葫蘆口水庫大壩原型觀測分析評價

吳逢祥

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川 德陽 618000)

1 概述

葫蘆口水庫位于四川省威遠(yuǎn)縣威遠(yuǎn)河上，建于1979年，正常蓄水位406.00m，總庫容7580萬m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、放水設(shè)備、電站等組成。大壩為漿砌條石重力壩，最大壩高71.0m，壩頂寬7.0m，全長215.0m。上游壩坡為1∶0.3，下游壩坡為1∶0.8。大壩布置觀測項目18個，其中水平位移、垂直位移、揚壓力、測縫等外部變形觀測共11個。本文主要對原型監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，在此基礎(chǔ)上，對大壩的安全性進(jìn)行評價。大壩平面布置如圖1所示。

2 滲流觀測

2.1 滲壓觀測孔布置

在高程349.00m縱向廊道中，布置有11個觀測孔對帷幕后揚壓力進(jìn)行觀測。在高程346.00m橫向廊道中，布置有8個觀測孔對大壩基礎(chǔ)接觸面和泥化夾層面揚壓力進(jìn)行觀測。帷幕后設(shè)有排水孔，排水孔后設(shè)置有集水井。滲壓觀測孔布置如圖2—3所示。

2.2 滲壓觀測資料分析

工程1979年竣工至今，對大壩滲壓孔進(jìn)行了持續(xù)觀測，每月觀測1次。本次對1989—2014年最高庫水位時各觀測孔資料進(jìn)行了統(tǒng)計整理，繪制成相關(guān)過程線進(jìn)行分析，如圖4所示?？梢钥闯?，歷經(jīng)25年各觀測孔滲壓變化范圍很小，沒有突變現(xiàn)象，較為穩(wěn)定。

為直觀反映實測和設(shè)計揚壓力間關(guān)系，以歷年中最高庫水位2012年庫水位406.22m為代表，分別作帷幕后縱向觀測孔揚壓力分布圖和壩基橫向揚壓力分布圖，如圖5—6所示。

從圖5—6實測與設(shè)計揚壓力對比看出，除5號、6號觀測孔外，實測揚壓力均小于設(shè)計揚壓力，說明灌漿帷幕防滲性能較好。考慮大壩高程378.00m以下為整體結(jié)構(gòu)，且從多年變形觀測資料分析，各種變形已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明局部揚壓力偏高對工程安全影響有限。

3 變形觀測

3.1 變形安全觀測設(shè)置

工程沉降觀測點分別設(shè)置于壩頂、349.00m、366.00m廊道和兩岸不同高度基巖，共24個點。

3.2 水平位移監(jiān)測

3.2.1歷年各觀測點水平位移變化規(guī)律

壩頂防浪墻9個變形觀測點，通過視準(zhǔn)線法觀測，1979年12月首次觀測作為基準(zhǔn)值，以后每年

圖1 攔河大壩平面布置圖

圖2 攔河大壩觀測設(shè)施立面布置圖

圖3 攔河大壩滲壓觀測設(shè)施橫向布置圖

圖4 歷年各觀測孔水深變化過程線圖

圖5 縱向觀測孔揚壓力對比圖

圖6 壩基橫向觀測孔揚壓力對比圖

圖7 大壩沉降觀測點分布圖

觀測一次。通過資料統(tǒng)計整理，將歷年各觀測點最大水平位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖8所示。

高程392.00m廊道內(nèi)引張線于1979年進(jìn)行首次觀測，以后每月觀測四次。通過資料統(tǒng)計整理，將歷年引張線各點最大位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖9所示。

從圖8—9看出，各觀測點最大水平位移基本在10mm范圍內(nèi)波動，小于原設(shè)計要求的壩體最大變位12mm。歷經(jīng)多年水平變形穩(wěn)定收斂，無突變現(xiàn)象，說明壩體變形穩(wěn)定正常。

3.2.2水平位移變化規(guī)律

通過壩頂和廊道內(nèi)觀測點資料統(tǒng)計分析，歷年年內(nèi)壩頂和壩體水平位移受庫水位影響明顯，呈周期性變化。在高水位條件下，水平位移向下游變化，在低水位條件下，水平位移向上游回彈，說明壩體產(chǎn)生的是彈性變形，符合剛性壩變形規(guī)律。且在一定水位下，各觀測點數(shù)值呈中間大兩邊小的趨勢，即河床大壩較高部位變形較大，壩肩大壩較低部位變形較小，符合大壩的一般變形規(guī)律。

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3.2.3正垂線上位移變化規(guī)律

溢流壩右岸第二閘墩內(nèi)布置正垂線一套，分別于高程413.00m、392.00m、366.00m、349.00m處設(shè)置4個變形觀測點，各點水平位移值的連線就是壩體的撓度曲線。正垂線基準(zhǔn)值觀測時間是1980年5月，以后每月觀測2次。歷年正垂線各測點最大位移變化繪制成相關(guān)過程線，如圖10所示。

從圖10看出，從1980年觀測至今，各觀測點除在1995年有一個明顯變形減小外，其余時段曲線均較平緩，最大水平位移在12mm范圍內(nèi)波動，說明壩體本身性能較好，且變形已基本穩(wěn)定。

