周曉浩

（新疆白楊河流域管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 概述

水庫的建造對防洪、蓄水、供水具有重要意義，然而由于受材料和地質活動的影響，水庫的運行有破壞或潰壩風險，會對下游人民生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅，因此及時展開水庫監(jiān)測工作十分重要。

近年來，國內學者在對水庫的監(jiān)測分析工作上做出了重要研究。黃紅日 等[1]采用EXECL 統(tǒng)計高程成果并按測次繪制沉降變化折線圖，通過CASS9.0 繪制水平位移監(jiān)測點變化量折線圖；汪國霞[2]從變形、滲流兩個方面收集水庫低水位運行期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對水庫安全性進行評價；包成兵[3]針對脈沖響應函數(shù)熱分析（IRFTA）模型及其在堤壩滲漏檢測中的應用進行了介紹，該方法基于用于水熱耦合描述的格林函數(shù)理論；張龍[4]結合大壩安全監(jiān)測布置特點，對水庫大壩變形監(jiān)測和滲流監(jiān)測進行了分析；徐子滿 等[5]結合現(xiàn)場地質勘察成果，通過安全監(jiān)測資料分析以及二維和三維滲流有限元計算分析，對大壩滲流安全進行了系統(tǒng)性研究；周邦輝 等[6]通過對2016—2021 年大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)資料的分析，對數(shù)據(jù)異常波動的測壓管UP1—2 建立了滲流統(tǒng)計模型；董柏琪 等[7]對碧流河水庫大壩安全監(jiān)測設備雷擊發(fā)生原因進行了分析；張紅忠 等[8]采用SBAS-InSAR 技術獲取WLL 水庫及周邊區(qū)域地表沉降信息；代橋亨[9]對龍頭石水電站大壩滲流滲壓監(jiān)測布置情況進行了闡述,對包括壩體壩基滲壓水位、繞壩滲流和壩基滲漏量等監(jiān)測成果進行了分析;熊越鵬 等[10]針對安全監(jiān)測單測點模型無法反映部位整體的問題，使用主成分分析法提取出主成分，得到互不相關的指標，減少噪聲的同時使用更少的效應量來反映整體。

本文以樓莊子水庫工程為例，選取了0+258 斷面、0+415 斷面、0+503 斷面和縱斷面作為主監(jiān)測斷面，在大壩基礎和黏土心墻中布置滲壓計和測壓管，同時埋設3 套磁環(huán)沉降儀對大壩的滲流和沉降進行分析，研究結果可為相關工程提供參考。

1 工程概況

樓莊子水庫工程位于頭屯河上游中低山區(qū)，該水庫的建設,能夠新增5 943 萬m3興利庫容,水庫已基本具備多年調節(jié)能力,能夠全年以穩(wěn)定流量向八鋼和頭屯河工業(yè)園區(qū)供水,可以顯著提高頭屯河水資源利用率,配合工業(yè)供水管道工程的建設,極大提高城市和工業(yè)供水的保證率。水庫周邊山體雄厚封閉條件好,地形封閉條件較好,一般分水嶺高程1 471.6～1 554.1 m,高于正常高水位,無鄰谷滲漏。組成水庫的地層屬相對不透水層,雖然庫內有板房溝斷裂尾段通過,但其規(guī)模不大且為逆沖擠壓性質,滲水性有限,水庫無永久滲漏問題。

水庫正常高蓄水位1 394.5 m 時,庫區(qū)回水長4.5 km。水庫中段及庫尾段水庫正常蓄水位高于兩岸Ⅲ、Ⅳ級階地面上至階地后緣山坡坡角處,地形坡度17°～45°,庫岸穩(wěn)定條件好。近壩庫岸兩岸山體坡度較陡,為32°～45°,一般存在庫岸失穩(wěn)問題。左岸堆積階地發(fā)育,受垂直于河道的沖溝發(fā)育,沖溝切割高階地后形成一些近直立的陡面,水庫蓄水后,在庫水的沖刷、淘蝕下易垮塌,存在庫岸再造問題。由于邊坡高度不大,塌岸規(guī)模較小,因此不會造成水庫淤積問題。

