王爭飛

(貴州省松柏山水庫管理處，貴州 貴陽 550000)

1 問題的提出

松柏山水庫位于貴陽市花溪區(qū)境內(nèi)，大壩坐落在松柏橋上游650 m的南明河上，距貴陽市城區(qū)30 km。水庫功能為城市防洪、城市供水、灌溉供水以及生態(tài)用水的綜合性水利工程。松柏山水庫總庫容為4 473萬m3，水庫正常蓄水位1 179.00 m，死水位1 162.40 m。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，水庫規(guī)模屬于中型，工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道、底孔等主要建筑物為3級(jí)。整個(gè)壩體修筑于一個(gè)狹窄的溝谷間。右側(cè)壩肩為古河道沖刷的右側(cè)山體，坡面較陡，故右壩肩伏于右側(cè)山坡基巖。左側(cè)覆蓋層較厚，基巖埋置較深，在壩址處左側(cè)山梁向河道突出，左壩肩乃至部分壩體都伏于突出的山梁之上。

水庫安全評(píng)價(jià)中壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)于水庫大壩安全運(yùn)行作用重大，也是水庫日常運(yùn)行管理的重要方面，通過在大壩不同部位布設(shè)檢測(cè)儀器并定期對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行采集、保存、整理和分析，得出水庫大壩運(yùn)行情況的定量分析，以便水庫管理部門及時(shí)掌握大壩運(yùn)行情況，以便對(duì)水庫安全運(yùn)行提供指導(dǎo)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，在水庫大壩失事事故中約有30%左右均由大壩滲流問題引起，進(jìn)而導(dǎo)致管涌、接觸沖刷、流土等破壞，為此，必須通過合理監(jiān)測(cè)方式的應(yīng)用對(duì)水庫大壩滲流及壩體運(yùn)行情況合理評(píng)估并進(jìn)行壩體質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。

2 水庫大壩壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 水庫大壩壩體質(zhì)量監(jiān)測(cè)發(fā)展歷程

松柏山水庫是貴陽市第一座監(jiān)測(cè)儀器布置較完善的水利工程，1978年4月至1979年6月工程建設(shè)期間，在大壩內(nèi)部的1 136.00 m、1 148.00 m、1 160.00 m 高程共計(jì)埋設(shè)差動(dòng)電阻式儀器 127支。由于各種原因影響，內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器自埋設(shè)完畢后觀測(cè)工作不連續(xù)。1981年1月13日部分儀器觀測(cè)停止，1981年10月21日觀測(cè)工作全部停止；1984 年4月，省水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院和松柏山管理處有關(guān)人員對(duì)內(nèi)部觀測(cè)儀器進(jìn)行了檢修，結(jié)果表明儀器的完好率在80%左右，經(jīng)研究決定恢復(fù)觀測(cè)；同年省水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)1981年以前的觀測(cè)資料進(jìn)行了整編分析和放水彈性應(yīng)力分析；1986年底，由于人員變動(dòng)等諸多因素影響，觀測(cè)工作再次停止；1997年貴州省大壩安全監(jiān)測(cè)中心對(duì)松柏山水庫內(nèi)部觀測(cè)儀器進(jìn)行了鑒定，結(jié)果表明在127支儀器中，共有33支儀器損壞。

2018年11月對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行改造：①新建大壩水平位移控制網(wǎng)，共修建4個(gè)控制網(wǎng)點(diǎn)；新建大壩水準(zhǔn)基點(diǎn)，共修建3個(gè)基點(diǎn)。對(duì)新建控制網(wǎng)及水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行初始測(cè)量。②新增左壩肩邊坡變形監(jiān)測(cè)，共修建表面位移點(diǎn)3個(gè)，分別位于1 151.00 m、1 159.00 m 和1 184.50 m高程，利用新建控制進(jìn)行監(jiān)測(cè)。新增測(cè)斜孔1個(gè)，開孔高程1 151.00 m，終孔高程1 128.00 m，孔深23 m，孔徑φ110 mm，主測(cè)方向?yàn)轫樒孪颍捎枚嗑S度變形測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)。③對(duì)左右壩肩繞滲監(jiān)測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)自動(dòng)化改造，新增滲壓計(jì)6支。④對(duì)左壩肩邊坡及左右壩肩滲流監(jiān)測(cè)實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2.2 大壩位移觀測(cè)結(jié)果

