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(xiǎn)加固工程安全監(jiān)測(cè)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(yáng)壓力和滲漏量觀測(cè)資料分析，評(píng)價(jià)大壩除險(xiǎn)加固效果。監(jiān)測(cè)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，隨氣溫升高而減小；壩基揚(yáng)壓力系數(shù)，在正常范圍內(nèi)，加固后河床壩段U2 ～ U5揚(yáng)壓力系數(shù)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(nèi)；高水位時(shí)（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(yáng)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(jī)容量2×5 000 kW，屬Ⅲ等工程，是一座以灌溉、供水為主，結(jié)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(xì)骨料混凝土砌石重力壩，壩頂總長(zhǎng)度237.5 m，壩頂寬6.0 m。

沙畈水庫工程于1992年6月動(dòng)工興建，2001年1月竣工。2012年經(jīng)大壩安全鑒定，等級(jí)為二類壩。安全鑒定發(fā)現(xiàn)：大壩2#壩段U2測(cè)孔、3#壩段U3測(cè)孔揚(yáng)壓力有所升高，而且還有繼續(xù)升高的趨勢(shì)，揚(yáng)壓力系數(shù)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(yùn)行，沙畈水庫需進(jìn)行除險(xiǎn)加固。沙畈水庫除險(xiǎn)加固工程主要設(shè)置大壩表面位移、橫縫開合度、揚(yáng)壓力、滲漏量、繞壩滲流、環(huán)境量、水位等觀測(cè)項(xiàng)目，除了大壩表面位移，其余監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)[1]。本文著重介紹重力壩的橫縫開合度、壩基揚(yáng)壓力和滲漏量觀測(cè)資料分析，以評(píng)價(jià)大壩加固效果。

2 主要監(jiān)測(cè)儀器布置

2.1 橫縫開合度監(jiān)測(cè)

在現(xiàn)有21個(gè)測(cè)縫儀旁，安裝埋設(shè)21支單向振弦式測(cè)縫計(jì)，實(shí)現(xiàn)大壩橫縫開合度的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，具體布置見表1。

表1 測(cè)縫計(jì)布置表

2.2 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

本工程布置了13支揚(yáng)壓力測(cè)壓管，位于基礎(chǔ)灌漿廊道和橫向檢查廊道，測(cè)壓管內(nèi)各置1支滲壓計(jì)，具體布置見表2。

表2 壩基揚(yáng)壓力滲壓計(jì)布置表

2.3 滲流量監(jiān)測(cè)

廊道排水溝內(nèi)布設(shè)6套量水堰，其中LS1 ～ LS4量水堰池內(nèi)各安裝1套精密量水堰計(jì)，以實(shí)現(xiàn)滲流量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。滲流量綜合反映壩基灌漿帷幕的防滲效果。

3 橫縫監(jiān)測(cè)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(chǔ)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(duì)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(shí)測(cè)資料表明，其主要受水壓、溫度以及時(shí)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(shí)效因素引起的接縫開合度分量，各參數(shù)單位為mm。

壩體接縫開合度統(tǒng)計(jì)模型可進(jìn)一步表述為[2]：

式中：ai為上游水深的回歸系數(shù)(mm·m-1)，H為上游水深(m)；bi為壩體混凝土溫度的回歸系數(shù)(mm·℃-1)；T1、T2、T3、T4、T5、T6為觀測(cè)日當(dāng)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(cè)日開始的天數(shù)除以100，a0為常數(shù)項(xiàng)(mm)，c1、c2為時(shí)效分量的回歸系數(shù)(mm·d-1)。

基于上述統(tǒng)計(jì)回歸模型，表4給出了壩體接縫開合度統(tǒng)計(jì)模型的回歸系數(shù)，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(shí)效特性等因素相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)R為0.920 ～ 0.950，均大于0.850；上游水深的回歸系數(shù)ai= 0，壩體混凝土溫度的回歸系數(shù)綜合為負(fù)值，時(shí)效分量的回歸系數(shù)綜合為零或負(fù)值，目前時(shí)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(shì)。

表4 壩體接縫開合度統(tǒng)計(jì)模型的回歸系數(shù)表

圖2 壩體接縫開合度過程線擬合圖

4 壩基揚(yáng)壓力分析

壩基測(cè)壓管水位及揚(yáng)壓力系數(shù)特征值見表5 ～ 7。表5 ～7給出了大壩加固改造前后壩基揚(yáng)壓力系數(shù)的比較結(jié)果。

