均質(zhì)土壩涵洞運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)分析

曹 銳

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

均質(zhì)土壩涵洞運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)分析

曹 銳

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

本文介紹了“500”水庫(kù)涵洞施工期及蓄水初期運(yùn)行監(jiān)測(cè)情況。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:基礎(chǔ)沉降量較大，通過(guò)分析同一時(shí)間涵洞埋設(shè)的位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、滲壓計(jì)數(shù)據(jù)，判定涵洞基礎(chǔ)為均勻沉降。目前涵洞工況良好。

涵洞；安全監(jiān)測(cè)；分析

1 工程概況

“500”水庫(kù)位于天山北緣沖積平原，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)80°48′27″，北緯44°12′35″，距烏魯木齊市52km。水庫(kù)由均質(zhì)土壩、放水兼放空涵洞(以下簡(jiǎn)稱(chēng)涵洞)、入庫(kù)建筑物、退水渠、調(diào)節(jié)池等組成，壩軸線長(zhǎng)17.80km，最大壩高28m?！?00”水庫(kù)是一座向甘泉堡工業(yè)園區(qū)供水的大(2)型尾水調(diào)節(jié)水庫(kù)。2011年4月，水庫(kù)開(kāi)始通過(guò)涵洞、渠道(長(zhǎng)90m)、調(diào)節(jié)池向甘泉堡工業(yè)園區(qū)供水。

2 地質(zhì)氣象情況

庫(kù)區(qū)氣候冬季寒冷干燥，夏季高溫少雨，春秋時(shí)節(jié)較短。多年平均氣溫5.70℃，極端最高氣溫43.50℃，極端最低氣溫-42.20℃，多年平均降水量127.60mm，最大凍土深度大于150cm。庫(kù)壩區(qū)內(nèi)地表平坦，深度30m以?xún)?nèi)，巖性為輕—中—重粉質(zhì)壤土。表層0～3m深度內(nèi)，以輕粉質(zhì)壤土為主，局部夾粉細(xì)砂透鏡體，滲透系數(shù)K=(1.3～1.6)×10-3cm/s；3～10m深度內(nèi)，以中粉質(zhì)壤土為主，夾重粉質(zhì)壤土，滲透系數(shù)K=2.3×10-5～4.4×10-4cm/s,屬微—弱透水層。

3 涵洞安全監(jiān)測(cè)分析

3.1 涵洞工程布置

涵洞為2級(jí)水工建筑物，布置在主壩段上，由引渠、閘井、洞身、出口消能段組成。岸塔式進(jìn)水口，雙孔，單孔尺寸為3.50m×5.80m，進(jìn)水閘底板高程為480.00m，設(shè)有工作弧門(mén)和檢修平板門(mén)。涵洞末端接消力池與渠道連接。涵洞全長(zhǎng)229m(其中出口消能段93m)，設(shè)計(jì)流量30m3/s。

2011年4月，水庫(kù)通過(guò)涵洞、渠道、調(diào)節(jié)池向甘泉堡工業(yè)園區(qū)供水。供水運(yùn)行方式為水庫(kù)出口涵洞工作門(mén)與調(diào)節(jié)池水位的聯(lián)動(dòng)控制：當(dāng)調(diào)節(jié)池水位低于低限值(1.80m)時(shí)，放水兼放空涵工作門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟(20cm)，調(diào)節(jié)池蓄水；當(dāng)調(diào)節(jié)池水位高于高限值(4m)時(shí)，供水涵洞工作門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。

3.2 涵洞沉降

涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，自重較大，因此對(duì)涵洞基礎(chǔ)進(jìn)行了11m厚的礫質(zhì)土換填處理，但是涵洞施工期及蓄水初期(至2011年6月)，通過(guò)活動(dòng)沉降儀安全監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)供水涵洞壩基區(qū)域發(fā)生了較大沉降，其中，建設(shè)期(2003年6月—2005年9月)供水涵洞壩基區(qū)域沉降650mm，水庫(kù)蓄水初期(2005年9月—2011年6月)供水涵洞壩基區(qū)域沉降200mm，累計(jì)沉降820mm。2012年以后涵洞壩基沉降速度減緩，從2011年6月—2015年10月沉降100mm，平均每年沉降25mm，累計(jì)沉降了920mm。2011年以后，沉降趨于穩(wěn)定，目前沉降主要來(lái)自壩基。涵洞過(guò)水對(duì)涵洞沉降影響很小。

涵洞基礎(chǔ)進(jìn)行礫質(zhì)土換填處理后有一定效果。涵洞基礎(chǔ)斷面與中壩4+300斷面基礎(chǔ)情況相近，其中涵洞基礎(chǔ)斷面采用礫質(zhì)土對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了置換，換填深度11m。觀測(cè)結(jié)果表明：對(duì)涵洞部位采用礫質(zhì)土置換的方式進(jìn)行基礎(chǔ)處理效果明顯，有效減小了涵洞部位壩體沉降，礫質(zhì)土置換斷面壩頂測(cè)點(diǎn)的沉降量比未置換中壩4+300斷面測(cè)點(diǎn)的沉降量小259mm，減小幅度達(dá)62%。

