陳旭光，施 曠，李洪強(qiáng)

(1.寧?？h水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江 寧海 315600 ；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020； 3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)

0 引 言

隨著水利水電工程在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中作用增強(qiáng)，有關(guān)部門越來越重視大壩安全監(jiān)測(cè)。大壩安全是直接影響水利水電工程功能與作用的重要因素，因此，其安全監(jiān)測(cè)對(duì)于保持工程的順利運(yùn)行具有重要的意義與作用[1]。

我國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)開始于20世紀(jì)50年代中期，60年代逐步開始研制和生產(chǎn)各種監(jiān)測(cè)儀器；80年代后研制了傾斜儀、水位計(jì)等新設(shè)備；90年代后，開發(fā)研制了許多現(xiàn)代化的方法和監(jiān)測(cè)設(shè)施，如自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2]等。發(fā)展至今已有70 a的研究歷史，但是總體還存在著較多的問題；例如，監(jiān)測(cè)手段滯后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理不及時(shí)，缺乏監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)分析軟件效率較低等[3]。

因此，結(jié)合某電站近7 a的安全監(jiān)測(cè)資料，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)分析，以期為大壩安全監(jiān)測(cè)工作提供參考。

1 概 述

1.1 工程概況

某水電站壩址以上控制流域面積132 km2，多年平均流量4.8 m3/s，水庫正常蓄水位408 m，總庫容3 820萬m3，裝機(jī)容量3.6萬kW，保證出力0.42萬kW，多年平均發(fā)電量7 740萬kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)2 150 h。水庫規(guī)模為中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，永久性水工建筑物正常設(shè)計(jì)洪水頻率為50年一遇(P=2%)，校核洪水頻率為500年一遇(P=0.2%)。水電站以發(fā)電為主，水庫兼有淡水養(yǎng)殖等綜合運(yùn)用，樞紐建筑物由攔河壩、二道壩、發(fā)電引水隧洞和壓力引水鋼管、地面式廠房和開關(guān)站組成。

大壩為混凝土三心變厚雙曲拱壩，正常蓄水位408 m，死水位385 m，壩頂高程416 m，防浪墻頂高程417.2 m，拱冠梁處壩頂寬4.5 m，壩底寬14.72 m，最大壩高82.0 m，厚高比0.179 5，壩頂外弧長(zhǎng)279.40 m，頂拱中心角90.12°。壩頂中央設(shè)三孔凈寬為40.50 m的開敞式自由溢洪道，堰頂高程408 m。溢流堰為全橢真空型實(shí)用堰，落差式鼻坎挑流，并利用下游混凝土施工圍堰作為二道壩，以形成水墊消能。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置情況

大壩安全監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目包括大壩表面監(jiān)測(cè)、大壩接縫變形監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)、大壩滲流量和大壩邊坡深層位移監(jiān)測(cè)等，其中滲流、大壩深層位移、接縫變形等觀測(cè)項(xiàng)目采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別采用滲壓計(jì)、固定式測(cè)斜儀和測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)；大壩表面變形觀測(cè)采用人工觀測(cè)。

1.2.1 表面變形布置

大壩表面變形測(cè)點(diǎn)共12個(gè)，編號(hào)為L(zhǎng)D1～LD12。其中1號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD1，2號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD2，4號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD3，7號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD4、LD5，8號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD6，9號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD7，10號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD8、LD9，13號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD10，14號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD11，16號(hào)壩段設(shè)置測(cè)點(diǎn)LD12。 在左右兩岸設(shè)置2個(gè)工作基點(diǎn)，編號(hào)為L(zhǎng)S1、LS2。

1.2.2 大壩接縫變形布置

在壩體廊道內(nèi)上游側(cè)分縫處布設(shè)雙向測(cè)縫計(jì)，共8組，編號(hào)為：J5_1～J12_1，采用不銹鋼保護(hù)箱對(duì)測(cè)縫計(jì)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在廊道內(nèi)布設(shè)1支溫度計(jì)。

1.2.3 滲流監(jiān)測(cè)布置

(1)繞壩滲流布置

在大壩壩頂右壩肩灌漿平洞口設(shè)1支測(cè)壓管，編號(hào)為RC1；在右岸壩肩下游邊坡423 m高程和下游貼坡380 m高程各布設(shè)1支測(cè)壓管，編號(hào)為RC2、RC3；在大壩左岸下游山坡415 m高程、398.81 m高程和385.65 m高程各布設(shè)1支測(cè)壓管，編號(hào)分別為RC4、RC5和RC6。繞壩共布置6支測(cè)壓管，每根測(cè)壓管內(nèi)置1支滲壓計(jì)。

