松柏山水庫大壩壩體質(zhì)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(qū)境內(nèi)，大壩坐落在松柏橋上游650 m的南明河上，距貴陽市城區(qū)30 km。水庫功能為城市防洪、城市供水、灌溉供水以及生態(tài)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(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，水庫規(guī)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(cè)壩肩為古河道沖刷的右側(cè)山體，坡面較陡，故右壩肩伏于右側(cè)山坡基巖。左側(cè)覆蓋層較厚，基巖埋置較深，在壩址處左側(cè)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(zhì)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(shè)檢測儀器并定期對監(jiān)測結(jié)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(dǎo)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)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(dǎo)致管涌、接觸沖刷、流土等破壞，為此，必須通過合理監(jiān)測方式的應(yīng)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(zhì)量的綜合評價。

2 水庫大壩壩體質(zhì)量評價

2.1 水庫大壩壩體質(zhì)量監(jiān)測發(fā)展歷程

松柏山水庫是貴陽市第一座監(jiān)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(shè)期間，在大壩內(nèi)部的1 136.00 m、1 148.00 m、1 160.00 m 高程共計埋設(shè)差動電阻式儀器 127支。由于各種原因影響，內(nèi)部監(jiān)測儀器自埋設(shè)完畢后觀測工作不連續(xù)。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(shè)計院和松柏山管理處有關(guān)人員對內(nèi)部觀測儀器進行了檢修，結(jié)果表明儀器的完好率在80%左右，經(jīng)研究決定恢復(fù)觀測；同年省水電勘測設(shè)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(yīng)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(jiān)測中心對松柏山水庫內(nèi)部觀測儀器進行了鑒定，結(jié)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(jiān)測設(shè)施進行改造：①新建大壩水平位移控制網(wǎng)，共修建4個控制網(wǎng)點；新建大壩水準(zhǔn)基點，共修建3個基點。對新建控制網(wǎng)及水準(zhǔn)網(wǎng)進行初始測量。②新增左壩肩邊坡變形監(jiān)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(jiān)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(tǒng)進行觀測。③對左右壩肩繞滲監(jiān)測進行監(jiān)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(jiān)測實施自動監(jiān)測。

2.2 大壩位移觀測結(jié)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(jù)對實測壩頂水平位移特征值統(tǒng)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(guī)律。實測發(fā)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(nèi)。

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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)律性，徑、切向位移分布基本符合拱壩變形規(guī)律。實測徑向最大位移量為 6.82 mm，發(fā)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(nèi)，大壩變形基本正常。

2.2.2 壩頂垂直位移觀測

根據(jù)對本年度實測壩頂垂直位移特征值的統(tǒng)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(xiàn)為隨氣溫的升高表現(xiàn)為抬升趨勢，隨氣溫的降低表現(xiàn)為下沉趨勢，基本符合混凝土壩垂直位移變化規(guī)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(jiān)測采用水位孔內(nèi)安裝滲壓計的方式進行。在兩壩肩水位觀測孔內(nèi)設(shè)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(shè)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(jù)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(nèi)集中，并實現(xiàn)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(jù)對本年度實測大壩兩岸水位孔水位特征值的統(tǒng)計及對實測孔內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)水位均高于庫水位，與水庫水位無相關(guān)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(nèi)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(guān)聯(lián)性，受客水的影響，孔內(nèi)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(nèi)水位與庫水位變化過程線圖

圖2 實測大壩右岸水位孔內(nèi)水位與庫水位變化過程線圖

3 壩體防滲處理措施

結(jié)合松柏山水庫大壩壩體質(zhì)量評價結(jié)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?？紤]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(yīng)到達壩體和壩基接觸面。垂直鉆孔的過程中應(yīng)當(dāng)將孔斜率控制在±2%范圍內(nèi)，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(xué)參數(shù)性能詳見表2和表3所示，為保證漿液的流動性，還應(yīng)當(dāng)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(jié)。漿液物理力學(xué)性能參數(shù)確定好后必須通過室內(nèi)試驗進行漿液配比、漿液物理力學(xué)性能和灌漿設(shè)計方案的驗證。

表2 灌漿土料物理力學(xué)性能表

表3 漿液物理力學(xué)指標(biāo)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(shù)至少為5次。

4 結(jié)論與建議

通過文章對松柏山水庫大壩壩體質(zhì)量評價的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，松柏山水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)測點完好，自動采集系統(tǒng)運行正常，各測點測值穩(wěn)定、工作正常，觀測精度滿足規(guī)范要求，觀測數(shù)據(jù)有效。根據(jù)觀測成果分析認(rèn)為：本年度實測左岸水位孔除近壩水位孔ZK1、ZK3孔內(nèi)水位低于庫水位外，其余水位孔內(nèi)水位均高于庫水位。低于庫水位的水位孔ZK1、ZK3孔內(nèi)水位變幅總體較小，與庫水位無明顯相關(guān)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(tài)正常，左岸邊坡整體區(qū)域穩(wěn)，在水庫運行過程中應(yīng)加強自動化采集設(shè)備維護。