考慮到大壩右岸U8等壩基揚(yáng)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(yáng)壓力系數(shù)分析時(shí)選擇庫水位270.06 m作為特征點(diǎn)，重點(diǎn)分析庫水位高于270.06 m時(shí)壩基揚(yáng)壓力系數(shù)，以削弱壩岸山體來水對(duì)揚(yáng)壓力系數(shù)分析的干擾。

表5 壩基測(cè)壓管水位及揚(yáng)壓力系數(shù)（灌漿廊道）表

表6壩基測(cè)壓管水位及揚(yáng)壓力系數(shù)（橫向廊道）表

表7 加固前后壩基揚(yáng)壓力系數(shù)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(yáng)壓力系數(shù)低于0.35，河床壩段U2 ～ U5和揚(yáng)1 ～揚(yáng)5揚(yáng)壓力系數(shù)均低于0.21，符合規(guī)范要求；岸坡壩段起始端U6揚(yáng)壓力系數(shù)為0.22 ～ 0.33，在正常范圍內(nèi)。庫水位較低時(shí)，大壩右岸U8測(cè)壓管水位長(zhǎng)期接近或高于庫水位，揚(yáng)壓力系數(shù)偏大，最大值為0.85，主要是靠近壩肩的壩基揚(yáng)壓力受岸坡山體來水影響較大[3]。庫水位高于270.06 m時(shí)，岸坡壩段U1、U7揚(yáng)壓力系數(shù)不高于0.17，河床壩段U2 ～ U5和揚(yáng)1 ～ 揚(yáng)5揚(yáng)壓力系數(shù)均不高于0.17，岸坡壩段起始端U6揚(yáng)壓力系數(shù)為0.24 ～ 0.28，U8揚(yáng)壓力系數(shù)不高于0.38。由此可知，庫水位處于高水位時(shí)壩基揚(yáng)壓力系數(shù)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(yáng)壓力系數(shù)分別為0.33、0.28、0.15、0.26；加固改造后，2014年7月30日對(duì)應(yīng)揚(yáng)壓力系數(shù)分別為0.14、0.14、0.09、0.11，2015年8月17日對(duì)應(yīng)揚(yáng)壓力系數(shù)分別為0.16、0.14、0.10、0.13，2016年9月28日對(duì)應(yīng)揚(yáng)壓力系數(shù)分別為0.15、0.14、0.11、0.14。表明大壩經(jīng)加固改造后河床壩段U2 ～ U5部位壩基揚(yáng)壓力系數(shù)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(cè)結(jié)果見圖3。圖4給出高水位時(shí)（即270.06 ～ 272.05 m）大壩的滲漏量。由圖3和圖4可知，大壩經(jīng)加固改造后至2017年，庫水位介于251.14 ～ 272.05 m時(shí)，總滲漏量介于0.09 ～ 1.31 L·s-1，在正常范圍內(nèi)；庫水位處于高水位時(shí)（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(duì)其也有一定的影響。大壩滲漏量的統(tǒng)計(jì)模型為：

式中：Q為滲漏量的測(cè)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(shí)效分量，各參數(shù)單位為L(zhǎng)·s-1。大壩滲漏量的統(tǒng)計(jì)模型可進(jìn)一步表述為[2]：

式中：H1為監(jiān)測(cè)日的上游水深（m）；H1i為監(jiān)測(cè)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(cè)日開始的天數(shù)除以100；a0為常數(shù)(L·s-1)；aui為上游水深分量的回歸系數(shù)（L·s-1·m-1）；ad為下游水深分量的回歸系數(shù)(L·s-1·m-1)；c1、c2為時(shí)效分量的回歸系數(shù)(L·s-1·d-1)。根據(jù)滲漏量的實(shí)測(cè)資料分析，其統(tǒng)計(jì)回歸模型為：

從式（6）可看出，滲漏量回歸模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R較大，標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(shí)滲漏量加大，溫升時(shí)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(shí)效分量為0.03 L·s-1，數(shù)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(guān)系圖

6 結(jié) 論

沙畈水庫除險(xiǎn)加固工程監(jiān)測(cè)資料分析表明水庫大壩運(yùn)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(nèi)；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(yáng)壓力系數(shù)低于0.35；河床壩段U2 ～ U5和揚(yáng)1 ～ 揚(yáng)5揚(yáng)壓力系數(shù)低于0.21，符合規(guī)范要求；岸坡壩段起始端U6揚(yáng)壓力系數(shù)為0.21 ～ 0.33，在正常范圍內(nèi)。加固改造后河床壩段U2 ～ U5揚(yáng)壓力系數(shù)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(nèi)；高水位時(shí)（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(cè)技術(shù)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(yīng)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(cè)資料分析 [J]．浙江水利科技，2012(3)：63 - 65．

（責(zé)任編輯 郎忘憂）

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

2017-03-27

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