半城子水庫大壩壩體運行和監(jiān)測情況探析

李鳳武

關(guān)鍵詞：大壩結(jié)構(gòu);壩體安全檢測設(shè)施;壩體運行和監(jiān)測

半城子水庫于1977年11月建成，是一座以防洪、灌溉為主的中型水庫。水庫總庫容為1020萬m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水設(shè)計，千年一遇洪水校核。

1 流域概況

半城子水庫位于密云水庫上游潮河支流牤牛河上，牤牛河發(fā)源于不老屯鎮(zhèn)西駝古村。水庫流域控制面積66.1km2，干流河道長19.9km，平均縱坡16.6‰，河谷地帶地形陡峻，易發(fā)生滑坡和泥石流，河谷寬度100～300m，河道為沙卵石覆蓋，主河道沖洪積層達10～20m。水庫下流河谷開闊，兩岸平緩。流域地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候，冬季干旱降雪較少，春秋兩季多風(fēng)，夏季雨水較為集中。全年降水量主要集中在7、8兩月，占全年降水量的57%，流域多年平均降雨量為648.5mm。

2 工程概況

半城子水庫主要建筑物為大壩、溢洪道、輸水洞、電站等。水庫主壩為瀝青砼斜墻土壩，壩頂高程262m，防浪墻頂高程263m，最大壩高29m，壩頂長度185m，壩頂寬度5m。溢洪道位于左岸靠壩頭的山坡上，為實用堰型，堰頂高程253m，最大下泄量703m3/s。輸水洞位于大壩右側(cè)，為鋼筋砼有壓管，管徑1.8m，進口底高程243m，最大泄量4m3/s。壩下電站總裝機容量250千瓦，平均發(fā)電水頭17m，單機發(fā)電流量2.5m3/s。

3 壩體運行和監(jiān)測情況現(xiàn)狀

3.1 大壩壩體結(jié)構(gòu)

半城子水庫大壩由均質(zhì)砂礫石料壩體和瀝青混凝土防滲面板構(gòu)成，壩高29m，壩頂長l85m，寬5m，上游壩坡為l：225，下游壩坡為l：2，防滲面板面積l1500m2，大壩基礎(chǔ)設(shè)有混凝土防滲墻，瀝青混凝土防滲面板為簡式斷面，防滲面板下設(shè)數(shù)排金屬排水管，滲水經(jīng)匯集后由位于約234m高程的壩底金屬排水管排出壩體。

3.2 壩體安全監(jiān)測設(shè)施

半城子水庫是密云縣三座中型水庫中唯一的一座瀝青砼斜墻土壩，作為中型水庫來說壩體的正常運行是做好水庫運行管理的重要保障，所以建筑物的安全監(jiān)測主要集中在主壩的安全監(jiān)測上。主壩安全監(jiān)測項目有沉陷、位移、測壓管水位（包括滲漏）等。觀測項目分布情況：在與壩軸線平行位置分別布置1排位移觀測點（261高程）、4排沉陷觀測點，沉陷觀測每排設(shè)有4個標(biāo)點，高程分別為261m、255m、248m、238m，位移與沉陷總計20個觀測標(biāo)點，大壩左右壩坡分別埋設(shè)沉陷、位移觀測基點及水準(zhǔn)基點6個;測壓管觀測點17個，分別位于壩身及大壩左右坡及溢洪道內(nèi)，從壩頂至壩腳分四層排列。2002年為保障水工觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時、直觀，由市水務(wù)局投資，水利自動化研究所負責(zé)技術(shù)支持在半城子水庫建立了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要針對的是測壓管水位觀測，它實現(xiàn)了壩體內(nèi)繞滲及浸潤線水位情況的實時監(jiān)測。

3.3 壩體除險加固情況

1984年檢查發(fā)現(xiàn)，瀝青混凝土面板出現(xiàn)了40余條裂縫，最大裂縫寬度已達20mm，從裂縫縫口能聽到流水聲，威脅到大壩的運行安全。1985年進行了除險加周工程，主要是解決瀝青混凝土面板的裂縫滲漏問題和夏季高溫流淌問題。加固工程的具體做法是：一是對236.6m高程以上的壩前淤泥進行清理;二是對壩面裂縫開v形槽，槽深4～5cm上口寬3～5cm回填瀝青橡膠瑪蹄脂砂漿找平，并貼瀝青玻璃油氈;三是鑿去壩面的流淌鼓包并找平，表面涂刷氧丁膠乳化瀝青后，粘貼瀝青玻璃絲布油氈防滲;四是為了冬季保溫，夏季防止流淌，在整個大壩上游表面鋪設(shè)底寬10.6m，頂寬1.8m的砂礫石料，為防止干砌石風(fēng)化受冬季結(jié)冰凍膿的影響，采用砂漿勾縫，使壩面成為漿砌石壩面。

