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        烏拉泊水庫大壩沉降監(jiān)測的分析

        2017-12-11 12:23:43李金成烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司
        河南水利與南水北調(diào) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:過程線烏拉標(biāo)點(diǎn)

        □李金成(烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司)

        烏拉泊水庫大壩沉降監(jiān)測的分析

        □李金成(烏魯木齊水業(yè)集團(tuán)有限公司)

        文章以烏拉泊水庫為例,介紹了水庫大壩內(nèi)部變形監(jiān)測情況,通過選取具有代表性的樁號(hào)標(biāo)點(diǎn)繪制大壩累計(jì)沉降過程線,對大壩建成以來壩體壩基沉降變化分布規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)研究和探討,并通過建立累計(jì)沉降量s與時(shí)間t之間的雙曲線函數(shù)關(guān)系進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)的回歸分析。結(jié)果表明,所建立的函數(shù)模型與大壩實(shí)際沉降情況基本吻合,通過該模型既可以進(jìn)行大壩運(yùn)行期間各個(gè)時(shí)間沉降量的推算,又可以對模型參數(shù)實(shí)時(shí)修正。

        水庫;大壩;沉降監(jiān)測;分析

        1 工程概況

        烏拉泊水庫始建于1959年,水庫設(shè)計(jì)庫容5784萬m3,1961年建成并投入使用,受當(dāng)時(shí)條件限制水庫在防洪、抗?jié)B、抗震方面均存在隱患。1975年和1978年被列為全國重點(diǎn)病險(xiǎn)水庫和重點(diǎn)抗震加固水庫。烏拉泊水庫位于達(dá)坂城~柴窩堡洼地的西部,水庫以北4 km處為烏拉泊斷裂(F1)、15 km處為妖魔山斷裂(F2),兩斷裂均為區(qū)域性活動(dòng)斷裂,尤其后者近期斷裂活動(dòng)比較強(qiáng)烈,是一條至今仍在活動(dòng)并有發(fā)生潛在中強(qiáng)震能力的斷裂。據(jù)《中國地震烈度區(qū)劃圖》,該區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000),烏拉泊水庫屬大(1)型Ⅰ等工程,其主要建筑物大壩、泄洪建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì),次要建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì),臨時(shí)建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)。水庫大壩為粘土心墻壩,壩長1.05 km,最大壩高27.60 m,壩頂高程1089.60m,壩頂寬6 m。壩頂防浪墻頂高程1090.80m。上游壩坡1086m高程以上為1:3.00,樁號(hào)0+530-1050m壩段上游壩坡1 086m高程以下至壩腳,壩坡為1:4.50,1086m高程以上至壩頂,壩坡為1:3,采用現(xiàn)澆150 mm厚混凝土護(hù)坡,下游壩坡加厚修整為1:2.25,再鋪設(shè)厚60mm預(yù)制混凝土六棱塊,壩頂為混凝土路面。

        2 水庫大壩沉降監(jiān)測分析

        2.1 壩體表面沉降監(jiān)測設(shè)施

        烏拉泊水庫壩體沉降和位移主要發(fā)生在施工期內(nèi),用于壩體內(nèi)部沉降位移觀測的標(biāo)點(diǎn)為事先埋設(shè),而僅有的是主壩面沉降與位移的表面式監(jiān)測標(biāo)點(diǎn),從施工開始后一直處于監(jiān)測狀態(tài),收集了大量數(shù)據(jù)資料,可以通過分析歸納土壩沉降規(guī)律,對大壩運(yùn)行情況加以判斷。

        2.2 沉降過程線及回歸分析

        2.2.1 沉降過程線

        以水庫所在流域下游靠近壩頂標(biāo)點(diǎn)位置的歷年觀測資料進(jìn)行分析,烏拉泊水庫于2008年開始進(jìn)行沉降觀測,文章選取具有代表性的樁號(hào)標(biāo)點(diǎn)繪制施工期內(nèi)累計(jì)沉降量過程線,詳見圖1。

        圖1 施工期內(nèi)累計(jì)沉降量過程線圖

        由圖1可見,主壩沉降的初期,壩體沉降量增加較快,隨著時(shí)間的推移,在主壩沉降后期緩慢增加,至2011年逐漸趨于穩(wěn)定,由于樁號(hào)0+200和0+380具有較大的填土高度,所以按照土石壩沉降規(guī)律,其填土高度比樁號(hào)0+500大。

        沉降量絕對值大小受填土高度影響較大,沉降量與壩高之比即為沉降率,沉降率是判斷大壩是否存在裂縫的常用指標(biāo),根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),大壩完工或沉降率<1%不會(huì)產(chǎn)生裂縫,而沉降率>3%則產(chǎn)生裂縫的可能性較大。結(jié)合烏拉泊水庫大壩歷年觀測資料來看,各標(biāo)點(diǎn)沉降率均較小,充分表明大壩碾壓質(zhì)量好,抗裂強(qiáng)度高,產(chǎn)生裂縫可能性小,詳見表1。

