甘河子水庫(kù)工程大壩安全監(jiān)測(cè)分析

張 龍

（第六師五家渠市水政監(jiān)察支隊(duì)，新疆 五家渠 831300）

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師五家渠市位于新疆昌吉州境內(nèi)下游沙漠化邊緣地帶，生態(tài)環(huán)境較為惡劣，屬于嚴(yán)重干旱缺水地區(qū)，下轄14 個(gè)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)，農(nóng)業(yè)灌溉主要依賴于上游河水和地下水開采。隨著引額濟(jì)烏的調(diào)水進(jìn)入阜康市和第六師，這兩個(gè)地區(qū)的水資源量將發(fā)生較大的變化，為了充分利用調(diào)水和本地區(qū)有限的水資源，需要對(duì)水資源重新進(jìn)行合理配置。2017 年，第六師甘河子水庫(kù)工程建設(shè)實(shí)施，進(jìn)一步解決了灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉季節(jié)性缺水問(wèn)題以及工業(yè)發(fā)展的用水問(wèn)題，在灌區(qū)水資源有效利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和職工群眾生活條件改善等方面發(fā)揮著重要作用。因此，全面實(shí)施水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)，消除安全隱患，確保水庫(kù)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，已成為甘河子水庫(kù)工程一項(xiàng)重大而緊迫的重點(diǎn)任務(wù)［1］。

1 工程概況

甘河子水庫(kù)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師土墩子農(nóng)場(chǎng)上游的甘河子河河谷上，壩址距下游甘河子鎮(zhèn)5 km，距阜康市38 km，距烏魯木齊市95 km。甘河子水庫(kù)為甘河子河上的山區(qū)控制性工程，承擔(dān)下游農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水的調(diào)節(jié)任務(wù)，改善調(diào)節(jié)灌溉面積55 km2。

2017年，第六師申請(qǐng)國(guó)家水利專項(xiàng)資金，實(shí)施甘河子水庫(kù)工程建設(shè)，重點(diǎn)解決甘河子河灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉季節(jié)性缺水問(wèn)題以及工業(yè)發(fā)展的用水問(wèn)題。甘河子水庫(kù)工程由混凝土面板砂礫石壩、壩身溢洪道及導(dǎo)流泄洪灌溉供水洞三部分組成，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬?。?）型，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。水庫(kù)總庫(kù)容616萬(wàn)m3，其中死庫(kù)容100 萬(wàn)m3、興利庫(kù)容431萬(wàn)m3、調(diào)洪庫(kù)容151萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)最大壩高53.7 m。

甘河子水庫(kù)工程建成后，年供水量為2 980.5萬(wàn)m3，有效緩解了下游農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水矛盾，在項(xiàng)目區(qū)水資源有效利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和職工群眾生活條件改善等方面發(fā)揮著重要作用。

2 安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合工程的實(shí)際情況，本工程的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為變形監(jiān)測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)，設(shè)置如下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[2]。

（1）壩體表面變形觀測(cè)，監(jiān)測(cè)壩面豎向位移和水平位移。

（2）壩體內(nèi)部豎向位移。

（3）面板周邊縫變形。

（4）壩體、壩基滲流監(jiān)測(cè)。

（5）繞壩滲流監(jiān)測(cè)。

具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容，詳見表1。

表1 大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

2.2.1 監(jiān)測(cè)網(wǎng)及壩體表面變形觀測(cè)

根據(jù)壩體實(shí)際情況在壩頂及下游壩坡面設(shè)置水平位移及沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)運(yùn)行期的壩體表面變形情況。在壩體布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，同時(shí)在壩軸線以下平行壩軸線方向布設(shè)10個(gè)綜合位移標(biāo)點(diǎn)，觀測(cè)壩體水平位移計(jì)沉降[3]。

2.2.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

選擇壩體左右斷面分界處橫左0+000斷面為主觀測(cè)斷面，在高程1 118、1 140 m 分別設(shè)置2 層水管式沉降計(jì)，其中1 118 m 高程4 測(cè)點(diǎn)、1 140 m 高程3測(cè)點(diǎn)，共埋設(shè)7支沉降計(jì)用于觀測(cè)不同高程、不同部位壩體的沉降量。

2.2.3 滲流監(jiān)測(cè)

根據(jù)建筑物壩基地質(zhì)條件以及防滲和排水形式等，在壩軸線以下布設(shè)滲流滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)深厚覆蓋層、建基面的滲流滲壓情況及截滲墻、趾板帷幕灌漿的防滲效果。