2 大壩監(jiān)測儀器布置

樓莊子水庫安全監(jiān)測選取了0+258 斷面、0+415斷面、0+503 斷面和縱斷面作為主監(jiān)測斷面，在大壩基礎、黏土心墻中布置了44 支滲壓計，在黏土心墻中布置了6 根測壓管，在兩岸坡也布置了6 根測壓管。在防滲墻中布置了6 組二向應變計和6 支無應力計。在黏土心墻中布置了3 套（48 支）固定測斜儀，15 組二向土壓力計，3 支單向土壓力計。在黏土心墻與岸坡結合處布置了3 支土體位移計。在大壩3個斷面和3 個高程上布置了9 套（24 支）水管式沉降計和9 套（24 支）鋼絲水平位移計。部分布置示意圖見圖1 和圖2。

圖1 大壩0+258 斷面監(jiān)測儀器布置圖

圖2 大壩0+415 斷面監(jiān)測儀器布置圖

3 監(jiān)測結果分析

3.1 大壩滲流監(jiān)測

圖3-圖5 給出了0+415 斷面監(jiān)測結果。在水庫基礎安裝埋設了46 支滲壓計。其中0+258 斷面安裝埋設了3 支滲壓計P34～P36，0+415 斷面安裝埋設了8 支滲壓計P01～P08，0+503 斷面安裝埋設了8 支滲壓計P15～P22，在縱斷面（0+450 斷面）安裝埋設了1 支滲壓計P44。在0+157 斷面防滲墻前后鉆孔安裝埋設了3 支滲壓計，在0+180 斷面防滲墻前后鉆孔安裝埋設了3 支滲壓計，在0+379 斷面防滲墻前后鉆孔安裝埋設了3 支滲壓計。圖3 給出了0+415 斷面監(jiān)測結果。根據(jù)監(jiān)測結果，目前（2022年3 月31 日），鉆孔安裝埋設的13 支滲壓計和心墻與趾板結合處安裝埋設的滲壓計，大部分測點測值都有所變化，0+415 斷面心墻與趾板結合處安裝埋設的P03、P04 和0+503 斷面的（鉆孔埋設）P15、P16滲壓計測值也有所上升，心墻后基礎安裝埋設的滲壓計的測值變化不大。0+415 斷面鉆孔安裝埋設P01、P02 滲壓計，安裝后帷幕前滲透水位為1 317.60 m，帷幕后滲透水位為1 318.54 m，帷幕前滲透水位為1 331.06 m，帷幕后滲透水位為1 327.86 m，帷幕前后水位差偏小。0+415 斷面心墻與趾板結合處安裝埋設P03、P04、P05 滲壓計，安裝后滲透水位為：上游1 317.85 m、壩軸線1 317.76 m、下游1 317.82。目前，滲透水位為：上游1 327.80 m、壩軸線1 328.41 m、下游1 323.96 m,滲透水位變化不大。

圖3 P01、P02 滲透水位過程線

圖4 P03～P05 滲透水位過程線

圖5 P06～P08 滲透水位過程線

圖6～圖8給出了0+503斷面監(jiān)測結果。0+503 斷面鉆孔安裝埋設P15、P16 滲壓計，安裝后帷幕前滲透水位為1 314.26 m，帷幕后滲透水位為1 317.83 m。帷幕前滲透水位為1 331.62 m，帷幕后滲透水位為1 326.10 m，帷幕前后水位差偏小。0+503 斷面心墻與趾板結合處安裝埋設P17、P18、P19 滲壓計，安裝后滲透水位為上游1 318.15 m、壩軸線1 318.16 m、下游1 318.15 m。目前，滲透水位為：心墻上游1 335.18 m、壩軸線1 318.94 m、心墻下游為1 322.43 m,壩軸線處的P18 滲透水位上升較小。

圖6 P15、P16 滲透水位過程線

圖7 P17～P19 滲透水位過程線

圖8 P20～P22 滲透水位過程線

圖9～圖11給出了0+157、0+180 和0+379 斷面監(jiān)測結果。新增鉆孔（鉆孔深度30 m）安裝埋設的6 支滲壓計，分別距壩軸線上游5 m、下游5 m、下游15 m。目前（2022 年3 月31 日），0+157 斷面的滲透水位分別為（P50）1 333.36 m、（P51）1 322.03 m、（P52）1 321.58 m。心墻上游和下游滲透水位相差11.09 m，滲透水位正常。目前，0+180 的滲透水位分別為（P45）1 334.16 m、（P46）1 322.92 m、（P53）1 319.77 m，滲透水位正常。最后，在0+379 斷面、大壩基礎新增了3支滲壓計，分別距心墻上游5 m、下游5 m、下游 15 m。目前，滲透水位分別為（P47）1 334.19 m、（P48）1 329.78 m、（P49）1 327.38 m。

