部監(jiān)測(cè)。其中，外部變形監(jiān)測(cè)主要針對(duì)壩體、泄水建筑物以及高邊坡等部位，布設(shè)了水平位移及垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；滲流監(jiān)測(cè)主要包括大壩浸潤(rùn)線、左右岸山坡的繞壩滲流和揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目；內(nèi)部監(jiān)測(cè)現(xiàn)有排沙洞出口應(yīng)力、應(yīng)變，溢洪道閘墩的應(yīng)力、應(yīng)變。大壩變形及壩體浸潤(rùn)線測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

“5·12”汶川特大地震使壩體發(fā)生了較大變形，變形主要發(fā)生在大壩心墻頂、防浪墻頂、壩上0+010、壩下0+007.8等部位，下部變化量較小。本文主要對(duì)震后兩年半以來(lái)碧口大壩壩體變形及滲流監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行初步分析。

2 “5·12”地震對(duì)大壩的主要影響

2008年5月12日，汶川發(fā)生8.0級(jí)大地震，震中位置N31.0°，E103.4°，烈度為11度[1]。震中距壩址293 km，根據(jù)中國(guó)地震局公布的烈度調(diào)查結(jié)果，地震對(duì)碧口電站壩址的影響達(dá)9度，對(duì)大壩變形影響較大。

大壩表部變形以沉降為主，地震前后最大沉降差發(fā)生在河床偏左岸壩頂處，下沉值為24.2 cm。下游壩坡自上而下各測(cè)點(diǎn)沉降逐漸減小，壩軸線方向河床中部沉降大于兩岸。防滲心墻沉降較大壩表部小，最大沉降量為16.4 cm，發(fā)生在心墻頂部偏河床左岸，與壩頂最大沉降部位相應(yīng)。

壩頂部位水平位移方向均向上游，最大位移發(fā)生在壩頂偏河床左岸，最大位移增量為15.7 cm；下游壩坡各測(cè)點(diǎn)位移方向均向下游，最大變形發(fā)生在下游691 m高程（2/3壩高處），最大位移增量為12.1 cm；下游670 m高程（1/2壩高處）最大位移增量為7.1 cm；下游650 m高程（1/3壩高處）最大位移增量為4.2 cm。

地震后壩體和壩基滲透壓力、測(cè)壓管水頭基本沒(méi)有變化。

3 監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 數(shù)據(jù)采集及整理

圖1 大壩測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.1 Distribution of the monitoring points

地震后，4條引張線遭到不同程度的破壞，無(wú)法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故震后大壩變形、混凝土建筑物變形、右岸繞壩滲流（4個(gè)測(cè)點(diǎn)）、左岸上繞壩滲流、左岸下繞壩滲流（8個(gè)測(cè)點(diǎn)）及內(nèi)部?jī)x器均采用人工觀測(cè)，壩體浸潤(rùn)線及近壩區(qū)左右岸繞壩滲流采用自動(dòng)化實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。4條引張線自動(dòng)化系統(tǒng)于2009年8月恢復(fù)，試運(yùn)行期間，大壩水平位移量采用人工觀測(cè)成果。

3.2 大壩沉降

碧口大壩沉陷共布置7個(gè)縱斷面，分別為壩前10 m（0-010.0）、防浪墻（0-003.8）、心墻（0+000.0）、下游7.8 m（0+007.8）、691馬道（0+041.8）、670馬道（0+093.0）及650馬道（0+142.7）?！?·12”地震當(dāng)天，數(shù)據(jù)產(chǎn)生突變，大壩各個(gè)部位發(fā)生了明顯的下沉，如圖2、圖3所示。以地震之前最后一次正常測(cè)值為基準(zhǔn)值，與地震后第一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，心墻最大沉降差在測(cè)點(diǎn)DS-4，為164.4 mm；防浪墻最大沉降差在測(cè)點(diǎn)F15-1,為62.9 mm；壩前10 m最大沉降差發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D11-1，為242.18 mm；下游7.8 m最大沉降差發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D10-2,為240.6 mm；691馬道最大沉降差發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D10-3，為39.94 mm；670馬道最大沉降差發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D11-4，為47.89 mm；650馬道最大沉降差發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D11-5，為45.76 mm。

以“5·12”地震后第一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，至2008年12月底為止，心墻最大沉降差為35.4 mm,測(cè)點(diǎn)為DS-4；防浪墻最大沉降差為38.1 mm，測(cè)點(diǎn)為F10-1；壩前10 m最大沉降差為34.95 mm，測(cè)點(diǎn)為D11-1；下游7.8 m最大沉降差為33.34 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-2；691馬道最大沉降差為7.17 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-3；670馬道最大沉降差為7.67 mm，測(cè)點(diǎn)為D11-4；650馬道最大沉降差為7.14 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-5。2008年下半年各測(cè)點(diǎn)沉降變形較大，說(shuō)明2008年下半年大壩處于穩(wěn)定過(guò)渡期。