3.3 涵洞與壩體接觸部位變形

涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于涵洞為剛性建筑物且穿過(guò)壩體，涵洞與壩體接觸部位容易產(chǎn)生差異沉降，因此，沿涵洞軸線布設(shè)位移計(jì)，觀測(cè)涵洞與壩體間的相對(duì)變形。根據(jù)涵洞結(jié)構(gòu)，沿涵洞軸線設(shè)3個(gè)觀測(cè)斷面，樁號(hào)分別為洞0+037、洞0+058和洞0+079，每個(gè)觀測(cè)斷面布置4組兩向位移計(jì)，共計(jì)12組24支位移計(jì)，其編號(hào)為(TS1-1、TS1-2)～(TS13-1、TS13-2)。在涵洞0+079斷面增埋一組兩支位移計(jì)，其編號(hào)為T(mén)S13-1和TS13-2(見(jiàn)圖1)。

圖1 涵洞安全監(jiān)測(cè)儀器平面布置

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：同一斷面、同一高程，位于涵洞兩側(cè)的兩支位移計(jì)所測(cè)的位移，無(wú)論是剪切位移還是水平位移，其量值比較接近，說(shuō)明測(cè)值可靠，涵洞兩側(cè)土體位移具有對(duì)稱(chēng)性。

各測(cè)點(diǎn)位移過(guò)程線，在填筑至壩頂后趨于穩(wěn)定，但2006年、 2007年、2008年水庫(kù)蓄水以來(lái)，洞0+037和洞0+058斷面的各位移計(jì)測(cè)值出現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)，說(shuō)明蓄水對(duì)涵洞與周?chē)馏w之間的變形有明顯影響。2009—2014年，位移計(jì)測(cè)值變化很小，受庫(kù)水位影響變小，基本穩(wěn)定。洞0+079斷面各位移計(jì)測(cè)值增幅很小，這是因?yàn)樵摂嗝婵拷掠危軒?kù)水位影響較小(近兩年位移計(jì)變化見(jiàn)下表)。

位移計(jì)2014—2015年測(cè)值統(tǒng)計(jì)表

3.4 涵洞結(jié)構(gòu)縫變形

由于涵洞建在軟基上，地基變形對(duì)涵洞變形的影響主要反映在對(duì)結(jié)構(gòu)縫變形的影響上，因此，沿涵洞軸線選擇3個(gè)斷面在結(jié)構(gòu)縫下面埋設(shè)測(cè)縫計(jì)用來(lái)觀測(cè)結(jié)構(gòu)縫變形，觀測(cè)斷面樁號(hào)分別為洞0+037.5、洞0+058.5和洞0+079.5，每個(gè)斷面設(shè)有2個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置6支儀器，編號(hào)為J1、J2、J3、J4、J5、J6。其中J1、J2、J3現(xiàn)在為故障儀器，主要結(jié)構(gòu)縫測(cè)縫計(jì)數(shù)據(jù)由J4、J5、J6提供。水庫(kù)蓄水對(duì)結(jié)構(gòu)縫影響很小，各測(cè)縫計(jì)測(cè)值變化甚微。洞0+058.5斷面的測(cè)縫計(jì)J5(-0.24mm)、J6(-0.10mm)處于壓縮狀態(tài)，J4(0.22mm)處于拉伸狀態(tài)，目前接觸良好。

3.5 涵洞滲流

涵洞共布置6個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置6支滲壓計(jì)，共計(jì)36支儀器。

涵洞0+023斷面是距離上游面最近的斷面，布置的6只滲壓計(jì)測(cè)值隨庫(kù)水位上升而上升、下降而下降，與庫(kù)水位呈正相關(guān)性,其中位于斷面最低點(diǎn)的P61滲壓計(jì)，水頭上升最多，滲壓計(jì)測(cè)值有一定時(shí)間滯后性，符合滲流規(guī)律。

涵洞0+044.5、0+051.5、0+065.5、0+072.5、0+086.5斷面滲壓計(jì)水頭測(cè)值基本穩(wěn)定，未隨庫(kù)水位變化。從0+086.5斷面滲壓計(jì)過(guò)程線(見(jiàn)圖2)可以看出該斷面儀器位置滲流穩(wěn)定。

圖2 涵洞0+86.5斷面滲壓計(jì)過(guò)程線(2005年1月1日—2015年12月31日)

4 結(jié) 語(yǔ)

涵洞基礎(chǔ)從施工期到蓄水初期發(fā)生了較大沉降，通過(guò)同時(shí)觀測(cè)涵洞的位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)、滲壓計(jì)，判定涵洞基礎(chǔ)沉降屬于均勻性沉降。2011年以后涵洞壩基沉降趨于穩(wěn)定，涵洞位置埋設(shè)的其他安全監(jiān)測(cè)儀器數(shù)值趨于穩(wěn)定，各項(xiàng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均顯示涵洞工況良好。當(dāng)前涵洞仍處在下沉態(tài)勢(shì)，但沉降量趨于穩(wěn)定，變化趨緩。

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Monitoring Analysis of Homogeneous Earth Dam Culvert Operation Safety

Cao Rui

(XinjiangIrtyshRiverBasinDevelopmentProjectConstructionAdministration,Urumqi830000,China)

In this paper, the monitoring of “500” reservoir culvert during the construction period and the initial impoundment pertiod operation are introduced. The monitoring results show that: the foundation sedimentation is large. Through analysis of displacement meter, joint meter and osmometer data embedded in the culvert at the same time, it is determined that the culvert foundation is uniform settlement. At present, the culvert is in good condition.

culvert; safety monitoring; analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.009

TV698.1

A

1673-8241(2017)02- 0046- 03

運(yùn)行管理