葫蘆口水庫大壩原型觀測(cè)分析評(píng)價(jià)

吳逢祥

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 德陽 618000)

1 概述

葫蘆口水庫位于四川省威遠(yuǎn)縣威遠(yuǎn)河上，建于1979年，正常蓄水位406.00m，總庫容7580萬m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設(shè)備、電站等組成。大壩為漿砌條石重力壩，最大壩高71.0m，壩頂寬7.0m，全長215.0m。上游壩坡為1∶0.3，下游壩坡為1∶0.8。大壩布置觀測(cè)項(xiàng)目18個(gè)，其中水平位移、垂直位移、揚(yáng)壓力、測(cè)縫等外部變形觀測(cè)共11個(gè)。本文主要對(duì)原型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)大壩的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。大壩平面布置如圖1所示。

2 滲流觀測(cè)

2.1 滲壓觀測(cè)孔布置

在高程349.00m縱向廊道中，布置有11個(gè)觀測(cè)孔對(duì)帷幕后揚(yáng)壓力進(jìn)行觀測(cè)。在高程346.00m橫向廊道中，布置有8個(gè)觀測(cè)孔對(duì)大壩基礎(chǔ)接觸面和泥化夾層面揚(yáng)壓力進(jìn)行觀測(cè)。帷幕后設(shè)有排水孔，排水孔后設(shè)置有集水井。滲壓觀測(cè)孔布置如圖2—3所示。

2.2 滲壓觀測(cè)資料分析

工程1979年竣工至今，對(duì)大壩滲壓孔進(jìn)行了持續(xù)觀測(cè)，每月觀測(cè)1次。本次對(duì)1989—2014年最高庫水位時(shí)各觀測(cè)孔資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)整理，繪制成相關(guān)過程線進(jìn)行分析，如圖4所示。可以看出，歷經(jīng)25年各觀測(cè)孔滲壓變化范圍很小，沒有突變現(xiàn)象，較為穩(wěn)定。

為直觀反映實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力間關(guān)系，以歷年中最高庫水位2012年庫水位406.22m為代表，分別作帷幕后縱向觀測(cè)孔揚(yáng)壓力分布圖和壩基橫向揚(yáng)壓力分布圖，如圖5—6所示。

從圖5—6實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力對(duì)比看出，除5號(hào)、6號(hào)觀測(cè)孔外，實(shí)測(cè)揚(yáng)壓力均小于設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力，說明灌漿帷幕防滲性能較好。考慮大壩高程378.00m以下為整體結(jié)構(gòu)，且從多年變形觀測(cè)資料分析，各種變形已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明局部揚(yáng)壓力偏高對(duì)工程安全影響有限。

3 變形觀測(cè)

3.1 變形安全觀測(cè)設(shè)置

工程沉降觀測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置于壩頂、349.00m、366.00m廊道和兩岸不同高度基巖，共24個(gè)點(diǎn)。

3.2 水平位移監(jiān)測(cè)

3.2.1歷年各觀測(cè)點(diǎn)水平位移變化規(guī)律

壩頂防浪墻9個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，通過視準(zhǔn)線法觀測(cè)，1979年12月首次觀測(cè)作為基準(zhǔn)值，以后每年

圖1 攔河大壩平面布置圖

圖2 攔河大壩觀測(cè)設(shè)施立面布置圖

圖3 攔河大壩滲壓觀測(cè)設(shè)施橫向布置圖

圖4 歷年各觀測(cè)孔水深變化過程線圖

圖5 縱向觀測(cè)孔揚(yáng)壓力對(duì)比圖

圖6 壩基橫向觀測(cè)孔揚(yáng)壓力對(duì)比圖

圖7 大壩沉降觀測(cè)點(diǎn)分布圖

觀測(cè)一次。通過資料統(tǒng)計(jì)整理，將歷年各觀測(cè)點(diǎn)最大水平位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖8所示。

高程392.00m廊道內(nèi)引張線于1979年進(jìn)行首次觀測(cè)，以后每月觀測(cè)四次。通過資料統(tǒng)計(jì)整理，將歷年引張線各點(diǎn)最大位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖9所示。