在一定水位條件下，各點水平位移值連接為壩體撓度曲線。以2013年10月13日觀測資料為例，水庫水位406.09m，高程413.00m測點位移3.8mm；高程392.00m測點位移3.23mm；高程366.00m測點位移2.58mm；高程349.00m測點位移2.1mm。正垂線水平位移撓度曲線如圖11所示。

圖8 歷年壩頂觀測點最大水平位移變化過程線圖(視準(zhǔn)線法)

圖9 歷年高程392.00m廊道各觀測點最大水平位移變化過程線圖(引張線法)

圖10 歷年正垂線各觀測點最大位移變化過程線圖

圖11 一定水位下正垂線各觀測點撓度曲線圖

圖12 歷年壩頂各觀測點最大沉陷值變化過程線圖

圖13 歷年349.00m廊道各觀測點最大沉陷值變化過程線圖

從曲線看出，一定水位條件下，各觀測點數(shù)值呈壩體越高變形越大趨勢，符合大壩變形的一般規(guī)律。而且實測撓度曲線在理論計算撓度曲線變化范圍內(nèi)，說明大壩變形正常。

3.3 垂直位移觀測

本工程共設(shè)置24個沉降位移點。垂直位移始測于1976年5月，1979年以前采取不定期觀測，1979年至1983年每月觀測一次，1984年至2000年每季度觀測一次，2000年至今每年觀測一次。歷年壩頂和349.00m廊道各觀測點最大沉陷值變化繪制成相關(guān)過程線，如圖12—13所示。

從圖12—13看出，各觀測點歷年最大垂直位移有升有降，但總體來說曲線變化較為平緩，基本在設(shè)計允許的12mm范圍內(nèi)波動，說明大壩變形正常，且已基本穩(wěn)定。

通過整理分析1995年壩頂觀測資料發(fā)現(xiàn)，每年年內(nèi)垂直位移存在規(guī)律性變化，壩體垂直位移與溫度相關(guān)性較大，溫度較低時，壩頂觀測值下沉或在原基準(zhǔn)值附近，位移相對較??；溫度較高時，觀測值上升，位移相對較大；且河床部位壩體較高處觀測點數(shù)值變化幅度較兩岸大，這符合剛性壩體熱脹冷縮的原理，也符合壩體變形的一般規(guī)律。

3.4 沉陷縫觀測

1984年8月在壩頂下游側(cè)安裝了5只測縫計，在392.00m高程廊道內(nèi)安裝3只測縫計。測縫計首次觀測于1984年9月，基本每月觀測2次。以壩頂縫2、1號測縫計和高程392.00m廊道縫6、8號測縫計為代表，歷年伸縮縫變形繪制成相關(guān)過程線，如圖14—15所示。

從圖14—15中看出，各縫歷年最大觀測值變化趨勢較為平緩，變化幅度較小，既使偶有突變，也在10mm以內(nèi)，然后又趨于穩(wěn)定，說明沉陷縫變化在正常范圍內(nèi)。從歷年資料數(shù)據(jù)看，測縫開合度變化與氣溫有明顯的相關(guān)關(guān)系，如壩頂1號、2號、3號測縫計隨溫度升高，縫距值變小，隨溫度降低，縫距值增大，說明沉陷縫變化符合剛性壩一般變化規(guī)律，既能滿足溫度變化需要，也能滿足沉陷變化和水平錯動，大壩整體性能較好。

4 安全評價

大壩運行至今36年，整體外觀保持較好，經(jīng)歷年大壩水平位移(視準(zhǔn)線法、正倒垂線法和引張線法)、垂直位移、沉陷縫等觀測資料分析，大壩各種變形隨水庫水位、溫度變化很有規(guī)律，符合漿砌石剛性壩體自身材料特性，而且各種變形已基本穩(wěn)定，相對較小，均在設(shè)計控制范圍內(nèi)，說明大壩變形正常，壩體結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。

圖14 壩頂縫2、1號測縫計歷年變位最大值變化過程線圖

圖15 392.00m廊道縫6、8號測縫計歷年變位最大值變化過程線圖

5 結(jié)語

(1)安全觀測是了解水電工程工作狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)異常跡象、評價工程安全狀況、防患于未然的最重要手段，所以水電工程按照規(guī)范設(shè)置完善的監(jiān)測設(shè)施十分必要。

(2)運行管理階段，應(yīng)重視各種監(jiān)測設(shè)施的維護(hù)或更換，按規(guī)范要求進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測和資料整編，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，為評價大壩安全提供翔實、科學(xué)的基礎(chǔ)資料。葫蘆口水庫有較完善的監(jiān)測系統(tǒng)，但也存在局部觀測設(shè)施破壞，沒有及時維修或更換的現(xiàn)象，造成部分資料缺失，為本次大壩安全評價帶來了一定的影響。

(3)本文通過多年監(jiān)測資料的系統(tǒng)整理，分類繪制成相關(guān)過程線進(jìn)行分析，并與設(shè)計值進(jìn)行對比，最終得出大壩處于安全狀態(tài)的評價，可為類似工程對監(jiān)測資料的分析評價提供一定的借鑒和參考。