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        某水利樞紐工程震后監(jiān)測(cè)資料分析及震后安全評(píng)價(jià)

        2010-07-12 09:58:54王迎春張子鳳
        中國水利 2010年10期
        關(guān)鍵詞:測(cè)壓管心墻壩體

        王迎春,張子鳳

        (新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局,830000,烏魯木齊)

        某水利樞紐工程位于強(qiáng)震區(qū),其大壩工程為百米高土壩,同時(shí)具有高壩大庫的特點(diǎn)。大壩為黏土心墻堆石壩,心墻土料采用風(fēng)積黃土,抗沖蝕性能和適應(yīng)變形能力相對(duì)較弱,鑒于工程的特殊性和重要性,大壩內(nèi)布置了較為全面的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。工程于2001年開工建設(shè),2005年完建。2007年7月20日18時(shí)06分53.0秒 (北京時(shí)間)工程壩址附近發(fā)生里氏5.7級(jí)地震,震源深度為9.7 km,震中距大壩壩址約47 km,工程區(qū)震感強(qiáng)烈,震中附近村莊由于房屋倒塌和破壞造成5 074戶約1.9萬人失去住所,災(zāi)區(qū)戶數(shù)共30 311戶,災(zāi)區(qū)人口約115 845人,地震未造成人員傷亡。經(jīng)過地震現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害損失評(píng)估,此次地震直接經(jīng)濟(jì)損失為11 060.33萬元。這是工程建設(shè)以來所經(jīng)歷的最大一次地震。震后樞紐管理單位立即組織對(duì)工程進(jìn)行了外觀檢查和安全監(jiān)測(cè)。

        一、強(qiáng)震數(shù)據(jù)處理

        由于工程處于強(qiáng)震區(qū),大壩地震設(shè)防烈度為Ⅸ度,因此,地震監(jiān)測(cè)也是工程的一項(xiàng)重要監(jiān)測(cè)內(nèi)容。樞紐四周設(shè)四個(gè)地震監(jiān)測(cè)臺(tái),并在大壩壩頂和壩后坡安裝了強(qiáng)震儀進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)。地震時(shí)捕捉到的加速度過程見圖1,絕對(duì)加速度反應(yīng)譜見圖2。

        根據(jù)圖1、圖 2綜合分析:峰值加速度 123.371gal,持時(shí) 9.9sec,卓越頻率2.03Hz,三要素判定為Ⅶ度;反 應(yīng) 譜 值 (gal)8Hz-401.378,5Hz-348.902,2Hz-127.36,1Hz-15.2678,反應(yīng)譜判定為Ⅶ度;參考烈度值一次方加權(quán)為Ⅵ度,參考烈度值二次方加權(quán)為Ⅵ度;根據(jù)地震專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)的科學(xué)考察,最終確定工程區(qū)位于Ⅵ度區(qū)。

        二、震后樞紐工程外觀檢查

        地震發(fā)生后,樞紐管理單位立即組織有關(guān)工作人員對(duì)庫、壩區(qū)水工建筑物及發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了巡視檢查,重點(diǎn)對(duì)大壩工程、聯(lián)合進(jìn)水口、發(fā)電廠房進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)壩體裂縫、大壩上下游滑坡、塌坑等異?,F(xiàn)象,水庫水面、壩基滲流未見異常。泄洪洞、溢洪洞、排沙洞未發(fā)現(xiàn)裂縫、坍塌等,其主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,閘門啟閉設(shè)備運(yùn)行正常。觀察發(fā)現(xiàn)上游庫岸部分地段有少量坍塌、滑坡等現(xiàn)象,下游河道內(nèi)未見坍岸、滑坡、淤積等現(xiàn)象。

        三、震前震后工程安全監(jiān)測(cè)資料分析

        1.大壩監(jiān)測(cè)布置情況

        該水利樞紐工程大壩為心墻堆石壩,心墻土料為風(fēng)積黃土,屬粉質(zhì)壤土,土體抗沖蝕能力低。根據(jù)壩體設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)原則,壩體內(nèi)外布置了變形、滲流、土壓力、體應(yīng)變等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,主要布置于0+060 m、0+123.5 m、0+175 m、0+223 m、0+270 m五大典型斷面,其中0+175 m斷面為主監(jiān)測(cè)斷面,具體布置見圖3。

        2.內(nèi)部外部變形監(jiān)測(cè)

