金永超

（新疆沙灣縣金溝河水管所，新疆 沙灣 832100）

1 工程概況

新疆沙灣縣柳樹(shù)溝水庫(kù)位于天山北緣、金溝河與準(zhǔn)格爾盆地南緣所形成的山前沖擊平原，與沙灣縣城相距24.8 km。柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩為瀝青砼心墻砂礫石壩，其建筑物等級(jí)為4 級(jí)。水庫(kù)正常蓄水位425.88 m，死水位為419.68 m，壩頂高程427.40 m，防浪墻頂高程428.60 m，壩頂總長(zhǎng)度4394 m，主壩段壩頂長(zhǎng)755 m，壩頂寬8.0 m，壩底寬度63.7 m，東壩長(zhǎng)1956 m，西壩長(zhǎng)1683 m，最大壩高12.35 m。大壩上游壩坡坡比為1∶2.5，大壩下游壩坡坡比為1∶2.0，排水棱體頂寬3.0 m，坡比1∶1.9。大壩下游馬道結(jié)合上壩公路設(shè)置，馬道寬8.0 m。上游壩坡采用250 mm 厚的現(xiàn)澆C25 砼板護(hù)坡，下游壩坡采用150 mm厚預(yù)制網(wǎng)格梁護(hù)坡。水庫(kù)自2000年投入運(yùn)行以來(lái)，壩基和壩肩一度出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏和壩坡散浸，于2017年對(duì)壩基和壩肩地進(jìn)行了固結(jié)灌漿加固。

2 水庫(kù)大壩地質(zhì)條件

柳樹(shù)溝水庫(kù)位于山前丘陵區(qū)的金溝河和瑪納斯河河間沖洪積平原堆積帶，以第四紀(jì)全新世沖洪積堆積為主。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g（地震基本烈度為Ⅶ度）。庫(kù)區(qū)地層由第四紀(jì)全新世沖洪積堆積（Q4al+pl）組成，巖性以粘性土和粉細(xì)砂為主，微～弱透水，地下水埋深由庫(kù)區(qū)上游至下游由深變淺，地下水由南向北排泄。庫(kù)岸無(wú)高陡邊坡，相對(duì)穩(wěn)定。

庫(kù)區(qū)主要工程地質(zhì)問(wèn)題是：①水庫(kù)淹沒(méi)、浸沒(méi)問(wèn)題，當(dāng)庫(kù)水位在高水位時(shí)，將因風(fēng)浪作用淹沒(méi)兩座泵房并危及西北側(cè)居民住宅，壩后地下水位上升產(chǎn)生次生鹽漬化及沼澤。建議沿庫(kù)區(qū)周圍多種植草木，并在壩后開(kāi)挖排水渠，從而降低地下水位、減輕壩后的次生鹽漬化；②水庫(kù)區(qū)塌岸問(wèn)題，對(duì)庫(kù)區(qū)兩岸陡直邊坡及右岸單薄岸坡在庫(kù)水位陡漲、驟降時(shí)將會(huì)加速塌岸過(guò)程，使水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)存在漫頂潰壩風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)勘察結(jié)果水庫(kù)大壩壩體存在如下質(zhì)量問(wèn)題：①壩體壓實(shí)系數(shù)0.84，壓實(shí)度較差，且不均勻，大壩土體具中等～高壓縮性；②壩體土滲透系數(shù)4.29×10-4～7.82×10-4cm/s，按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001），均質(zhì)壩土料壓實(shí)后滲透系數(shù)指標(biāo)應(yīng)小于1×10-4cm/s；③大壩迎水坡無(wú)襯護(hù)，無(wú)非常溢洪道，且放水涵洞淤積嚴(yán)重，不利于大壩安全運(yùn)行。