2.2.1 大壩表面水平位移

2020年度觀測(cè)期間庫水位1 172.30～1 178.43 m之間波動(dòng)，最大變幅6.13 m。氣溫在0℃～33℃之間。根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)壩頂水平位移特征值統(tǒng)計(jì)及過程線圖的分析可知：

①2020年度實(shí)測(cè)大壩右壩端附近、1/4拱弧處、拱冠處、3/4拱弧、左拱端附近徑向最大位移分別為3.16 mm、5.10 mm、6.82 mm、4.57 mm、3.77 mm，最大變幅分別為4.02 mm、8.10 mm、13.30 mm、6.63 mm、6.99 mm。實(shí)測(cè)壩體徑向位移拱冠處最大，向兩壩端遞減，徑向位移分布基本符合拱壩變形規(guī)律。實(shí)測(cè)發(fā)生在拱冠處的最大位移6.82 mm，較大壩中心出具的《貴州省松柏山水庫大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》(2020年度)中有限元計(jì)算“正常+溫降”工況下的徑向最大位移7.70 mm范圍內(nèi)。

②本年度實(shí)測(cè)大壩右壩端附近、1/4拱弧處、拱冠處、3/4拱弧、左拱端附近切向最大位移分別為5.52 mm、3.40 mm、-7.44 mm、-4.06 mm、-6.30 mm，最大變幅分別為9.30 mm、5.40 mm、7.48 mm、4.86 mm、5.05 mm。實(shí)測(cè)壩體貼向位移無明顯分布規(guī)律。

③從過程線圖來看，實(shí)測(cè)壩體徑向、切向位移與庫水位及氣溫規(guī)律性不明顯。

綜上，本年度實(shí)測(cè)大壩實(shí)測(cè)壩體徑向、切向位移隨庫水位及氣溫的變化規(guī)律不明顯。徑向位移基本為中部較兩壩端遞減，切向位移分布無規(guī)律性，徑、切向位移分布基本符合拱壩變形規(guī)律。實(shí)測(cè)徑向最大位移量為 6.82 mm，發(fā)生在大壩拱冠處，較有限元分析計(jì)算“正常+溫降”工況下理論計(jì)算值范圍內(nèi)，大壩變形基本正常。

2.2.2 壩頂垂直位移觀測(cè)

根據(jù)對(duì)本年度實(shí)測(cè)壩頂垂直位移特征值的統(tǒng)計(jì)及對(duì)實(shí)測(cè)過程線圖的分析表明，實(shí)測(cè)壩頂垂直位移基本上表現(xiàn)為隨氣溫的升高表現(xiàn)為抬升趨勢(shì)，隨氣溫的降低表現(xiàn)為下沉趨勢(shì)，基本符合混凝土壩垂直位移變化規(guī)律。實(shí)測(cè)最大抬升位移量在-2.20～-0.85 mm之間，最大下沉位移在0.35～2.00 mm之間，最大變幅在1.90～3.90 mm之間。實(shí)測(cè)垂直位移量級(jí)基本與同類壩型一致，大壩垂直位移變化基本正常。

2.3 大壩繞滲觀測(cè)

大壩左右岸帷幕繞滲監(jiān)測(cè)采用水位孔內(nèi)安裝滲壓計(jì)的方式進(jìn)行。在兩壩肩水位觀測(cè)孔內(nèi)設(shè)置滲壓計(jì)并實(shí)施自動(dòng)化觀測(cè)方案。左右壩肩共6個(gè)水位孔，共增設(shè)滲壓計(jì)6支。此次改造滲壓計(jì)選用量程為0.35 MPa 的滲壓計(jì)，滲壓計(jì)的安裝采用鋼絲懸掛安裝方式，滲壓計(jì)安裝高程根據(jù)歷史測(cè)值范圍確定。左右壩肩水位滲壓計(jì)電纜均引致右岸管理房內(nèi)集中，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)。左右壩肩水位孔特性表詳見表1。

