松柏山水庫大壩壩體質量評價

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境內，大壩坐落在松柏橋上游650 m的南明河上，距貴陽市城區30 km。水庫功能為城市防洪、城市供水、灌溉供水以及生態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《防洪標準》《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規定，水庫規模屬于中型，工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道、底孔等主要建筑物為3級。整個壩體修筑于一個狹窄的溝谷間。右側壩肩為古河道沖刷的右側山體，坡面較陡，故右壩肩伏于右側山坡基巖。左側覆蓋層較厚，基巖埋置較深，在壩址處左側山梁向河道突出，左壩肩乃至部分壩體都伏于突出的山梁之上。

水庫安全評價中壩體質量評價對于水庫大壩安全運行作用重大，也是水庫日常運行管理的重要方面，通過在大壩不同部位布設檢測儀器并定期對監測結果進行采集、保存、整理和分析，得出水庫大壩運行情況的定量分析，以便水庫管理部門及時掌握大壩運行情況，以便對水庫安全運行提供指導。根據相關統計資料，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，進而導致管涌、接觸沖刷、流土等破壞，為此，必須通過合理監測方式的應用對水庫大壩滲流及壩體運行情況合理評估并進行壩體質量的綜合評價。

2 水庫大壩壩體質量評價

2.1 水庫大壩壩體質量監測發展歷程

松柏山水庫是貴陽市第一座監測儀器布置較完善的水利工程，1978年4月至1979年6月工程建設期間，在大壩內部的1 136.00 m、1 148.00 m、1 160.00 m 高程共計埋設差動電阻式儀器 127支。由于各種原因影響，內部監測儀器自埋設完畢后觀測工作不連續。1981年1月13日部分儀器觀測停止，1981年10月21日觀測工作全部停止；1984 年4月，省水電勘測設計院和松柏山管理處有關人員對內部觀測儀器進行了檢修，結果表明儀器的完好率在80%左右，經研究決定恢復觀測；同年省水電勘測設計院對1981年以前的觀測資料進行了整編分析和放水彈性應力分析；1986年底，由于人員變動等諸多因素影響，觀測工作再次停止；1997年貴州省大壩安全監測中心對松柏山水庫內部觀測儀器進行了鑒定，結果表明在127支儀器中，共有33支儀器損壞。

2018年11月對大壩安全監測設施進行改造：①新建大壩水平位移控制網，共修建4個控制網點；新建大壩水準基點，共修建3個基點。對新建控制網及水準網進行初始測量。②新增左壩肩邊坡變形監測，共修建表面位移點3個，分別位于1 151.00 m、1 159.00 m 和1 184.50 m高程，利用新建控制進行監測。新增測斜孔1個，開孔高程1 151.00 m，終孔高程1 128.00 m，孔深23 m，孔徑φ110 mm，主測方向為順坡向，采用多維度變形測量系統進行觀測。③對左右壩肩繞滲監測進行監測自動化改造，新增滲壓計6支。④對左壩肩邊坡及左右壩肩滲流監測實施自動監測。

2.2 大壩位移觀測結果

2.2.1 大壩表面水平位移

2020年度觀測期間庫水位1 172.30～1 178.43 m之間波動，最大變幅6.13 m。氣溫在0℃～33℃之間。根據對實測壩頂水平位移特征值統計及過程線圖的分析可知：

①2020年度實測大壩右壩端附近、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。實測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律。實測發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價報告》(2020年度)中有限元計算“正常+溫降”工況下的徑向最大位移7.70 mm范圍內。

②本年度實測大壩右壩端附近、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。實測壩體貼向位移無明顯分布規律。

③從過程線圖來看，實測壩體徑向、切向位移與庫水位及氣溫規律性不明顯。

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

2.2.2 壩頂垂直位移觀測

根據對本年度實測壩頂垂直位移特征值的統計及對實測過程線圖的分析表明，實測壩頂垂直位移基本上表現為隨氣溫的升高表現為抬升趨勢，隨氣溫的降低表現為下沉趨勢，基本符合混凝土壩垂直位移變化規律。實測最大抬升位移量在-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。實測垂直位移量級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

大壩左右岸帷幕繞滲監測采用水位孔內安裝滲壓計的方式進行。在兩壩肩水位觀測孔內設置滲壓計并實施自動化觀測方案。左右壩肩共6個水位孔，共增設滲壓計6支。此次改造滲壓計選用量程為0.35 MPa 的滲壓計，滲壓計的安裝采用鋼絲懸掛安裝方式，滲壓計安裝高程根據歷史測值范圍確定。左右壩肩水位滲壓計電纜均引致右岸管理房內集中，并實現自動觀測。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

根據對本年度實測大壩兩岸水位孔水位特征值的統計及對實測孔內水位與庫水位變化過程線的分析(圖1、圖2)。本年度實測大壩左岸水位孔水位除ZK1、ZK3低于庫水位外，其余ZK2、ZK4、ZK5孔內水位均高于庫水位。庫水位在1 172.30～1 178.43 m之間運行，最大變幅為6.13 m。ZK1水位孔實測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 實測孔內水位在1 172.72～1 180.29 m之間，最大變幅為7.57 m。ZK2、ZK4、ZK5號孔內水位均高于庫水位，與水庫水位無相關性，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實測孔內水位在1 179.04～1 183.88 m 之間，最大變幅為4.83 m。該測點距離水庫較遠，與庫水位基本無關聯性，受客水的影響，孔內水位有一定波動，僅反映該部位的地下水位情況。

圖1 實測大壩左岸水位孔內水位與庫水位變化過程線圖

圖2 實測大壩右岸水位孔內水位與庫水位變化過程線圖

3 壩體防滲處理措施

結合松柏山水庫大壩壩體質量評價結果，擬決定對該水庫左岸無明顯繞壩滲漏壩段進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，包括17個劈裂灌漿孔和1個補灌孔、2個檢查孔。考慮到水庫左岸大壩壩體存在滲流的可能性較大，所以對左岸壩體必須全面封堵，且劈裂灌漿孔底應到達壩體和壩基接觸面。垂直鉆孔的過程中應當將孔斜率控制在±2%范圍內，且主要通過干鉆法鉆進，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參數性能詳見表2和表3所示，為保證漿液的流動性，還應當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。漿液物理力學性能參數確定好后必須通過室內試驗進行漿液配比、漿液物理力學性能和灌漿設計方案的驗證。

表2 灌漿土料物理力學性能表

表3 漿液物理力學指標表

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，并將每個注漿孔每次的灌漿量均值控制在0.60～1.00 m3/m，且每個注漿孔的灌漿次數至少為5次。

4 結論與建議

通過文章對松柏山水庫大壩壩體質量評價的結果分析發現，松柏山水庫大壩安全監測系統測點完好，自動采集系統運行正常，各測點測值穩定、工作正常，觀測精度滿足規范要求，觀測數據有效。根據觀測成果分析認為：本年度實測左岸水位孔除近壩水位孔ZK1、ZK3孔內水位低于庫水位外，其余水位孔內水位均高于庫水位。低于庫水位的水位孔ZK1、ZK3孔內水位變幅總體較小，與庫水位無明顯相關性，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。 大壩工作性態正常，左岸邊坡整體區域穩，在水庫運行過程中應加強自動化采集設備維護。