3.4 壩體監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析

大壩的穩(wěn)定性能及壩體滲流情況依據(jù)1978～2019年半城子水庫水工觀測資料進行綜合分析。本次分析主要偏重于沉陷及測壓管水位。沉陷分析：通過選擇有代表性標(biāo)點及代表性年份沉陷量數(shù)據(jù)，繪制沉陷過程線、橫斷面及縱斷面沉陷量分布圖，判斷壩體變形是否正常，沉陷分布是否均勻，是否會產(chǎn)生裂縫，為工程管理提供參考依據(jù)。本次分析主要采用壩頂最高一排觀測標(biāo)點0+105.5、0+152、0+185的數(shù)據(jù)繪制其累計沉陷量過程線（見下圖），橫縱斷面沉陷分布圖略。

由沉陷過程線可以看出，壩體在初期沉陷變化幅度較大、不穩(wěn)定，而后隨時間推移變幅較為正常、增加緩慢，現(xiàn)已趨于穩(wěn)定。初期變化幅度較大還有一個重要原因就是1982～1985年間，由于上游瀝青砼防滲斜墻面出現(xiàn)較大裂縫致使壩體出現(xiàn)較為嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。1985年水庫大壩險情處理后，經(jīng)過20余年的觀測發(fā)現(xiàn)，險情處理效果顯著，瀝青裂縫、壩體滲漏等問題得到了良好解決。2006年12月份的觀測數(shù)據(jù)顯示，大壩最大累計沉陷量為22mm（樁號0+152），沉陷率為0.79‰，小于我們一直采用的5‰沉陷率值。由此可以說明該壩體壓實較好，大壩處于安全運行狀況，不會出現(xiàn)裂縫，水庫可按設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)運行。2006年壩頂最高一排標(biāo)點沉陷率計算表如下：

1994年是水位上漲比較典型的一年，年降水量987.8mm，而且?guī)焖辉_到259.3m的歷史最高水位;2006年是水位下降比較典型的一年，是通過供水管路向密云水庫供水，基本上不存在滲漏現(xiàn)象。通過數(shù)據(jù)對比，我們可以看出：

（1）1994、2006年P(guān)1繞滲管與庫水位變化過程呈現(xiàn)相似形狀，在時間上有滯后現(xiàn)象，其主要原因是p1位于壩頂右岸最靠近水庫上游，而且右壩頭屬破碎帶片麻巖石，滲水性較強所致，另一方面反映出1985年右壩帷幕灌漿工程所起到的防滲作用不大、效果不好。另外、其他繞滲管變化較為平穩(wěn)，與庫水位關(guān)系不大，但受較大降水影響也會出現(xiàn)上升。

（2）浸潤線水位的變化，從1994年過程線看，看似與庫水位變化相關(guān)存在規(guī)律，但通過對后半年水位及2006年過程線變化分析，我們可以看到，94年當(dāng)庫水位處于259高水位時，浸潤線水位卻有所回落，有下降趨勢，2006年更明顯一些，庫水位連續(xù)下降，而浸潤線水位基本保持不變。所以說明，浸潤線水位與庫水位變化無規(guī)律。

（3）浸潤線與地下水位，從1994年、2006年資料看，不管是庫水位上升或下降都顯示出它們的過程線基本一致，這也說明了，它們的變化是有規(guī)律的。主要原因是當(dāng)水庫泄洪或通過輸水洞放水或遇連續(xù)較大降水時，都會導(dǎo)致壩體下游地下水位上升，相應(yīng)的浸潤線水位也隨之上升。

（4）1994年下半年水庫處于高水位運行狀態(tài)，從浸潤線及下游地下水位過程線的變化可以看出，1985年水庫大壩防滲加固后瀝青砼防滲墻運行良好，工程效果顯著，防滲性能得到了很大的改善。

通過分析，我們初步掌握了半城子水庫大壩運行情況，也表明現(xiàn)有大壩壩體各項參數(shù)變化正常，壩體比較穩(wěn)定，防滲性能良好。這些為我們合理調(diào)蓄來水，確保水庫安全運行創(chuàng)造了良好的條件。

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