圖2 壩頂各縱斷面最大豎向位移測(cè)點(diǎn)過(guò)程線Fig.2 Graphs of maximum vertical displacements of monitor-ing points on vertical sections of dam crest

圖3 壩下游各縱斷面最大豎向位移測(cè)點(diǎn)過(guò)程線Fig.3 Graphs of maximum vertical displacements of monitor-ing points on downstream sections

2009年度和2010年度，大壩豎向位移總體變化相對(duì)較小，各縱斷面最大豎向位移及其測(cè)點(diǎn)如表1所示。碧口大壩豎向位移各測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量隨時(shí)效均呈逐漸增大變化，但震后增加量呈逐漸減小趨勢(shì)，符合正常沉降變化規(guī)律。

總體來(lái)講，壩頂和下游各縱斷面的實(shí)測(cè)豎向位移在靠近河床中部的測(cè)點(diǎn)處沉降最大，向兩岸則相對(duì)較小，且除下游壩肩縱斷面外，其余各縱斷面在右岸的豎向位移要大于左岸，究其原因是河床部位壩體較高，相應(yīng)的沉陷變形要大，這符合土石壩變形的一般規(guī)律[2]。壩前10 m、防浪墻、壩頂（心墻）及下游7.8 m測(cè)點(diǎn)的豎向位移受庫(kù)水位變化的影響相對(duì)比較敏感，而下游面691馬道及其以下各測(cè)點(diǎn)的豎向位移受水壓影響很?。粡慕７治鲞€可知，豎向位移主要受時(shí)效變化的影響。碧口大壩運(yùn)行30余年，壩體累計(jì)最大沉降量為732.58 mm（注：此處未采用2008年震后校測(cè)過(guò)的新基點(diǎn)高程），與壩高之比為0.72%，小于設(shè)計(jì)預(yù)留沉降量1%。碧口大壩豎向位移呈收斂趨勢(shì)，趨于穩(wěn)定，處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

表1 大壩各縱斷面最大豎向位移（單位：mm）Table 1:Maximum vertical displacements on vertical dam sections

3.2 大壩水平位移

如圖4所示，“5·12”地震瞬間大壩產(chǎn)生了明顯的水平位移，其中壩前10 m、壩頂和壩下游7.8 m均向上游位移，下游691馬道及以下向下游位移。以地震之前最后一次正常測(cè)值為基準(zhǔn)值，與地震后第一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，地震前后壩前10 m最大水平位移量發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D11-1，為-156.8 mm（向上游）；壩下游7.8 m最大水平位移量發(fā)生在D11-2，為-106.9 mm（向上游）；691馬道最大水平位移量發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D10-3，為121.21 mm（向下游）；670馬道最大水平位移量發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D13-4，為70.86 mm（向下游）；650馬道最大水平位移量發(fā)生在測(cè)點(diǎn)D10-5,為41.55 mm（向下游）。

圖4 大壩各縱斷面最大水平位移測(cè)點(diǎn)過(guò)程線Fig.4 Graphs of maximum horizontal displacements of moni-toring points on vertical dam sections

以“5·12”地震后第一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，至2008年12月最后一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為止，壩前10 m最大變幅12.39 mm，測(cè)點(diǎn)為D15-1；壩下游7.8 m最大變幅15.81 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-2；691馬道最大變幅14.01 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-3；670馬道最大變幅5.1 mm，測(cè)點(diǎn)為D8-4；650馬道最大變幅4.96 mm，測(cè)點(diǎn)為D10-5。

如表2所示，2009～2010年，大壩各縱斷面最大水平位移量總體變化相對(duì)較小。壩前10 m、下游7.8 m各測(cè)點(diǎn)水平位移絕大多數(shù)為負(fù)值，從表2中還可看出大壩壩頂開(kāi)始產(chǎn)生向下游位移的趨勢(shì)；691馬道及以下的測(cè)點(diǎn)水平位移測(cè)值大于0，說(shuō)明691馬道及以下縱斷面主要發(fā)生向下游方向的變形。5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面隨著測(cè)點(diǎn)所在位置的不同，壩體水平位移的變化也不同，同一縱斷面上的不同測(cè)點(diǎn)，水平位移變化規(guī)律相似[2]。對(duì)壩體水平位移30個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，壩前10 m、下游7.8 m主要受時(shí)效變化的影響，受水壓變化的影響也較大，下游壩坡測(cè)點(diǎn)受水壓影響很小。從圖4看出，水平位移變化比較均勻，壩體上、下游壩坡未見(jiàn)異常，壩坡整體穩(wěn)定，位移變化速率逐漸減小，趨于穩(wěn)定。

表2 大壩各縱斷面最大水平位移量（單位：mm）Table 2:Maximum horizontal displacements of vertical dam sections