從圖8—9看出，各觀測(cè)點(diǎn)最大水平位移基本在10mm范圍內(nèi)波動(dòng)，小于原設(shè)計(jì)要求的壩體最大變位12mm。歷經(jīng)多年水平變形穩(wěn)定收斂，無突變現(xiàn)象，說明壩體變形穩(wěn)定正常。

3.2.2水平位移變化規(guī)律

通過壩頂和廊道內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)資料統(tǒng)計(jì)分析，歷年年內(nèi)壩頂和壩體水平位移受庫水位影響明顯，呈周期性變化。在高水位條件下，水平位移向下游變化，在低水位條件下，水平位移向上游回彈，說明壩體產(chǎn)生的是彈性變形，符合剛性壩變形規(guī)律。且在一定水位下，各觀測(cè)點(diǎn)數(shù)值呈中間大兩邊小的趨勢(shì)，即河床大壩較高部位變形較大，壩肩大壩較低部位變形較小，符合大壩的一般變形規(guī)律。

多年來，集團(tuán)公司高度重視QC 小組活動(dòng)等群眾性質(zhì)量活動(dòng)，在所屬企業(yè)單位廣泛開展QC小組創(chuàng)效活動(dòng)，精準(zhǔn)服務(wù)生產(chǎn)經(jīng)營，推動(dòng)群眾性質(zhì)量工作進(jìn)一步取得實(shí)效。目前，集團(tuán)公司所屬企業(yè)共注冊(cè)QC 小組39.4 萬個(gè)。其中，今年共注冊(cè)QC 小組1.23 萬個(gè)，約15 萬人參加活動(dòng)，取得成果9562 項(xiàng)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，有效提升了員工素質(zhì)。

3.2.3正垂線上位移變化規(guī)律

溢流壩右岸第二閘墩內(nèi)布置正垂線一套，分別于高程413.00m、392.00m、366.00m、349.00m處設(shè)置4個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)水平位移值的連線就是壩體的撓度曲線。正垂線基準(zhǔn)值觀測(cè)時(shí)間是1980年5月，以后每月觀測(cè)2次。歷年正垂線各測(cè)點(diǎn)最大位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖10所示。

從圖10看出，從1980年觀測(cè)至今，各觀測(cè)點(diǎn)除在1995年有一個(gè)明顯變形減小外，其余時(shí)段曲線均較平緩，最大水平位移在12mm范圍內(nèi)波動(dòng)，說明壩體本身性能較好，且變形已基本穩(wěn)定。

在一定水位條件下，各點(diǎn)水平位移值連接為壩體撓度曲線。以2013年10月13日觀測(cè)資料為例，水庫水位406.09m，高程413.00m測(cè)點(diǎn)位移3.8mm；高程392.00m測(cè)點(diǎn)位移3.23mm；高程366.00m測(cè)點(diǎn)位移2.58mm；高程349.00m測(cè)點(diǎn)位移2.1mm。正垂線水平位移撓度曲線如圖11所示。

圖8 歷年壩頂觀測(cè)點(diǎn)最大水平位移變化過程線圖(視準(zhǔn)線法)

圖9 歷年高程392.00m廊道各觀測(cè)點(diǎn)最大水平位移變化過程線圖(引張線法)

圖10 歷年正垂線各觀測(cè)點(diǎn)最大位移變化過程線圖

圖11 一定水位下正垂線各觀測(cè)點(diǎn)撓度曲線圖

圖12 歷年壩頂各觀測(cè)點(diǎn)最大沉陷值變化過程線圖

圖13 歷年349.00m廊道各觀測(cè)點(diǎn)最大沉陷值變化過程線圖

從曲線看出，一定水位條件下，各觀測(cè)點(diǎn)數(shù)值呈壩體越高變形越大趨勢(shì)，符合大壩變形的一般規(guī)律。而且實(shí)測(cè)撓度曲線在理論計(jì)算撓度曲線變化范圍內(nèi)，說明大壩變形正常。

3.3 垂直位移觀測(cè)

本工程共設(shè)置24個(gè)沉降位移點(diǎn)。垂直位移始測(cè)于1976年5月，1979年以前采取不定期觀測(cè)，1979年至1983年每月觀測(cè)一次，1984年至2000年每季度觀測(cè)一次，2000年至今每年觀測(cè)一次。歷年壩頂和349.00m廊道各觀測(cè)點(diǎn)最大沉陷值變化繪制成相關(guān)過程線，如圖12—13所示。