(2)壩基揚(yáng)壓力

大壩基礎(chǔ)灌漿廊道5～13號(hào)壩段的排水幕線上共布設(shè)有9個(gè)揚(yáng)壓力孔，其中揚(yáng)5_1、揚(yáng)13_1兩支揚(yáng)壓力孔布置于廊道的兩端，其他7支揚(yáng)壓力孔均布置在各壩段中部；每根測(cè)壓管內(nèi)置1支滲壓計(jì)，共9支，編號(hào)為Y5_1～Y13_1。

(3)下游貼坡?lián)P壓力

為了解壩后右岸下游貼坡與基巖間的水壓力情況，在375 m高程和385 m高程各布置1個(gè)揚(yáng)壓力孔，每根測(cè)壓管內(nèi)置1支滲壓計(jì)，編號(hào)為PY1、PY2。

1.2.4 大壩滲流量監(jiān)測(cè)布置

在大壩廊道左右岸上下游側(cè)各安裝1套量水堰裝置，共4套。

1.2.5 大壩邊坡深層位移監(jiān)測(cè)布置

在右壩肩邊坡共布置4個(gè)測(cè)斜孔，其中上游邊坡423.62 m高程和429.46 m高程處各布設(shè)1孔，下游貼坡395.36 m高程和375.24 m高程各布設(shè)1孔。在測(cè)斜孔內(nèi)埋設(shè)有十字導(dǎo)向槽的測(cè)斜管，在測(cè)斜孔內(nèi)安裝固定式測(cè)斜儀，4只測(cè)孔共布置21個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)：IN1_1～I(xiàn)N1_7、IN2_1～I(xiàn)N2_5、IN3_1～I(xiàn)N3_5、IN4_1～I(xiàn)N4_4。

2 監(jiān)測(cè)資料分析

具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表

2.1 環(huán)境量

環(huán)境量包括庫水位和降雨量。

2.1.1 庫水位

2016—2021年，最高水位出現(xiàn)在2019年8月10日，為412.15 m；最低水位出現(xiàn)在2021年7月23日，為387.82 m。2022年，最高水位出現(xiàn)在6月21日，為405.89 m；最低水位出現(xiàn)在11月7日，為390 m；年平均庫水位為396.34 m，全年水位未超過正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位。

2.1.2 降雨量

(1)2016—2021年最大日降雨量為220 mm，出現(xiàn)在2016年9月15日；最大3 d降雨量為304 mm，出現(xiàn)在2016年9月13日—9月15日；最大月降雨量為498.5 mm，出現(xiàn)在2016年9月。

(2)2022年，最大日降雨量為50 mm，出現(xiàn)在8月27日；最大3 d降雨量為88.5 mm，出現(xiàn)在8月30日—9月1日；最大月降雨量為214.5 mm，出現(xiàn)在6月；總降雨量為1 265.75 mm，降雨天數(shù)為133 d。

2.2 表面變形監(jiān)測(cè)資料分析

表面變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段是2016年1月—2022年12月。

2.2.1 水平位移

(1)徑向位移

2016—2022年，主壩向下游最大位移為6.19 mm，向上游最大位移為40.65 mm；截止到2022年12月31日，最大累計(jì)位移為24.66 mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)LD6。總體上看，目前壩體壩體徑向位移呈周期性變化，未呈現(xiàn)趨勢(shì)性的增大現(xiàn)象，詳見圖1。

圖1 壩頂測(cè)點(diǎn)徑向水平位移變化過程線

(2)切向位移

2016—2022年最大累計(jì)位移為14.34 mm，為測(cè)點(diǎn)LD9，位于壩軸線1/4～1/3處，符合拱壩切向位移變化一般規(guī)律。大壩切向位移變化較穩(wěn)定，最大年位移量為9.28 mm，其他測(cè)點(diǎn)均在9 mm以內(nèi)，未發(fā)生大的變幅，詳見圖2。

圖2 壩頂測(cè)點(diǎn)切向水平位移變化過程線

2.2.2 垂直位移

2016—2022年，大壩垂直位移沉降最大值為1.57 mm，為測(cè)點(diǎn)LD12，為16號(hào)壩段；抬升最大值為8.53 mm，出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)LD7，為9號(hào)壩段。大壩垂直位移隨氣溫呈周期性變化，壩體表面垂直位移變形性態(tài)基本穩(wěn)定。沿壩縱軸線看，壩體垂志位移呈現(xiàn)中間大兩頭小的規(guī)律，符合壩體垂直變形的基本規(guī)律，詳見圖3、圖4。

