黃壁莊水庫(kù)副壩塌壩段觀測(cè)資料分析

齊建堂 劉明杰

(河北省黃壁莊水庫(kù)管理局 鹿泉 050224)

1 工程概況

黃壁莊水庫(kù)位于石家莊市西北滹沱河干流上，是一座重要的大(1)型水利樞紐工程，總庫(kù)容12.1m3。水庫(kù)于1958年動(dòng)工修建，1960年蓄水，1965～1968年進(jìn)行擴(kuò)建，“96.8”洪水后，于1999～2005年進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。水庫(kù)樞紐建筑物主要由主壩、副壩、電站重力壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道和靈正渠穿壩涵管組成。水庫(kù)正常蓄水位120m，設(shè)計(jì)洪水位125.84m。

副壩是黃壁莊水庫(kù)的主要建筑物之一，壩型為水中填土均質(zhì)壩，局部為碾壓式均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)6907.30m，壩頂高程為129.2m，最大壩高19.2m，壩頂寬6.5m。副壩在建成初期就產(chǎn)生了許多隱患，幾十年一直帶病運(yùn)行，除險(xiǎn)加固時(shí)，副壩采取了垂直防滲墻措施加固，徹底消除了副壩的安全隱患。

副壩混凝土防滲墻位于壩軸線上游2.9m，樁號(hào)A0+840.00～A5+700.00 之間，墻體總長(zhǎng)4860m，厚80cm，墻頂高程125.5m，最深達(dá)65m，墻底入巖深度1.0～2.0m，墻體材料采用普通混凝土，標(biāo)號(hào)為C10W8，截滲面積27.15萬(wàn)m2。由于副壩地層地質(zhì)條件復(fù)雜，壩體施工質(zhì)量較差，防滲墻施工工藝與原有地質(zhì)條件不相適應(yīng)等原因，造成了在防滲墻施工中先后共發(fā)生過(guò)7 次塌坑，除5號(hào)塌坑位于樁號(hào)A2+848.00～A2+861.00 外，其余塌坑均發(fā)生在樁號(hào)A4+026.27～A4+360.00 之間，長(zhǎng)度約330m的范圍內(nèi)，因此將該壩段稱為塌壩段。

2 塌壩段滲流觀測(cè)資料分析

2.1 塌壩段滲壓計(jì)布置情況

副壩塌壩段A4+ 064.00、A4+ 088.70、A4+127.00、A4+316.00 等斷面滲壓計(jì)考證見(jiàn)表1。

表1 副壩塌壩段滲壓計(jì)考證

續(xù)表

2.2 滲壓計(jì)觀測(cè)資料分析

2.2.1 滲壓過(guò)程分析

根據(jù)實(shí)測(cè)資料繪制塌壩段各觀測(cè)斷面滲壓過(guò)程線。

副壩A4+064.0 斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖1。該斷面防滲墻上游滲壓水位變化趨勢(shì)與庫(kù)水位相似，下游滲壓水位過(guò)程線隨庫(kù)水位的變化有所反映，但變化幅度較小，防滲墻防滲作用較明顯。

圖1 副壩A4+064.0m 斷面滲壓水位過(guò)程線

副壩A4+086.7 斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖2。該斷面上游3支滲壓水位過(guò)程線變化趨勢(shì)與庫(kù)水位相似，且上游3支不同高程的滲壓計(jì)(P0-1、P0-2、P0-3)水位十分接近，可能與該段所處的紅土卵石層、卵石層及砂層的透水特性有關(guān);下游滲壓水位對(duì)庫(kù)水位的變化略有反映，水位在95.3～100.8m 之間變化。

副壩A4+088.7 斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖3。該斷面下游3支滲壓計(jì)(P0-8、P0-9、P0-10)滲壓水位過(guò)程線變化趨勢(shì)一致，且對(duì)庫(kù)水位的變化略有反映，水位在95～100m 之間變化。P0-11 滲壓計(jì)水位不隨庫(kù)水位變化而變化，水位一直為107.95m 左右，基本為滲壓計(jì)埋設(shè)高程107.91m，分析原因可能是埋設(shè)位置較高，監(jiān)測(cè)不到水位，反映出滲壓水位亦為不真實(shí)水位。

圖2 副壩A4+086.7m 斷面滲壓水位過(guò)程線

圖3 副壩A4+088.7m 斷面滲壓水位過(guò)程線

副壩A4+127.00 斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖4。該斷面上游滲壓水位與庫(kù)水位過(guò)程線一致，下游滲壓水位對(duì)庫(kù)水位的變化也有相應(yīng)反映，變幅在95～100m之間，上、下游滲壓水位相差14m 以上，防滲墻作用明顯。

副壩A4+316.00m 斷面滲壓水位過(guò)程線見(jiàn)圖5。該斷面防滲墻上游滲壓計(jì)PS4-31 滲壓水位與庫(kù)水位變化相一致，下游3支滲壓計(jì)滲壓水位對(duì)庫(kù)水位的變化也有相應(yīng)反映，變幅在96.5～100m 之間。防滲墻上、下游滲壓水位相差11m 左右，防滲墻防滲作用較明顯。

圖4 副壩A4+127.00m 斷面滲壓水位過(guò)程線

圖5 副壩A4+316.00m 斷面滲壓水位過(guò)程線

2.2.2 防滲墻前后滲壓水位對(duì)比

選擇防滲墻施工完成后庫(kù)水位相對(duì)較高、穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)的2004年10月庫(kù)水位119.50m 時(shí)(接近水庫(kù)正常蓄水位)，對(duì)各觀測(cè)斷面防滲墻前、后同高程的滲壓水位進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 副壩防滲墻前后滲壓水位對(duì)比(庫(kù)水位119.50m)