3.3 滲流監(jiān)測(cè)

地震后，碧口大壩浸潤(rùn)線及繞壩滲流監(jiān)測(cè)成果沒(méi)有發(fā)生明顯突變，測(cè)值正常，均低于設(shè)計(jì)值。

3.3.1 壩體浸潤(rùn)線

地震時(shí)，位于心墻中的J2測(cè)壓管5月13日水位上升了1.29 m。其余位于堆石體、心墻中的測(cè)壓管水位變化不大，J2測(cè)壓管5月19日后水位趨于穩(wěn)定。如圖5所示，同一時(shí)間670馬道高程的測(cè)壓管F3管水位高于691馬道測(cè)壓管4～6 m左右，經(jīng)對(duì)比分析2005年新增孔Y2-1、Y3-1、Y7-1、Y8-1和靠近壩體的繞滲測(cè)孔Z135測(cè)管水位發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是由于670馬道附近的右岸繞滲作用較強(qiáng)，對(duì)壩體滲流影響相對(duì)較大，使相應(yīng)部位的壩體浸潤(rùn)線升高。其它部位壩體則是偏左岸的測(cè)壓管水位略高于右岸，主要是碧口大壩左岸的繞壩滲流總體要比右岸顯著所致[3]。總體來(lái)講，壩體各測(cè)壓管水位均低于設(shè)計(jì)值。壩下游各測(cè)壓管的水位測(cè)值一般呈滯后于庫(kù)水位的升降變化，且部分測(cè)壓管水位變化有不太明顯的年周期性。從壩頂往下游方向隨著高程的降低，測(cè)壓管水位受庫(kù)水位變化的影響明顯減弱，滯后效應(yīng)卻逐漸加強(qiáng)，一般受降雨量影響較大。

圖5 壩體浸潤(rùn)線過(guò)程線Fig.5 Graphs of the saturation lines

3.3.2 繞壩滲流

繞壩滲流測(cè)孔所在位置不同，所以各測(cè)管水位的變化規(guī)律也不盡相同，靠壩頭上游側(cè)的Z110、Z97兩個(gè)測(cè)孔的水位變化規(guī)律相近，其測(cè)壓管水位主要受庫(kù)水位變化的影響，與庫(kù)水位同步形成年周期性變化?？拷鼔晤^及下游的測(cè)孔，測(cè)壓管水位整體上呈不明顯的周期性變化。Z100水位變化大致與庫(kù)水位同步呈周期性變化。位于山坡脊梁處的測(cè)孔，各測(cè)孔水位變化規(guī)律性不強(qiáng)，測(cè)孔Z109、Z154、Z153和Z81等的測(cè)壓管水位高于庫(kù)水位，水位變化呈不明顯周期性變化，這是由于受降雨量變化的影響，同時(shí)也受后山梁地下水滲流的影響。右岸的Z95、Z135、Z137和Z133，它們的位置比其它右岸繞壩滲流測(cè)孔相對(duì)靠上游，各測(cè)管水位相對(duì)較高，主要受上游水位和降雨的影響；通過(guò)分析，各測(cè)管水位受上游水位變化的影響，同時(shí)降雨對(duì)各測(cè)管水位也有一定作用。

3.3.3 揚(yáng)壓力

如圖6所示，右岸灌漿廊道內(nèi)測(cè)孔FW-1測(cè)管水位變化與庫(kù)水位變化呈同步周期性變化，說(shuō)明該測(cè)孔揚(yáng)壓水位受庫(kù)水位的影響較大；而FW－2在帷幕后，揚(yáng)壓水位測(cè)值變化小，與庫(kù)水位的相關(guān)性不顯著。

圖6 大壩廊道揚(yáng)壓力過(guò)程線（單位：m）Fig.6 Graphs of uplift pressure at dam gallery

4 結(jié) 語(yǔ)

“5·12”地震使碧口大壩發(fā)生了明顯變形，但壩坡穩(wěn)定，壩體與壩基滲流正常。通過(guò)震后兩年半的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常，大壩水平位移變化均勻且有一定周期性，變化趨于穩(wěn)定；壩體最大沉降量小于設(shè)計(jì)預(yù)留沉降量，大壩豎向位移增加量逐漸減小，呈收斂趨勢(shì)；大壩浸潤(rùn)線及左右岸繞壩滲流均無(wú)超過(guò)歷史最大值，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，說(shuō)明大壩防滲效果良好。綜上所述，碧口大壩處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

[1]碧口水電站壩址工程場(chǎng)地安全性評(píng)價(jià)報(bào)告[R].蘭州地震工程研究院.2008.

[2]金燦鎬.水工觀測(cè)[M].遼寧：工人出版社.1987.

[3]大唐碧口水力發(fā)電廠第三次安全定檢報(bào)告[R].西安理工大學(xué)水電學(xué)院，碧口水力發(fā)電廠.2007.