表1 大壩左、右岸水位孔特性表

根據(jù)對(duì)本年度實(shí)測(cè)大壩兩岸水位孔水位特征值的統(tǒng)計(jì)及對(duì)實(shí)測(cè)孔內(nèi)水位與庫水位變化過程線的分析(圖1、圖2)。本年度實(shí)測(cè)大壩左岸水位孔水位除ZK1、ZK3低于庫水位外，其余ZK2、ZK4、ZK5孔內(nèi)水位均高于庫水位。庫水位在1 172.30～1 178.43 m之間運(yùn)行，最大變幅為6.13 m。ZK1水位孔實(shí)測(cè)左岸近壩幕后地下水位在1 163.11～1 166.79 m之間，最大變幅3.68 m。ZK3 實(shí)測(cè)孔內(nèi)水位在1 172.72～1 180.29 m之間，最大變幅為7.57 m。ZK2、ZK4、ZK5號(hào)孔內(nèi)水位均高于庫水位，與水庫水位無相關(guān)性，僅能反映地下水位變化情況，與上年度相比未見異常。本年度大壩右壩段水位孔ZK6實(shí)測(cè)孔內(nèi)水位在1 179.04～1 183.88 m 之間，最大變幅為4.83 m。該測(cè)點(diǎn)距離水庫較遠(yuǎn)，與庫水位基本無關(guān)聯(lián)性，受客水的影響，孔內(nèi)水位有一定波動(dòng)，僅反映該部位的地下水位情況。

圖1 實(shí)測(cè)大壩左岸水位孔內(nèi)水位與庫水位變化過程線圖

圖2 實(shí)測(cè)大壩右岸水位孔內(nèi)水位與庫水位變化過程線圖

3 壩體防滲處理措施

結(jié)合松柏山水庫大壩壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，擬決定對(duì)該水庫左岸無明顯繞壩滲漏壩段進(jìn)行劈裂灌漿防滲處理。在布孔階段，先沿壩軸線按4 m間距和5～8 cm的孔徑布孔20個(gè)，包括17個(gè)劈裂灌漿孔和1個(gè)補(bǔ)灌孔、2個(gè)檢查孔?？紤]到水庫左岸大壩壩體存在滲流的可能性較大，所以對(duì)左岸壩體必須全面封堵，且劈裂灌漿孔底應(yīng)到達(dá)壩體和壩基接觸面。垂直鉆孔的過程中應(yīng)當(dāng)將孔斜率控制在±2%范圍內(nèi)，且主要通過干鉆法鉆進(jìn)，避免水洗。

水庫左岸大壩壩體劈裂灌漿和充填灌漿土料及漿液物理力學(xué)參數(shù)性能詳見表2和表3所示，為保證漿液的流動(dòng)性，還應(yīng)當(dāng)在漿液中按干土重量的0.50%～0.80%摻加水玻璃，并摻加20%的水泥以加速漿液凝結(jié)。漿液物理力學(xué)性能參數(shù)確定好后必須通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行漿液配比、漿液物理力學(xué)性能和灌漿設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證。

表2 灌漿土料物理力學(xué)性能表

表3 漿液物理力學(xué)指標(biāo)表

水庫左岸大壩壩體劈裂灌漿采用三序孔逐漸加密的操作方法，并將每個(gè)注漿孔每次的灌漿量均值控制在0.60～1.00 m3/m，且每個(gè)注漿孔的灌漿次數(shù)至少為5次。

4 結(jié)論與建議

通過文章對(duì)松柏山水庫大壩壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，松柏山水庫大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)完好，自動(dòng)采集系統(tǒng)運(yùn)行正常，各測(cè)點(diǎn)測(cè)值穩(wěn)定、工作正常，觀測(cè)精度滿足規(guī)范要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)有效。根據(jù)觀測(cè)成果分析認(rèn)為：本年度實(shí)測(cè)左岸水位孔除近壩水位孔ZK1、ZK3孔內(nèi)水位低于庫水位外，其余水位孔內(nèi)水位均高于庫水位。低于庫水位的水位孔ZK1、ZK3孔內(nèi)水位變幅總體較小，與庫水位無明顯相關(guān)性，左岸無明顯繞壩滲漏情況。大壩及左岸邊坡變形正常，大壩左、右岸坡無繞壩滲流情況。 大壩工作性態(tài)正常，左岸邊坡整體區(qū)域穩(wěn)，在水庫運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)化采集設(shè)備維護(hù)。