從圖12—13看出，各觀測(cè)點(diǎn)歷年最大垂直位移有升有降，但總體來說曲線變化較為平緩，基本在設(shè)計(jì)允許的12mm范圍內(nèi)波動(dòng)，說明大壩變形正常，且已基本穩(wěn)定。

通過整理分析1995年壩頂觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，每年年內(nèi)垂直位移存在規(guī)律性變化，壩體垂直位移與溫度相關(guān)性較大，溫度較低時(shí)，壩頂觀測(cè)值下沉或在原基準(zhǔn)值附近，位移相對(duì)較小；溫度較高時(shí)，觀測(cè)值上升，位移相對(duì)較大；且河床部位壩體較高處觀測(cè)點(diǎn)數(shù)值變化幅度較兩岸大，這符合剛性壩體熱脹冷縮的原理，也符合壩體變形的一般規(guī)律。

3.4 沉陷縫觀測(cè)

1984年8月在壩頂下游側(cè)安裝了5只測(cè)縫計(jì)，在392.00m高程廊道內(nèi)安裝3只測(cè)縫計(jì)。測(cè)縫計(jì)首次觀測(cè)于1984年9月，基本每月觀測(cè)2次。以壩頂縫2、1號(hào)測(cè)縫計(jì)和高程392.00m廊道縫6、8號(hào)測(cè)縫計(jì)為代表，歷年伸縮縫變形繪制成相關(guān)過程線，如圖14—15所示。

從圖14—15中看出，各縫歷年最大觀測(cè)值變化趨勢(shì)較為平緩，變化幅度較小，既使偶有突變，也在10mm以內(nèi)，然后又趨于穩(wěn)定，說明沉陷縫變化在正常范圍內(nèi)。從歷年資料數(shù)據(jù)看，測(cè)縫開合度變化與氣溫有明顯的相關(guān)關(guān)系，如壩頂1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)測(cè)縫計(jì)隨溫度升高，縫距值變小，隨溫度降低，縫距值增大，說明沉陷縫變化符合剛性壩一般變化規(guī)律，既能滿足溫度變化需要，也能滿足沉陷變化和水平錯(cuò)動(dòng)，大壩整體性能較好。

4 安全評(píng)價(jià)

大壩運(yùn)行至今36年，整體外觀保持較好，經(jīng)歷年大壩水平位移(視準(zhǔn)線法、正倒垂線法和引張線法)、垂直位移、沉陷縫等觀測(cè)資料分析，大壩各種變形隨水庫水位、溫度變化很有規(guī)律，符合漿砌石剛性壩體自身材料特性，而且各種變形已基本穩(wěn)定，相對(duì)較小，均在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，說明大壩變形正常，壩體結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。

圖14 壩頂縫2、1號(hào)測(cè)縫計(jì)歷年變位最大值變化過程線圖

圖15 392.00m廊道縫6、8號(hào)測(cè)縫計(jì)歷年變位最大值變化過程線圖

5 結(jié)語

(1)安全觀測(cè)是了解水電工程工作狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)異常跡象、評(píng)價(jià)工程安全狀況、防患于未然的最重要手段，所以水電工程按照規(guī)范設(shè)置完善的監(jiān)測(cè)設(shè)施十分必要。

(2)運(yùn)行管理階段，應(yīng)重視各種監(jiān)測(cè)設(shè)施的維護(hù)或更換，按規(guī)范要求進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和資料整編，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，為評(píng)價(jià)大壩安全提供翔實(shí)、科學(xué)的基礎(chǔ)資料。葫蘆口水庫有較完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但也存在局部觀測(cè)設(shè)施破壞，沒有及時(shí)維修或更換的現(xiàn)象，造成部分資料缺失，為本次大壩安全評(píng)價(jià)帶來了一定的影響。

(3)本文通過多年監(jiān)測(cè)資料的系統(tǒng)整理，分類繪制成相關(guān)過程線進(jìn)行分析，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，最終得出大壩處于安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)，可為類似工程對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析評(píng)價(jià)提供一定的借鑒和參考。