大西溝粘土心墻壩運行期滲流及沉降監(jiān)測分析

曲傳勇

(新疆水利水電科學研究院,烏魯木齊 830049)

0 引 言

大西溝水庫大壩是一座建設(shè)在復雜地質(zhì)(碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu))基礎(chǔ)上的以防洪為主的粘土心墻壩，最大壩高90 m,水庫總庫容6 990萬m3，壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。大壩的監(jiān)測重點為滲流監(jiān)測、變形監(jiān)測，分別在大壩的0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m、0+300.00 m橫斷面布置了滲流、沉降及土壓力計等監(jiān)測儀器。

1 滲流監(jiān)測資料分析

1.1 滲流監(jiān)測布置

壩體0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m斷面灌漿帷幕前后各埋設(shè)了1支滲壓計(共6支)，監(jiān)測灌漿帷幕防滲效果。壩體0+131.00 m、0+148.00 m、0+171.00 m斷面混凝土蓋板與基巖接觸面各安裝了1支滲壓計(共3支)，監(jiān)測混凝土蓋板與基巖接觸面的滲流情況。

粘土心墻內(nèi)在0+093.00 m斷面(1 904.50 m、1 937.00 m、1 962.00 m)、0+160.00 m斷面(1 290.40 m、1 932.00 m、1 957.00 m)、0+220.00 m斷面(1 900.40 m、1 927.00 m、1 952.00 m)分3個高程各埋設(shè)9支滲壓計(共27支)，0+300.00 m斷面1 962.00 m高程埋設(shè)了3支滲壓計監(jiān)測粘土心墻的滲流情況。典型監(jiān)測儀器布置見圖1。

圖1 0+220.00 m斷面儀器布置圖 單位：高程，m

1.2 滲透水位監(jiān)測

運行7 a來，最高庫水位1 970.00 m，最低庫水位(死水位)1 935.00 m，下游導流洞出口尾水位在1 917.40 m左右。各測點監(jiān)測成果表明：各測點的滲透水位的變化都與庫水位的變化較為密切，庫水位升高滲透水位上升，庫水位降低滲透水位下降。

1.2.1帷幕前后滲透水位監(jiān)測

3個斷面帷幕前后滲透水位變化趨勢基本相同，都與庫水位的變化較為密切。0+160.00m、0+220.00 m斷面帷幕前后滲壓計滲透水位變化比較正常；0+093.00 m斷面帷幕前后的滲壓計滲透水位比較異常，水庫蓄水初期帷幕前后滲壓計水位相差不大。2016年10月后，帷幕后滲壓計P30滲透水位緩慢高于帷幕前滲壓計P29滲透水位；2020年11月2日，上游庫水位1 957.90 m時，其差值為2.3 m,結(jié)合左岸壩肩測壓管水位較高分析，可能是左岸繞壩滲流引起帷幕后滲透水位高于帷幕前滲透水位；當最高庫水位為1961.00 m時，0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m斷面帷幕折減上游水頭分別為40%、84%、84%，且0+093.00 m斷面帷幕前后滲壓計水位從水庫蓄水初期就基本一致，表明0+093.00 m斷面帷幕灌漿效果較差，0+160.00 m、0+220.00 m斷面帷幕灌漿效果較好。其滲透水位過程線見圖2、3。

圖2 0+220.00 m斷面帷幕前后P1、P2滲透水位過程線圖

圖3 0+093.00 m斷面帷幕前后P29、P30滲透水位過程線圖

1.2.2心墻底板滲透水位監(jiān)測

在0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m斷面壩軸線上28.00 m、1.50 m和壩軸線下25.00 m心墻底板與粘土接觸面上分別布置了1支滲壓計，其滲透水位的變化都與庫水位的變化比較為密切，且3個斷面滲壓計變化趨勢基本相同。2020年最高庫水位1 961.00 m時，3個斷面滲壓計的位勢分別在0.9(軸上28.00 m)、0.5(軸上1.50 m)、0.04(軸下25.00 m)左右。0+220.00 m斷面心墻底板滲透水位過程線見圖4～6，結(jié)合0+220.00 m斷面1 927.00 m高程滲壓計P9、P10、P11，1 952.00 m高程滲壓計P12、P13及下游壩殼料滲壓計P6、P7滲透水位畫出該斷面浸潤線見圖7。通過滲壓計監(jiān)測資料分析，0+093.00 m、0+160.00 m斷面心墻浸潤線也已經(jīng)形成。

圖4 0+220.00 m斷面P3、P4、P5滲透水位過程線圖

圖5 0+220.00 m斷面P9、P10、P11滲透水位過程線圖

圖6 0+220.00 m斷面P6、P7滲透水位過程線圖

圖7 0+220.00 m斷面浸潤線圖 單位：m

1.2.3混凝土蓋板與基巖接觸面滲流監(jiān)測

0+131.00 m、0+148.00 m、0+171.00 m樁號混凝土蓋板與基巖接觸面滲壓計滲透水位與庫水位關(guān)系密切，其相關(guān)系數(shù)在0.9以上，屬于顯著相關(guān)。0+148.00m 樁號P49、0+171.00 m樁號P50滲透水位與庫水位相關(guān)過程線顯示，滲壓有逐年減小的趨勢；0+131.00 m樁號P48滲壓不穩(wěn)定，結(jié)合0+093.00 m斷面帷幕前后滲壓計滲透水位基本一致，說明此處可能存在滲水，但變化不大。