        2.2.2 回歸分析

        結(jié)合圖1,利用經(jīng)驗(yàn)公式1/s=α+b/t建立累計(jì)沉降量s與時(shí)間t之間的雙曲線函數(shù)關(guān)系。2011年受氣候環(huán)境因素變化的影響,沉降量變動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化,故以2011年為界限,分為前后兩個(gè)階段進(jìn)行代表性標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的回歸分析,結(jié)果見表2。

        表1 烏拉泊水庫各標(biāo)點(diǎn)沉降率表

        表2 回歸方程成果計(jì)算表

        由表2可見,沉降量與時(shí)間之間相關(guān)系數(shù)較大(接近1),表明了回歸方程具有高度顯著的相關(guān)關(guān)系,將兩個(gè)時(shí)間序列回歸方程計(jì)算結(jié)果與沉降實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn),2008-2011年沉降量差值為8 mm,2012~2016年沉降量差值為7 mm,也表明了沉降量實(shí)測過程線與回歸方程具有良好的擬合效果,烏拉泊水庫大壩累計(jì)沉降量與時(shí)間呈雙曲線函數(shù)關(guān)系,所建立方程完全符合大壩沉降規(guī)律。根據(jù)上述模型,還可以對大壩未來時(shí)期內(nèi)沉降情況進(jìn)行合理預(yù)測,繪制沉降預(yù)測曲線,并計(jì)算出具體的沉降趨勢和相應(yīng)時(shí)點(diǎn)的沉降量。利用模型進(jìn)行下一次沉降監(jiān)測,將實(shí)測沉降量數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證,以達(dá)到實(shí)時(shí)修正模型和模型參數(shù)的目的。

        2.3 壩體沉降

        2.3.1 沉降階段性分析

        烏拉泊水庫大壩壩體所出現(xiàn)的最大沉降值為19.35 cm,出現(xiàn)在0+180.00斷面1 089.60 m高程處,沉降量為壩體高的0.81%,近2 a來壩體沉降量增加很小。壩體沉降幾乎都發(fā)生在施工期內(nèi),由于大壩在施工中持續(xù)填筑及水庫蓄水的共同作用,測點(diǎn)處發(fā)生較快的沉降,但是其中主要原因還在于壩體填筑強(qiáng)度的增大,水庫蓄水影響較弱。填筑完成施工結(jié)束后,沉降速度大大減弱,可見壩體填筑速度和高度是影響壩體沉降的兩個(gè)關(guān)鍵量。

        如上分析,壩體最大沉降值出現(xiàn)在高程最大的中間斷面壩軸線附近,為此筆者選取壩體不同高程壩軸線附近的測點(diǎn),進(jìn)行沉降量統(tǒng)計(jì),詳見表3。

        表3 大壩各測點(diǎn)沉降量統(tǒng)計(jì)表

        從表3可見,1086m高程以下壩體在大壩蓄水前已經(jīng)完成了80%沉降量,而到大壩完工前已經(jīng)完成95%沉降量,壩體沉降已趨于穩(wěn)定。

        2.3.2 沉降分布分析

        根據(jù)對烏拉泊水庫大壩沉降的監(jiān)測分析結(jié)果,壩體中間斷面最容易發(fā)生沉降,上游側(cè)沉降和壩體下層沉降次之,在施工完建后期沉降量激增,這種變形使大壩壩面沿壩坡向受壓嚴(yán)重,且因壩體向下游發(fā)生傾斜變形而出現(xiàn)大量水平走向裂縫。壩體填筑結(jié)束后,累計(jì)沉降量僅為28.30 cm,總體而言,壩體沉降量并不嚴(yán)重,分布較集中,沉降變形較協(xié)調(diào)。

        3 結(jié)論

        水庫大壩沉降監(jiān)測工作較為復(fù)雜且要求較高,文章對烏拉泊水庫大壩自2008年安裝沉降觀測設(shè)備以來沉降監(jiān)測情況進(jìn)行闡述,清晰地表明了水庫大壩沉降量始終處于可接受范圍內(nèi),整體沉降量較小,而且根據(jù)預(yù)測,大壩整體情況安全,沉降量數(shù)據(jù)的變化基本穩(wěn)定。為保證監(jiān)測所獲得大壩變形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確,需要縮短觀測周期、提高觀測次數(shù),進(jìn)行定期檢測,為降低觀測成本,往往可以通過利用插值法,在沒有觀測的時(shí)間里通過插值進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取和結(jié)果的驗(yàn)證。

        [1]譚濤,某平原水庫大壩外部變形監(jiān)測分析[J],水利科技與經(jīng)濟(jì),2015(8):110-112.

        [2]董燕楓,安徽港口灣水庫大壩沉降分析[J],安徽建筑,2015,22(6):195-196.

        [3]鄭建媛,崔柏昱,珊溪水庫大壩沉降監(jiān)測分析[J],浙江水利科技,2011(11):46-48.

        TV698.1

        B

        1673-8853(2017)11-0082-02

        李金成(1978.11-)男,工程師,主要從事水利水電工程運(yùn)行管理工作。

        2017-9-22

        編輯:符蕾

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