續(xù)表

從表2 中可以看出，在庫(kù)水位119.50m 時(shí)，副壩塌壩段各斷面混凝土防滲墻上、下游測(cè)點(diǎn)水位差比較明顯，一般滲壓水位降低在14m 以上，對(duì)滲流水頭的消減起到了很大的作用，說(shuō)明防滲墻的防滲效果明顯。

2.3 小結(jié)

a.大部分滲流監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行正常，監(jiān)測(cè)資料能反映出埋設(shè)部位地下水的滲壓狀態(tài)，滲流規(guī)律正常。

b.混凝土防滲墻上游滲壓水位對(duì)庫(kù)水位具有相關(guān)反映，滲壓水位過(guò)程線與庫(kù)水位變化趨勢(shì)十分相似，防滲墻下游滲壓水位有明顯降低且變幅較小。

c.副壩塌壩段各斷面混凝土防滲墻后滲壓水位下降明顯，上、下游測(cè)點(diǎn)水位差一般在14m 以上，對(duì)滲流水頭的消減起到了很大的作用，說(shuō)明防滲墻的防滲效果明顯。

3 塌壩段變形觀測(cè)資料分析

3.1 變形觀測(cè)設(shè)施布置

在塌壩段及其附近樁號(hào)A3+ 860.00、A4+088.00、A4+129.00、A4+314.00 等處布設(shè)了4個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)斷面，在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的上游壩坡125.3m高程、壩頂下游壩肩及下游120.0m 高程各設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。布設(shè)位置詳見(jiàn)表3。

表3 塌壩段表面變形標(biāo)點(diǎn)考證

另外，在塌壩段還布設(shè)了施工期臨時(shí)沉降觀測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面3個(gè)測(cè)點(diǎn)，共9個(gè)測(cè)點(diǎn)，以觀測(cè)施工期塌壩段的沉降變形，現(xiàn)已作為永久豎向位移測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。該壩段壩面沉降點(diǎn)布設(shè)位置見(jiàn)下頁(yè)表4。

3.2 變形觀測(cè)資料分析

2006～2010年塌壩段各期豎向位移觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)表5。

表4 塌壩段壩面沉降點(diǎn)埋設(shè)考證

表5 塌壩段表面豎向位移統(tǒng)計(jì)表 單位:mm

由豎向位移量統(tǒng)計(jì)表看出，副壩存在下沉趨勢(shì)，塌壩段尤其明顯。從趨勢(shì)上看，平行于壩軸線方向，塌壩段的豎向位移隨樁號(hào)的增加而遞減，以樁號(hào)A4+129.00 處的FS8-1(位于塌壩段壩頂路面)位移最大，2008年5月(平均庫(kù)水位為113.06m)最大位移量為29.798mm，其次是A4+088.00 斷面的FS7－1，最大位移量為24.57mm。在垂直于壩軸線方向，A3+800.00斷面的沉降規(guī)律是壩肩處最大，而塌壩段是貼坡平臺(tái)上游側(cè)的豎向位移量最大，其次是壩肩和下游壩坡的豎向位移。塌壩段由于受深層復(fù)雜的地質(zhì)、地層條件的變化以及施工措施影響，豎向位移量比其他部位大是正常的。2010年6月數(shù)據(jù)成果顯示，所有測(cè)點(diǎn)的位移量均有抬升現(xiàn)象，可能與當(dāng)期測(cè)量時(shí)庫(kù)水位相對(duì)較低(最低時(shí)為109.70m)，而氣溫又相對(duì)偏高(當(dāng)日氣溫29℃)有關(guān)。

塌壩段壩面點(diǎn)的沉降位移統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)表6。

表6 塌壩段壩面沉降觀測(cè)點(diǎn)位移量統(tǒng)計(jì) 單位:mm

從整個(gè)沉降數(shù)據(jù)分布看，平行于壩軸線方向，左端的沉降大于右端沉降，垂直于壩軸線方向，上游側(cè)的沉降大于下游側(cè)的沉降。最大沉降發(fā)生在樁號(hào)A4+067.70 斷面，距壩軸線上游16.4m的EM01 點(diǎn)，2008年5月沉降量為42.49mm;從時(shí)間角度來(lái)看，基本上是2008年的沉降量最大，沉降速率在2006～2007年最大，為0.017mm/天，隨時(shí)間推移，沉降速度變緩，各沉降點(diǎn)的沉降趨于平穩(wěn)，沉降速率也越來(lái)越小，說(shuō)明塌壩段表面的沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

3.3 小結(jié)

通過(guò)塌壩段表面變形觀測(cè)資料分析看，塌壩段存在變形，且較其他壩段變形較大，這與其地質(zhì)條件有關(guān)。但隨著時(shí)間的推移，其變形逐漸趨于平緩，符合壩體變形規(guī)律。目前塌壩段變形比較穩(wěn)定，該段壩體運(yùn)行安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)副壩塌壩段實(shí)測(cè)滲流、變形觀測(cè)資料分析，塌壩段滲流穩(wěn)定，防滲墻防滲效果顯著;壩體存在位移，遵循變形規(guī)律，現(xiàn)發(fā)展緩慢，趨于平穩(wěn)，無(wú)不均勻沉降，壩體的整體性較好。在正常蓄水位情況下，副壩塌壩段壩體變形基本穩(wěn)定，壩基滲流是安全的。

但副壩塌壩段地質(zhì)情況比較復(fù)雜，工程加固措施也不同于其他壩段，壩體新回填土厚達(dá)12m，雖經(jīng)受了較高庫(kù)水位的考驗(yàn)，但尚未遭遇高洪水位、庫(kù)水位驟降等工況檢驗(yàn)，需繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)該壩段監(jiān)測(cè)，確保副壩工程安全運(yùn)行。