圖3 壩頂測(cè)點(diǎn)垂直位移變化過程線

圖4 測(cè)點(diǎn)沿壩軸線縱向分布圖

2.3 大壩接縫開合度監(jiān)測(cè)資料分析

2016—2022年，大壩接縫張開度最大值為0.08 mm；大壩接縫閉合最大值為1.08 mm。近7 a的數(shù)據(jù)變化隨氣溫呈周期性變化，規(guī)律性很好。各測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均小于等于1 mm，開合度較小，大壩接縫變形處于合理范圍內(nèi)，接縫開合度變化趨勢(shì)較平緩，基本穩(wěn)定，詳見圖5。

圖5 接縫開合度過程線圖

2.4 壩體滲流監(jiān)測(cè)資料分析

2.4.1 繞壩滲流

大壩右岸3個(gè)測(cè)壓管水位與庫水位呈一定相關(guān)性，但未呈現(xiàn)趨勢(shì)性變化，滲流狀態(tài)基本穩(wěn)定。測(cè)點(diǎn)RC6水位高于庫水位，主要受山體地下水影響，其水位變化受庫水位一定程度的影響較?。籖C4和RC5與庫水位相關(guān)性不明顯，左岸繞滲現(xiàn)象不明顯，詳見圖6。

圖6 繞壩測(cè)壓管水位過程線圖

2.4.2 壩基揚(yáng)壓力系數(shù)

壩基揚(yáng)壓力系數(shù)計(jì)算公式如下：

當(dāng)HX≥HC時(shí)：=(HP-HX)/(HS-HX)

當(dāng)HX

式中，HP為測(cè)壓孔水位(m)；HS為上游庫水位(m)；HX為下游水位(m)；HC為基巖高程(m)。

2016—2022年揚(yáng)壓力系數(shù)最大值為0.70，為測(cè)點(diǎn)Y9_1，岸坡測(cè)點(diǎn)Y5_1、Y6_1和Y12_1揚(yáng)壓力系數(shù)均超過0.35，與庫水位相關(guān)性明顯。揚(yáng)壓力系數(shù)增大集中在5月20日至8月25日內(nèi)。為減小揚(yáng)壓力系數(shù)，2022年10月于5、6、9、11壩段新造5個(gè)排水孔。新造孔后，5、6、9壩段揚(yáng)壓力系數(shù)明顯下降，詳見圖7。

圖7 壩基揚(yáng)壓力系數(shù)過程線圖

(3)滲流量

低溫時(shí)滲流量要高于高溫時(shí)滲流量，并且在低溫下高水位時(shí)，滲流量均產(chǎn)生較大增值，因此需加強(qiáng)低溫高水位時(shí)滲流量觀測(cè)，詳見圖8。

圖8 滲流量與水位和氣溫過程線圖

2.5 邊坡深層位移監(jiān)測(cè)資料分析

2016—2022年位移量總體較小，邊坡位移變化規(guī)律性不明顯，位移在合理范圍內(nèi)變化，詳見圖9。

圖9 邊坡深層位移過程線圖

3 結(jié) 論

通過對(duì)電站的大壩表面監(jiān)測(cè)、大壩接縫變形監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)、大壩滲流量和大壩邊坡深層位移監(jiān)測(cè)資料的分析，得出結(jié)論如下：

(1)壩體水平位移變化速率很小，變化過程性總體趨勢(shì)較平緩，2016—2022年最大累計(jì)位移為24.66 mm，位移量較小。垂直位移隨氣溫呈現(xiàn)周期性變化，無趨勢(shì)性發(fā)展，變形穩(wěn)定。

(2)接縫變形近7 a的數(shù)據(jù)變化隨氣溫呈周期性變化，規(guī)律性很好。各測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均小于等

于1 mm，開合度較小，大壩接縫變形處于合理范圍內(nèi)，接縫開合度變化趨勢(shì)較平緩，基本穩(wěn)定。

(3)繞壩滲流變化符合規(guī)律，壩基揚(yáng)壓力經(jīng)過新造孔后系數(shù)大幅降低符合規(guī)范要求；滲流量總體變化趨勢(shì)較平緩，情況基本穩(wěn)定。

(4)邊坡深層位移在2016—2022年位移量總體較小，邊坡位移變化規(guī)律性不明顯，位移在合理范圍內(nèi)變化。

(5)綜上所述，通過對(duì)近7 a的大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料分析分析，電站大壩處于安全運(yùn)行狀態(tài)。