圖8 P50相關(guān)過程線圖

圖9 P48相關(guān)過程線圖

1.2.4滲流統(tǒng)計模型分析

滲流是土石壩重點監(jiān)測項目之一。為了解大西溝水庫滲流運行性態(tài)，對0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m,3個斷面部分滲壓計的滲透水位與庫水位建立滲流統(tǒng)計模型進行分析。

土石壩滲流模型主要與水位、降雨、時效有關(guān)，鑒于水庫無雨情數(shù)據(jù)，且工程所在地處西北高緯度地區(qū)，干旱少雨，因此僅將水位與時效作為大西溝水庫滲流效應(yīng)量進行建模，模型公式可表達為：

δ=δH+δθ

+c1(θ-θ0)+c2(lnθ-lnθ0)

(1)

以0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m斷面帷幕后、心墻底板軸上1.5.00 m及軸下25.00 m處滲壓計為例，通過建立回歸模型，對模型精度較高的9個測點分離效應(yīng)量，計算結(jié)果見表1，0+220.00 m斷面帷幕后滲壓計P2擬合及分解過程線見圖10。

表1 滲壓水位分解結(jié)果表

如表1所示，模型復相關(guān)系數(shù)均在0.94以上，標準差占總變幅的比例為1.96%～6.97%，表明因子選取合理，模型精度高。水位分量變幅為4.98～39.3 m，占總變幅的78.76%～97.84%，說明庫水位是引起滲透水位變化的主要因素；其次是時效分量，變幅0.28～2.00 m,占總變幅的2.16%～21.24%。

雖然時效分量整體占總變幅的比例不大，但其中P2測點的時效分量占變幅的21.24%。以該測點為例，如圖10～11所示，雖然時效分量前期變幅較大，但后期逐漸收斂，說明該測點滲壓水位逐年降低并趨向穩(wěn)定。其它測點時效分量占總變幅在10%以內(nèi)，且時效分量趨于收斂，因此，表明心墻內(nèi)滲壓已趨向穩(wěn)定。

圖10 P2滲壓計擬合過程線圖

2 心墻沉降監(jiān)測

在0+093.00 m、0+160.00 m、0+220.00 m、0+300.00 m斷面粘土心墻軸線上每5 m安裝了沉降磁環(huán)，用于監(jiān)測心墻的沉降。

圖11 P2滲壓計分解過程線圖

大西溝水庫大壩于2012年4月25日開始填筑，2013年6月28日填筑至設(shè)計高程1 987.40 m，2013年10月18日水庫下閘蓄水。施工期監(jiān)測成果表明，粘土心墻最大沉降量發(fā)生在填壩高度的0.3～0.5之間,并隨壩體填筑高度的增加，最大沉降量的位置也逐步上移，各斷面單點最大沉降量過程線如圖12。心墻最大單點沉降量發(fā)生在主河床斷面，即0+160.00 m～0+220.00 m斷面之間，施工期心墻最大單點沉降量為531.5 mm(ES1-7),占壩高的0.61%；蓄水1 a后，0+160.00 m斷面單點最大沉降量為552.4 mm(ES2-8),占壩高的0.63%，沉降量增加了28 mm,占壩高的0.032%；蓄水7 a后，心墻單點最大沉降量為603.5 mm(ES2-8),占壩高的0.69%，最大沉降量增加79 mm ,占壩高的0.091%。由此可知，蓄水對大壩心墻的沉降量影響不大，沉降量主要發(fā)生在施工期。

圖12 心墻單點最大沉降量過程線圖

圖13 粘土心墻沉降分布圖 單位：樁號，m;沉降量：mm

0+093.00 m～0+160.00 m斷面、0+160.00 m～0+220.00 m斷面之間傾度值在0.01%～0.13%之間，其中，ES2-2～ES3-1之間的傾度值最大為0.13%，說明心墻沉降量不大且比較均勻。

由圖12～13各斷面心墻最大單點沉降量過程線及心墻沉降分布可知，3個斷面最大單點沉降都發(fā)生在壩高的1/3～1/2高程之間，心墻沉降符合一般粘土心墻大壩的沉降規(guī)律。

3 結(jié) 論

(1) 水庫高水位運行后，滲透水位與庫水位密切相關(guān)，心墻內(nèi)各測點的滲透水位隨庫水位的升高而上升，隨庫水位的降低而下降。

(2) 2020年最高庫水位1 961.00 m時，0+093.00 m斷面帷幕折減上游水頭40%，0+160.00 m、0+220.00 m斷面帷幕折減上游水頭84%,表明0+093.00 m斷面帷幕防滲效果較差，0+160.00 m、0+220.00 m斷面帷幕防滲效果較好。

(3) 運行期心墻單點最大沉降量為603.5 mm,占壩高的0.69%，說明心墻沉降量較小，施工質(zhì)量良好。運行期心墻單點最大沉降量加79 mm，占壩高0.023%，說明心墻的沉降量主要發(fā)生在施工期，水庫蓄水對大壩的沉降量有影響但影響不大。

(4) 各斷面的傾度為0.01%～0.13%之間，遠小于1%，說明心墻沉降相對均勻。

(5) 監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，大西溝水庫大壩滲流、沉降變形基本穩(wěn)定，大壩工作狀態(tài)基本正常。