漳澤水庫大壩結(jié)構(gòu)安全分析

任建營(yíng)　閆福根　張曉軍

（1.山西省漳澤水庫管理局，山西長(zhǎng)治　046000；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢430010）

漳澤水庫大壩結(jié)構(gòu)安全分析

任建營(yíng)1閆福根2張曉軍1

（1.山西省漳澤水庫管理局，山西長(zhǎng)治046000；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢430010）

本文根據(jù)漳澤水庫2008年結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)成果和運(yùn)行期監(jiān)測(cè)資料，對(duì)新舊壩體的沉降變形狀態(tài)、大壩滲流和壩坡穩(wěn)定進(jìn)行了計(jì)算，分析結(jié)果表明：大壩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傾度值均未超過臨界破壞傾度值，壩面產(chǎn)生危險(xiǎn)性縱、橫向裂縫的可能性不大；大壩整體滲流狀態(tài)正常，不存在滲流破壞問題；各種工況下大壩上、下游壩坡的最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，不存在抗滑穩(wěn)定問題。

漳澤水庫大壩；結(jié)構(gòu)安全；壩坡穩(wěn)定

1　工程概況

漳澤水庫［1］位于山西省長(zhǎng)治市北郊濁漳河南源干流上，為濁漳河南源的控制性樞紐工程（地理位置及樞紐布置見圖1）。1959年11月，大壩動(dòng)工興建，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)200一遇，無校核洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1989年10月—1995年6月，大壩進(jìn)行全面加固，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到2000年一遇。水庫總庫容4.27×108m3。樞紐工程包括主壩、副壩、溢洪道、泄水洞和輸水洞等，其中主壩、副壩等主要建筑物等級(jí)為2級(jí)。

2　大壩改建加高培厚

漳澤水庫大壩為均質(zhì)土壩，初建時(shí)期壩頂高程為905.00m（大沽高程系，下同）。改建加高后，壩頂高程達(dá)910.00m，壩長(zhǎng)2514m。其中:0+000～0+874為主壩，最大壩高22.50m；0+874～2+514為副壩，最大壩高17.50m。加高后壩體迎水坡馬道（原壩頂）寬3.50m，馬道以下壩坡1∶2.75～1∶3，馬道以上壩坡1∶2.5。背水坡馬道寬2m，馬道以上壩坡1∶2，馬道以下主壩壩坡1∶3～1∶4、副壩壩坡1∶4～1∶8（典型剖面如圖2所示）。

圖1　漳澤水庫地理位置和樞紐布置

3　2008年大壩結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)結(jié)論

漳澤水庫2008年結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)指出:大壩舊壩體沉降變形基本穩(wěn)定，新壩體在2003年、2004年沉降量明顯增大，沉降速度明顯增加，新壩體沉降還未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。大壩結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為B級(jí)。

圖2　大壩典型剖面（單位:cm）

4　大壩現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)安全分析

針對(duì)安全評(píng)價(jià)結(jié)論:2015年，從大壩沉降變形分析、大壩滲流計(jì)算和壩坡穩(wěn)定計(jì)算三個(gè)方面，對(duì)大壩現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行了全面分析與評(píng)價(jià)。

4.1大壩沉降變形分析

4.1.1豎向位移監(jiān)測(cè)布置

大壩壩面豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)83個(gè)，布設(shè)于4條平行壩軸線方向的測(cè)線上（測(cè)線P1～P4）。監(jiān)測(cè)點(diǎn)樁號(hào)為0+200～2+200，相同測(cè)線上相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)的間距為100m（監(jiān)測(cè)點(diǎn)典型布置斷面如圖3所示）。

圖3　大壩壩面豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)典型布置斷面

4.1.2豎向沉降位移分析

選取壩軸樁號(hào)0+600、1+200作為主、副壩的典型斷面，并從“初建期—改建期”“改建期—2008年”和“2008年之后”三個(gè)階段對(duì)大壩累計(jì)沉降進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見表1。

表1　三階段壩面沉降累計(jì)值分析對(duì)比

主壩P1測(cè)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量占?jí)胃叩谋壤謩e為1.50%、0.13%和0.03%，占副壩高的比例分別為1.98%、0.30%和0.07%。其中，“初建期—改建期”沉降量最大，其他兩個(gè)階段沉降量很小。說明舊壩體在改建期之后沉降已基本趨于穩(wěn)定，進(jìn)入2008年后，沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

“改建期—2008年”監(jiān)測(cè)階段，主壩P2—P4測(cè)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量占?jí)胃叩谋壤謩e為0.73%、0.91%和0.65%，副壩為0.87%、0.94%和0.48%。沉降量較大，說明該階段新壩體沉降處于不穩(wěn)定狀態(tài)。但進(jìn)入2008年后，主壩三條測(cè)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量占?jí)胃叩谋壤謩e降低到 0.04‰、-0.18‰和0.23‰，副壩降低至0.11‰、-0.17‰和-0.16‰，說明2008年之后，新壩體沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上所述，大壩目前的沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1.3裂縫分析