圖9 P45、P46、P53 滲透水位過程線

圖10 P47～P49 滲透水位過程線

圖11 P50～P52 滲透水位過程線

3.2 大壩沉降監(jiān)測

在水庫0+415 斷面、0+508 斷面、0+258 斷面安裝埋設3 套磁環(huán)沉降儀。到目前0+415 斷面已安裝了11 個沉降磁環(huán)，0+508 斷面安裝了12 個沉降磁環(huán)，0+258 斷面安裝了9 個沉降磁環(huán)，監(jiān)測結果如圖12～圖14 所示。目前（2022 年3 月31 日），0+415 斷面壩體（黏土心墻）累計沉降量為761.5 mm，0+508 斷面壩體（黏土心墻）累計沉降量為724.5 mm，0+258 斷面壩體（黏土心墻）累計沉降量為494.5 mm，最大累計沉降量占壩高的0.89%，累計沉降量正常。目前（2022年3 月31 日）壩體（黏土心墻）的累計沉降量比2021年12 月中旬增加了0～2.5 mm，2022 年1 月底至2022年3 月底，累計沉降量沒有增大，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖12 ES1 壩體（黏土心墻）沉降過程線

圖13 ES2 壩體（黏土心墻）沉降過程線

圖14 ES3 壩體（黏土心墻）沉降過程線

4 水庫防滲建議

水庫出現(xiàn)滲漏問題通常表現(xiàn)為大壩下游出現(xiàn)濕潤區(qū)。一般來說，所有修建的水庫都存在一些滲漏問題，因為蓄水需要在大壩及其地基中尋找阻力最小的路徑。如果在滲流中發(fā)現(xiàn)水流攜帶土顆粒材料，此時應該采取控制措施，以防止路地基的侵蝕，或混凝土結構的損壞。

大壩滲流可能出現(xiàn)在下游面、趾部以外的任何地方，或低于正常水位高度的下游橋臺上。如果滲流力足夠大，土壤會從地基上被侵蝕，并在出口周圍形成錐形沉積。泥濘和攜帶沉積物（土壤顆粒）的滲流是“管涌”的證據(jù)，并且是一種嚴重滲流情況，如果不加以處理，可能會有潰壩風險。隨著內部侵蝕的發(fā)生，路堤表面可能會形成天坑，水庫水面可能會出現(xiàn)漩渦，然后大壩可能會迅速而徹底地倒塌。如果發(fā)現(xiàn)任何以上情況，應立即執(zhí)行緊急程序，包括下游疏散。

另一方面，滲流也可能在混凝土結構的后面或下面發(fā)展，例如溢洪道或端墻。如果混凝土結構沒有排水孔或泄壓排水管等措施來釋放水壓，則混凝土結構可能會隆起、旋轉或開裂。此外，正常水庫水位的持續(xù)或突然下降是滲漏發(fā)生的另一個跡象。這種情況本身可能不是一個嚴重的大壩滲流問題，但需要進行密切監(jiān)測防止出現(xiàn)嚴重滲流。

5 結論

（1）目前（2022 年3 月31 日），上游水位為1 336.39 m 左右，水庫基礎0+258 斷面、0+415 斷面、0+503 斷面心墻前滲透水位為1 330.06～1 331.62 m，心墻后滲透水位為1 326.10～1 327.86 m，心墻前后滲透水位相差3.76～3.96 m，心墻前后滲透水位相差偏小。

（2）新增鉆孔安裝滲壓計的0+157 斷面和0+180 斷面2 個斷面，帷幕上游的滲透水位為1 333.36～1 334.61 m，帷幕下游的滲透水位為1 321.58～1 319.77 m，上游、下游滲透水位相差11.78～14.84 m，帷幕前后滲透水位正常。

（3）目前（2022 年3 月31 日），最大壩體（黏土心墻）累計沉降量為761.5 mm，占壩高的0.89%，累計沉降量正常。壩體（黏土心墻）的累計沉降量比2021 年12 月中旬增加了0～2.5 mm，2022 年1 月底至2022 年3 月底，累計沉降量沒有增大。