3 安全監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

甘河子水庫(kù)工程大壩安全監(jiān)測(cè)于2017 年10 月30 日開始儀器埋設(shè)工作，至2018 年12 月安裝埋設(shè)了22 支滲壓計(jì)、2 組水管式沉降儀（四點(diǎn)式1 組、三點(diǎn)式1組）、5組三向測(cè)縫計(jì)、6根測(cè)壓管，外部變形控制網(wǎng)工作基點(diǎn)6 個(gè)，水準(zhǔn)原點(diǎn)3 個(gè)，壩體綜合變形點(diǎn)10 個(gè)，共計(jì)安裝埋設(shè)69 支監(jiān)測(cè)儀器，測(cè)點(diǎn)總數(shù)為69個(gè)。目前，完成率為100%，完好率為98.6%。

3.1 庫(kù)水位監(jiān)測(cè)

甘河子水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位為1 161.00 m，死水位為1 138.60 m，2017—2018 年冬春兩季蓄水時(shí)，庫(kù)水位上升1.66 m；2018—2021年冬春兩季蓄水時(shí)，庫(kù)水位表現(xiàn)為降低，詳見表2。其中，2018—2019年降低0.49 m，2019—2020 年降低1.5 m，2020—2021年降低2.76 m，呈逐年下降擴(kuò)大趨勢(shì)，歷年庫(kù)水損失200萬(wàn)～300萬(wàn)m3。

表2 甘河子水庫(kù)庫(kù)水位特征值m

3.2 大壩外部變形監(jiān)測(cè)

大壩外形觀測(cè)包括豎向位移和水平位移，用于了解大壩的整體穩(wěn)定性。觀測(cè)橫斷面選最大壩高剖面高處（樁號(hào)0+126.7）、右壩肩岸坡陡變處和左壩肩1/2處3 個(gè)斷面；觀測(cè)縱斷面選壩頂?shù)纳舷掠蝺蓚?cè)各1個(gè)，在上游壩坡正常蓄水位以上1個(gè)，在下游壩坡2/3壩高上1個(gè)，在坡腳1個(gè)。每個(gè)斷面選5個(gè)測(cè)點(diǎn)；起測(cè)基點(diǎn)在每一縱排測(cè)點(diǎn)兩端的岸坡上布設(shè)1個(gè)，其高程宜與測(cè)點(diǎn)高程相近，水準(zhǔn)基點(diǎn)在下游500 m 處設(shè)1 個(gè)。水平位移和豎向位移共用1個(gè)測(cè)點(diǎn)，基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)均采用整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共布設(shè)基點(diǎn)10個(gè)、測(cè)點(diǎn)15個(gè)。

通過(guò)對(duì)高程原點(diǎn)、變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行垂直位移初始值測(cè)量，經(jīng)控制網(wǎng)的各項(xiàng)閉合差平差軟件計(jì)算可知，三角形閉合差、極條件閉合差小于限差規(guī)范規(guī)定限差，控制網(wǎng)最大誤差情況為：最大點(diǎn)位誤差為0.001 28 m，最大點(diǎn)間誤差為0.001 28 m，最大邊長(zhǎng)比列誤差為1/2 696 00。

3.3 大壩內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

在水庫(kù)大壩0+000 監(jiān)測(cè)斷面的1 118 、1 140 m高程布設(shè)有水管式沉降儀，其中1 118 m高程處為四點(diǎn)式，沉降測(cè)點(diǎn)分別布置在壩軸線-65、-30、0、30 m處；1 140 m 高程處為三點(diǎn)式，沉降測(cè)點(diǎn)分別布置在距壩軸線-27、0、30 m 處，大壩內(nèi)部沉降變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 大壩0+000斷面內(nèi)部沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

通過(guò)對(duì)水管式沉降儀觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

（1）從內(nèi)部沉降變形時(shí)間分布來(lái)看，在筑壩階段，壩體累積沉降量隨著填筑高程的增大而增加，壩體沉降與填筑關(guān)系緊密，其變化規(guī)律符合堆石壩的實(shí)際加荷沉降規(guī)律。各測(cè)點(diǎn)在大壩填筑、預(yù)留沉降期和面板澆筑期的沉降速度較快，隨著面板澆筑完成，各測(cè)點(diǎn)的沉降速度逐漸趨緩并逐漸收斂。

（2）從內(nèi)部沉降變形空間分布來(lái)看，1 118、1 140 m高程沉降變形基本在壩軸線處最大，壩軸線上下游兩側(cè)30 m處居中，面板下部墊層料附近最?。?］。

3.4 滲流監(jiān)測(cè)

滲流安全監(jiān)測(cè)是對(duì)上、下游水頭差作用下的重力水滲流場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。滲流安全監(jiān)測(cè)包括滲流量、壩基滲流壓力、壩體滲流壓力和繞壩滲流監(jiān)測(cè)。為了監(jiān)測(cè)防滲墻及帷幕的防滲效果，分別在基礎(chǔ)防滲墻0+000、0+040 斷面的防滲墻軸線上游5.5 m 處的1 092 m高程埋有P1、P12測(cè)點(diǎn)，在防滲墻下游2 m處1 111 m 高程埋有P3、P13 測(cè)點(diǎn)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論。