3 浸潤(rùn)線觀測(cè)過(guò)程及結(jié)果

3.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

本水庫(kù)大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)設(shè)備為測(cè)壓管，在測(cè)驗(yàn)管內(nèi)設(shè)置滲壓計(jì)和繩式電測(cè)水位計(jì)，5 d 觀測(cè)數(shù)據(jù)為一組。根據(jù)水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)及觀測(cè)需要，設(shè)置14個(gè)測(cè)點(diǎn)并以此編號(hào)為D1～D14，其中D1～D6 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在大壩橫斷面，主要用于壩頂及壩坡的浸潤(rùn)觀測(cè)，D1 和D3 測(cè)點(diǎn)設(shè)置在壩體心墻墻體內(nèi)，D2 測(cè)點(diǎn)設(shè)在防滲心墻后面基巖，D4～D6測(cè)點(diǎn)穿過(guò)水庫(kù)大壩壩殼料設(shè)置；D7～D10 測(cè)點(diǎn)主要進(jìn)行岸坡浸潤(rùn)線變動(dòng)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)；D11～D14測(cè)點(diǎn)主要進(jìn)行岸坡固結(jié)灌漿防滲加固效果檢測(cè)。

3.2 大壩主斷面浸潤(rùn)線觀測(cè)

庫(kù)水位與壩體浸潤(rùn)線變動(dòng)存在密切關(guān)系，為此，必須結(jié)合水庫(kù)蓄水放水過(guò)程進(jìn)行壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)分析。對(duì)柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩主斷面浸潤(rùn)線分析以測(cè)壓管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主，庫(kù)水位整體歷經(jīng)多次變動(dòng)，峰值出現(xiàn)在每年3～4月，低谷則在7～8月，其余時(shí)段變化過(guò)程緩慢。主壩測(cè)壓管水位變動(dòng)與庫(kù)水位變動(dòng)趨勢(shì)接近，測(cè)壓管水位平均變幅為1.5 m，隨著庫(kù)水位高程的變化，D1 和D3 檢測(cè)管水位波動(dòng)趨于平穩(wěn)，且檢測(cè)管越靠近下游其波動(dòng)幅度越小，說(shuō)明水庫(kù)壩體防滲結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，壩殼排水性能良好。

壩體滲流觀測(cè)及浸潤(rùn)線情況分析表明，在水庫(kù)壩體結(jié)構(gòu)、測(cè)點(diǎn)設(shè)置、不穩(wěn)定滲流等影響下，在庫(kù)水位開(kāi)始變化到測(cè)壓管水位出現(xiàn)相應(yīng)變化之間存在時(shí)間延遲，浸潤(rùn)線比庫(kù)水位變化滯后。在水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，水位及砂礫石壩浸潤(rùn)線始終處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，而且壩體內(nèi)無(wú)壓滲流也呈不穩(wěn)定變化，這種不穩(wěn)定與滯后性難以避免?？紤]到壩體內(nèi)滲流場(chǎng)持續(xù)變動(dòng)的情況，進(jìn)行壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)分析時(shí)只能基于特征水位并按時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行其內(nèi)部滲流斷面浸潤(rùn)線分析，但只要滯后時(shí)間長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，浸潤(rùn)線便能在一定程度上反映出壩體穩(wěn)定情況。此次對(duì)柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩浸潤(rùn)線觀測(cè)滯后時(shí)間為10～13 d，且較穩(wěn)定，表明水庫(kù)大壩壩體滲流基本穩(wěn)定。

3.3 左右岸邊坡浸潤(rùn)線觀測(cè)

柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩壩坡巖層破碎，繞滲可能性較大，水庫(kù)除險(xiǎn)加固過(guò)程中進(jìn)行了兩岸壩坡固結(jié)灌漿處理，左右岸坡設(shè)置的D11～D14測(cè)點(diǎn)主要用于防滲加固效果檢測(cè)。對(duì)左右岸坡滲壓水位變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明：壩肩測(cè)壓管水位和庫(kù)水位正向相關(guān)，庫(kù)水位為425.88 m 時(shí)，右岸壩肩帷幕區(qū)測(cè)壓管水位、馬道水位、后壩坡水位分別為429.96 m、437.91 m、436.20 m；左岸壩肩帷幕區(qū)帷幕前后測(cè)壓管水位分別為427.85 m、428.47 m。通過(guò)對(duì)帷幕防滲加固前后測(cè)壓管水位變化情況的分析，滲壓水頭折減幅度小，而實(shí)測(cè)結(jié)果表示，大壩壩體并未出現(xiàn)滲流溢出及巖體潮濕問(wèn)題。

柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩壩肩浸潤(rùn)線超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要由其左、右岸壩肩處滲壓水位偏高導(dǎo)致，其壩肩滲壓水位偏高主要由以下原因引起：庫(kù)岸岸坡除險(xiǎn)加固后山體中仍存在微弱滲流；岸坡巖層內(nèi)孔隙發(fā)育，山體內(nèi)孔隙毛細(xì)作用頻繁且山體內(nèi)排水不暢。固結(jié)灌漿加固前后滲壓水位折減幅度不大，但壩肩滲流水位變動(dòng)規(guī)律與庫(kù)水位一致，所以水庫(kù)左、右岸壩肩滲流基本穩(wěn)定。

3.4 壩坡穩(wěn)定性分析

為進(jìn)行觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證，必須對(duì)水庫(kù)穩(wěn)定性進(jìn)行理論計(jì)算，計(jì)算前進(jìn)行大壩土體物理力學(xué)指標(biāo)鉆孔取樣測(cè)試，設(shè)置6個(gè)鉆孔，壩體鉆孔檢查取得土體樣本40組，土體物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩心墻墻體為沙壤土，滲透系數(shù)低，隨著庫(kù)水位的急劇下降，壩體浸潤(rùn)線水位并不會(huì)表面出明顯的波動(dòng)，考慮到大壩安全運(yùn)行實(shí)際，壩坡穩(wěn)定性分析仍以穩(wěn)定滲流期內(nèi)心墻浸潤(rùn)線為基礎(chǔ)，只考慮水庫(kù)以外水位下降對(duì)水庫(kù)大壩穩(wěn)定性的影響。

穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的《穩(wěn)定分析軟件》進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為瑞典圓弧法[1]。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）的規(guī)定，在柳樹(shù)溝水庫(kù)正常蓄水位上下游大壩壩坡、庫(kù)水位急劇下降時(shí)上游壩坡及正常蓄水位遇7級(jí)地震時(shí)上下游壩坡3種工況下進(jìn)行大壩壩坡抗滑穩(wěn)定性分析[2]。

（1）工況一：正常蓄水位（425.88 m）穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡計(jì)算所得抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K上=2.930，K下=1.701＞[K允許]=1.25。

（2）工況二：①施工期的上、下游壩坡計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K上=2.392，K下=2.848＞[K允許]=1.15；②水庫(kù)水位驟降時(shí)的上游壩坡，水位由正常蓄水位425.88 m，驟降至死水位419.68 m，上游壩坡計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K上=2.271＞[K允許]=1.15。

（3）工況三：①正常運(yùn)用遭遇地震（正常蓄水位425.88 m）上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為K上=2.653，K下=1.613＞[K允許]=1.10；②水庫(kù)水位在1/3 壩高時(shí)遭遇地震，水位在1/3 壩高（高程419.20），上游壩坡計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為K上=2.448＞[K允許]=1.10。

柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，大壩樁號(hào)0+100 斷面在水位高于1/3 壩高遇地震工況時(shí)上游壩坡計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.653，大于規(guī)范允許最小安全系數(shù)1.15；水庫(kù)大壩樁號(hào)0+400 斷面在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期遇地震工況時(shí)上游壩坡計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.448，大于規(guī)范允許最小安全系數(shù)1.1，均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

浸潤(rùn)線是水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目。在水庫(kù)大壩壩體和壩基位置設(shè)置測(cè)壓管與滲壓計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，了解和掌握水庫(kù)大壩內(nèi)部及地基滲流場(chǎng)情況，是進(jìn)行砂礫石壩內(nèi)部滲流及運(yùn)行安全程度判斷的手段。柳樹(shù)溝水庫(kù)大壩采取防滲加固措施后，防滲抗?jié)B體性能良好，壩體滲流穩(wěn)定，滲流經(jīng)心墻后通過(guò)預(yù)定排水通道排入壩后河道；兩岸壩肩滲流穩(wěn)定，壩肩巖體滲壓水位偏高，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)觀測(cè)分析。