        (1)內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

        壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)包括心墻內(nèi)部的沉降和水平位移,在選定的五大典型斷面上分別布置有沉降及測(cè)斜管監(jiān)測(cè)內(nèi)部變形情況。五斷面沉降及測(cè)斜震前震后測(cè)值穩(wěn)定,僅大壩主監(jiān)測(cè)斷面990 m高程壩內(nèi)心墻測(cè)點(diǎn)向下游位移 0.01 m,21日 0:30恢復(fù)震前測(cè)值。

        (2)外部(表面)變形監(jiān)測(cè)

        在壩頂平行壩軸線的上、下游各布置一條監(jiān)測(cè)縱斷面,下游壩坡布置三條監(jiān)測(cè)縱斷面,監(jiān)測(cè)壩體表面變形。三條監(jiān)測(cè)斷面震前震后測(cè)值穩(wěn)定,無異常突變。

        3.大壩滲壓監(jiān)測(cè)

        (1)大壩帷幕前后滲壓監(jiān)測(cè)

        震前帷幕前后各斷面滲壓水位表現(xiàn)于左岸斷面大于河床斷面,河床斷面大于右岸斷面(0+123.5 m>0+175 m>0+223 m)的趨勢(shì),與庫水位相關(guān)性較好,帷幕前滲壓水位與庫水位存在5~30 m水頭差,帷幕后滲壓水位與庫水位存在30~49 m水頭差;震后帷幕前后各斷面滲壓水位保持了震前的變化趨勢(shì)和水頭差,未見異常突變。

        (2)大壩心墻內(nèi)滲壓監(jiān)測(cè)

        心墻內(nèi)滲壓主要采用滲壓計(jì)和測(cè)壓管監(jiān)測(cè)壩體滲壓情況。監(jiān)測(cè)分析震前震后心墻內(nèi)滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)水位平穩(wěn),最大變幅0.02 m,無異常突變,變化過程見圖4;震前震后測(cè)壓管監(jiān)測(cè)滲壓水位總體呈上升趨勢(shì),且震后上升速率大于震前,震后水位上升0.29 m,變化過程見圖5。

        (3)異常分析

        心墻測(cè)壓管UP1震后測(cè)值上升0.29 m,震前上升速率為0.13 m/d,震后上升速率為0.18 m/d,至7月24日上升速率增加至0.33 m/d,7月25日上升速率開始下降并恢復(fù)到0.15 m/d。通過長序列數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)測(cè)壓管UP1震前震后測(cè)值變化曲線光滑,未見明顯突變點(diǎn),說明此次地震對(duì)心墻內(nèi)滲壓水位的影響已恢復(fù)正常。

        (4)大壩壩殼料內(nèi)滲壓監(jiān)測(cè)

        主要采用滲壓計(jì)和測(cè)壓管監(jiān)測(cè)壩殼滲壓情況,震前大壩壩殼料滲壓水位平穩(wěn),地震當(dāng)天滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)滲壓水位均降低0.04~0.08 m,震后一周內(nèi)恢復(fù)到震前水平,具體測(cè)值見表3;測(cè)壓管監(jiān)測(cè)水位平穩(wěn),未見上升和下降的趨勢(shì)。

        4.大壩土壓力監(jiān)測(cè)

        (1)土壓監(jiān)測(cè)

        0+175 m河床監(jiān)測(cè)斷面各測(cè)點(diǎn)土壓力計(jì)震前震后測(cè)值穩(wěn)定,未見異常突變。0+270 m斷面、0+223 m斷面、0+060 m斷面左右岸測(cè)壓方向土壓力計(jì)震前測(cè)值穩(wěn)定,震后呈緩慢增加的趨勢(shì) (0.01MPa/13d), 其他測(cè)壓方向(上下游方向及垂直方向)未見異常變化。

        (2)異常分析

        大壩兩岸三斷面(0+270 m斷面、0+223 m斷面、0+060 m斷面)土壓力計(jì)左右岸方向土壓力計(jì)震前震后測(cè)值長序列分析,發(fā)現(xiàn)震后該方向土壓力增加的幅度較小,且歷年同期該方向土壓力測(cè)值隨水庫水位的上升也存在緩慢增加的趨勢(shì),說明大壩兩岸三斷面左右岸方向土壓力計(jì)震后呈現(xiàn)的小幅增長趨勢(shì)與本次發(fā)生在工程附近的5.7級(jí)地震關(guān)系甚微。