（1）水庫(kù)蓄水前，埋設(shè)于0+000、0+040斷面防滲墻上、下游兩側(cè)的基礎(chǔ)滲壓計(jì)的滲壓水位主要受河道補(bǔ)水、防滲墻截水、地層滲透系數(shù)及滲徑等綜合因素影響。從觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，墻體上游高、下游低，基本反映了蓄水前基礎(chǔ)防滲體封閉后地下水位的分布情況。

（2）水庫(kù)蓄水后，基礎(chǔ)防滲墻上、下游兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)滲壓水位均隨庫(kù)水位的上升而上升，隨庫(kù)水位的下降而下降，同庫(kù)水位密切相關(guān)，且響應(yīng)靈敏。當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到最大值時(shí)，墻體上下游兩側(cè)最大滲壓水位為1 148.47、1 112.07 m。由此可知，在蓄水期間，墻體上、下游滲壓水位分布呈上游高、下游低的特點(diǎn)[5]。具體觀測(cè)內(nèi)容，詳見表3。

表3 防滲墻前后滲壓水位成果統(tǒng)計(jì)

3.5 結(jié)論分析

3.5.1 滲流監(jiān)測(cè)

壩體滲流中水庫(kù)高水位運(yùn)行時(shí)，壩體浸潤(rùn)線形成，最高壩體浸潤(rùn)線在1 117.39～1 111.18 m。防滲墻和大壩趾板間的連接板下部滲壓水頭最大為6.39 m，因測(cè)值偏高附近有防滲結(jié)構(gòu)滲漏的可能。建基面滲壓存在敏感庫(kù)水位，即庫(kù)水位超過(guò)某個(gè)節(jié)點(diǎn)后，各斷面建基面滲壓水位開始上升；小于節(jié)點(diǎn)庫(kù)水位后，建基面滲壓水位開始下降，甚至處于無(wú)水狀態(tài)。壩基滲流中0+000 斷面1 091.36 m 高程墻體下游最大滲壓水位為1 133.91 m，折減水頭在53%～67%，防滲效果一般；右0+040 斷面1 092.20 m 高程墻體下游最大滲壓水位為1 115.02 m，折減水頭在38%～55%，防滲效果不好。蓄水期間，下游壩體基礎(chǔ)滲壓計(jì)的滲壓水位均與庫(kù)水位密切相關(guān)，隨庫(kù)水位的升高而抬升，隨庫(kù)水位的降低而降低。

3.5.2 變形監(jiān)測(cè)

壩體外部變形監(jiān)測(cè)中對(duì)水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)和變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了水平位移初始值測(cè)量，控制網(wǎng)的三角形閉合差、極條件閉合差小于規(guī)范規(guī)定限差。大壩表面變形綜合標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±0.80 mm，水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)中每千米水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差為±0.39 mm，滿足規(guī)范要求。壩體內(nèi)部沉降中大壩填筑期間，壩體為沉降變形，變形隨填筑土石料重量的增加而逐漸增大，最大變形發(fā)生在最大壩高處1 118 m 高程，最大沉降變形為220 mm，沉降量小于壩高的1%，大壩碾壓質(zhì)量較好。蓄水期間，1 118 m 高程的沉降值有抬升表現(xiàn)，目前最大沉降值為166 mm。

綜上所述，甘河子水庫(kù)工程大壩監(jiān)測(cè)資料為施工期及運(yùn)行期監(jiān)測(cè)資料，目前絕大部分埋設(shè)儀器運(yùn)行性狀良好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化符合一般規(guī)律，觀測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，反映了當(dāng)前各建筑物所處狀態(tài)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師土墩子農(nóng)場(chǎng)水利基礎(chǔ)條件薄弱，甘河子水庫(kù)工程項(xiàng)目的實(shí)施在項(xiàng)目區(qū)水資源有效利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和職工群眾生活條件改善等方面具有重要意義。甘河子水庫(kù)工程大壩安全監(jiān)測(cè)中，結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)水庫(kù)大壩施工期、運(yùn)行期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行全面分析、論證，最后判斷大壩安全狀態(tài)特征，為進(jìn)一步深入開展水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)管理提供了技術(shù)支撐，同時(shí)保證了水庫(kù)大壩的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。大壩安全監(jiān)測(cè)中對(duì)水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)的分析，以及各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律性和監(jiān)測(cè)結(jié)論的得出是在水庫(kù)為?。?）型山區(qū)控制性工程、庫(kù)容較小、壩線較短、壩體較高且現(xiàn)有地形地質(zhì)條件比較優(yōu)越的情況下進(jìn)行的，非上述情況的水庫(kù)工程大壩安全監(jiān)測(cè)還需結(jié)合實(shí)際重新論證、分析，最終才能確定最佳安全監(jiān)測(cè)結(jié)論［7］。