本文采用傾度法［2］對(duì)大壩裂縫進(jìn)行分析，即通過計(jì)算相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾度值分析大壩的裂縫情況，傾度值計(jì)算見下式:

式中γA-B——A、B兩點(diǎn)的傾度，%；

SA——A點(diǎn)豎向位移，m；

SB——B點(diǎn)豎向位移，m；

ΔL——A、B兩點(diǎn)之間距離，m。

依據(jù)上式計(jì)算得到各條測(cè)線上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大傾度值（見表2）。

表2　各條測(cè)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大傾度值

從表2可以看出，主壩縱向最大傾度值為0.19‰，橫向?yàn)?.70‰；副壩縱向最大傾度值為0.16‰，橫向?yàn)?.50‰。最大傾度值均未超過臨界破壞傾度值（土體的臨界破壞傾度約為1%［3-4］）。因此，可以認(rèn)為:大壩面產(chǎn)生危險(xiǎn)性縱、橫向裂縫的可能性不大。

4.2大壩滲流計(jì)算分析

大壩滲流計(jì)算采用有限元數(shù)值法，計(jì)算工況包括正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位。計(jì)算參數(shù)以2015年地勘成果為基礎(chǔ)，結(jié)合原始設(shè)計(jì)資料及2008年地勘成果，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行綜合確定。選擇“壩軸樁號(hào)0+760”和“壩軸樁號(hào)1+300”斷面進(jìn)行主、副壩滲流計(jì)算分析，結(jié)果如表3所列，部分工況下浸潤(rùn)線分布如圖4和圖5所示。

從表3可看出:各工況下，壩體浸潤(rùn)線均從下游壩腳溢出，出逸點(diǎn)滲透比降均小于容許比降，且大壩總滲流量較小，處在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。說明目前大壩整體滲流狀態(tài)正常，不存在滲流破壞問題。

表3　各種工況滲流計(jì)算結(jié)果

圖4　壩軸樁號(hào)0+760斷面正常蓄水位工況浸潤(rùn)線（等勢(shì)線）分布

圖5　壩軸樁號(hào)1+300斷面正常蓄水位工況浸潤(rùn)線（等勢(shì)線）分布

4.3壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析

壩坡穩(wěn)定計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法，并根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2001）規(guī)定確定計(jì)算工況。計(jì)算參數(shù)及斷面選取同“滲流計(jì)算”（計(jì)算結(jié)果如表4所列），部分工況壩坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面如圖6和圖7所示。

表4　各種工況壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖6　樁號(hào)0+760斷面下游壩坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面（正常蓄水位）

圖7　樁號(hào)1+300斷面下游壩坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面（正常蓄水位）

從表4可以看出:正常運(yùn)用條件下，各種工況壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.75，大于安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.35；非常運(yùn)用條件Ⅰ下，各種工況壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.39，大于安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.25；非常運(yùn)用條件Ⅱ下，各種工況壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.26，大于安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.15。各種工況大壩上下游坡面的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。因此，大壩穩(wěn)定。

5　結(jié)語

本文根據(jù)漳澤水庫大壩滲流、壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果，對(duì)大壩現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行了全面的分析與評(píng)價(jià)，得到以下結(jié)論:在“改建期—2008年”監(jiān)測(cè)階段，舊壩體沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定，新壩體沉降未穩(wěn)定，目前新壩體沉降已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；大壩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傾度值均未超過臨界破壞傾度值，壩面產(chǎn)生危險(xiǎn)性縱、橫向裂縫的可能性不大；大壩整體滲流狀態(tài)正常，不存在滲流破壞問題；各種工況下大壩上、下游壩坡的最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，不存在抗滑穩(wěn)定問題。■

［1］李艷鴿.基于智能計(jì)算的土石壩變形與滲流穩(wěn)定性分析［D］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2009.

［2］陳超.克孜爾水庫主壩抗裂計(jì)算與分析［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2009（7）:602-609.

［3］趙巨仁.汾河水庫大壩變形分析［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（12）:58-59.

［4］王惠民.傾度法在建新水庫大壩觀測(cè)資料分析中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2013（8）:53-57.

Analysis on structure safety of Zhangze Reservoir dam

REN Jianying1，YAN Fugen2，ZHANG Xiaojun1（1.Shanxi Zhangze Reservoir Administration，Changzhi 046000，China；2.Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

In the paper，old and new dam settlement deformation status，dam seepage and dam slope stability are calculated according to structure safety assessment results and operation period monitoring data of Zhangze Reservoir in 2008.Analysis results show that the inclination value of all monitoring points in the same is not higher than the critical damage inclination value.The possibility for the dam surface to produce risky longitudinal and transverse cracks is low. Overall seepage condition of the dam is normal without seepage damage problem.The minimum safety coefficient on the upstream and downstream dam slopes of the dam can meet requirements of specification under all working conditions without anti-skid stability problem.

Zhangze Reservoir Dam；structure safety；dam slope stability

TV62

A

1005-4774（2016）05-0068-05

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.018