        5.繞壩滲流監(jiān)測(cè)

        (1)左岸繞滲監(jiān)測(cè)

        左岸 UP5、UP6、UP7、UP8 四測(cè)壓管震前總體呈穩(wěn)定趨勢(shì),震后UP5、UP8均顯突升,突升0.01~0.02 m,震后1日內(nèi)恢復(fù)震前水平;UP6震后呈緩降趨勢(shì);UP7震前震后穩(wěn)定。

        (2)右岸繞滲監(jiān)測(cè)

        右岸 UP8、UP9、UP10、UP11 四測(cè)壓管變化各不同。UP9震前呈波動(dòng)上升趨勢(shì),但震后呈快速下降趨勢(shì),震后1日水位下降2.48 m;UP10震前呈緩升趨勢(shì),震后趨于穩(wěn)定;UP11震前呈緩升趨勢(shì),震后趨于緩降;UP12震前震后均呈緩降趨勢(shì)。

        (3)異常分析監(jiān)測(cè)

        綜 上 所 述 UP5、UP8、UP9 三 測(cè)壓管震前震后存在相對(duì)異常變幅,將三測(cè)壓管2006至2008年三年測(cè)值進(jìn)行長序列分析。UP5在939.10~939.70 m之間波動(dòng),與庫水位存在一定的相關(guān)性,變幅為0.60 m,見圖6;UP8在914.61~915.37 m之間波動(dòng),變幅為0.76 m,與庫水位無明顯的相關(guān)性,但受左岸邊坡地下水位及降雨等的影響,年內(nèi)變化呈現(xiàn)波動(dòng)性,見圖7;UP9 在 941.26~956.95 m 之間波動(dòng),變幅為15.69 m,與庫水位存在一定的相關(guān)性,與UP8相似,同樣存在受右岸邊坡地下水位及降雨等的影響,年內(nèi)變化呈波動(dòng)性,見圖8。因此可以判斷UP-05震后呈現(xiàn)的測(cè)值突升現(xiàn)象一方面與庫水位的上升存在一定相關(guān)性,同時(shí)也在一定程度上表現(xiàn)了震后大壩左岸地下水位的規(guī)律;UP-08、UP-09在震后出現(xiàn)的測(cè)值異常,主要是受岸坡地下水位及降雨等的影響,也反映了岸坡地下水位的變化規(guī)律。

        表3 大壩壩殼料滲壓水位監(jiān)測(cè)表 單位:m

        四、震后工程安全評(píng)價(jià)

        通過現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查和震前震后安全監(jiān)測(cè)資料的綜合分析,得出以下結(jié)論:

        從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況看,震后大壩壩體、引泄水建筑物、發(fā)電廠房未出現(xiàn)裂縫,各建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全,閘門啟閉設(shè)備運(yùn)行正常。

        大壩內(nèi)部、表面變形不大,水平位移量小,豎向位移總體表現(xiàn)為沉降,震前震后無較大突變,符合大壩變形一般規(guī)律;大壩土壓力上下游方向和垂直方向測(cè)值穩(wěn)定,震前震后無明顯變化,左右岸方向土壓力震后出現(xiàn)小幅增加趨勢(shì),但變化規(guī)律與同期相似,說明大壩土壓力受地震影響較小;大壩帷幕前后、心墻及壩殼料內(nèi)滲壓受地震影響滲壓測(cè)值出現(xiàn)不同變幅異常,但在震后較短時(shí)間內(nèi)均恢復(fù)了正常,且總趨勢(shì)符合滲壓水位長期變化規(guī)律,從測(cè)值長序列分析可以判定大壩滲透處于穩(wěn)定狀態(tài);大壩左右岸繞壩滲流主要受上游水位、邊坡地下水位及降雨等的影響,在震后呈現(xiàn)短時(shí)異常變幅,但不同部位滲流主導(dǎo)因素不同,從一定程度上反映了震前震后岸坡地下水位的變化規(guī)律,大壩壩體及左右岸滲流變化符合一般規(guī)律,總體是穩(wěn)定的??傮w而言,“7·20”地震對(duì)工程產(chǎn)生了一定的影響,但由于工程設(shè)防烈度高,沒有對(duì)工程造成實(shí)質(zhì)性危害,工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。

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