齊溪水庫加固改造工程施工期滲流監測資料分析

杜巧豐,顧錫春,魏海云

(1.浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002;2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 210020)

1 問題的提出

齊溪水庫位于錢塘江南源,馬金溪上游,水庫壩址位于齊溪鄉的水湖村附近,距開化縣城50 km,壩址以上流域面積182.65 km2,加固改造后水庫總庫容4 517萬 m3。齊溪水庫是一座以防洪、發電為主,結合灌溉、養魚等綜合利用的年調節中型水庫。水庫樞紐主體工程包括攔河壩、發電輸水隧洞、發電廠和升壓站等建筑物。攔河壩壩型為小骨料混凝土砌石重力壩,由溢流壩段及非溢流壩段組成,大壩最大壩高56.00m,壩頂高程293.21 m,不設防浪墻,壩頂總長156.40m,壩頂寬4.50m。

齊溪水庫工程于1979年4月動工興建,1986年9月竣工,1987年12月投入聯合試運行。衢州市水利局于2008年7月對齊溪水庫進行了大壩安全鑒定,確定其大壩為二類壩,必須進行加固改造。

2008年7月開始進行大壩加固改造設計,主體工程于2009年10月1日正式開工,大壩自動化安全監測工程于2010年2月開始施工,4月完成滲流監測設施改造,并獲得初始值。2010年6月齊溪水庫加固改造工程完成蓄水驗收,同時開始蓄水運行。

2 加固改造前工程監測

2.1 加固改造前的觀測項目

齊溪水庫設有大壩觀測班,負責對大壩的安全監測。巡視檢查范圍包括大壩、輸水建筑物、泄洪建筑物、閘門、啟閉設備、電器設備、觀測設施等。巡視檢查分為經常檢查、例行檢查、定期檢查、特別檢查。

齊溪水庫大壩加固改造前設置的主要觀測項目及測次見表1。

表1 觀測項目及觀測頻次表

2.2 觀測存在的問題

齊溪水庫大壩觀測項目基本滿足工程安全監測的要求,壩頂垂直位移變形工作基點從未經過校核。大壩水平位移、垂直位移、伸縮縫、揚壓力、滲流量以及庫水位觀測頻次滿足規范要求,壩體巡視檢查也滿足要求,但壩區氣溫觀測頻次偏少。

大壩水平位移、垂直位移、伸縮縫、滲流量等觀測值符合一般規律,但精度有待進一步提高。大壩揚壓力采用壓力表觀測,絕大部分測孔沒有觀測值。大壩壩基滲流與壩體滲流觀測未分開,不利于及時發現壩體和壩基防滲設施的工作狀態。大壩觀測儀器陳舊,雖經過多次維修,目前仍有缺陷,揚壓力表量程過大,目前大壩未實現安全監測自動化。

3 滲流監測

3.1 加固改造前滲流監測概況

加固改造前滲流監測只有壩基滲流監測,包括揚壓力觀測和滲流量觀測,觀測設施布置及觀測方法如下:

3.1.1 揚壓力觀測

大壩共設置揚壓力觀測孔13個,布置在帷幕灌漿廊道內,采用壓力表觀測,量程:U1、U3、U5～U11、U13孔為0.6MPa;U2、U4、U12孔為0.25MPa(2007年4月18日新換),大壩揚壓力觀測1次/2 d。揚壓力自觀測以來,未對測孔進行清孔處理,測孔可能存在被堵塞的情況。

3.1.2 滲流量觀測

大壩共設置滲流量觀測堰6個,布置在帷幕灌漿廊道內,每個壩段壩體滲水采集設1個堰,編號為S1～S6。主要采用容積法進行觀測,觀測1次/2 d。

3.2 加固改造后滲流監測概況

加固改造后大壩滲流監測包括壩基滲流監測和繞壩滲流監測,為實現監測自動化,壩基揚壓力監測布置13支測壓管,每支測壓管內布置1支滲壓計,共布置13支滲壓計。繞壩滲流監測布置8支測壓管,左右岸各4支,每個測壓管內布置1支滲壓計,共布置8支滲壓計。合計共布置21支滲壓計。

在廊道內布置6套量水堰測量設備(包括量水堰和堰上自記水位計),用以監測廊道內排水孔的滲流量,間接反應壩基灌漿帷幕的防滲效果。

4 滲流觀測資料分析

4.1 壩基揚壓力測壓管觀測資料分析

本次對截止2010年4月30日的大壩監測資料進行分析,施工期間高水位 (以2010年3月20日庫水位277.07m為例)和低水位(以2010年3月31日庫水位265.79 m為例)的測壓管實測水位特征值見表2、3。

表2 壩基測壓管水位及揚壓力系數 (排水灌漿廊道)表

表3 壩基測壓管水位及揚壓力系數 (觀測廊道)表

從表2中可看出,2010年3月20日庫水位277.07m,2010年3月31日庫水位265.79 m,期間庫水位下降11.28 m,U1～U9測壓管水位變化幅度為-2.37～0.41m,2010年3月31日U1和U9測壓管水位甚至高于庫水位。這表明大壩左右兩岸壩基揚壓力受兩岸山體來水影響較大。

從表2和表3中可看出,目前排水灌漿廊道測壓管U3～U7和觀測廊道測壓管U10～U13水位較低,揚壓力系數均小于0.25。這初步表明目前大壩防滲帷幕和排水孔已發揮效果。

經過全壩段灌漿處理,測壓管U3和U4的揚壓力系數下降明顯。但U1和U9測壓管的揚壓力系數較大,且部分測壓管水位高于庫水位,說明這2根測壓管可能受山體來水的正常補給,當庫水位下降時,其測壓管水位仍處于一個比較高的水平,2010年3月20日當上游水位為277.07m時U1測壓管的揚壓力系數為0.51,2010年4月26日當上游水位為275.15m時U9測壓管的揚壓力系數為0.47;U2測壓管的揚壓力系數為0.36～0.69,大于正常值0.25,當上游水位為277.07m時U2測壓管的揚壓力系數為0.36,當上游水位為265.79m時U2測壓管的揚壓力系數為0.69。由此可見,在高水位時U2測壓管的揚壓力系數比在低水位時小;U8測壓管揚壓力系數為0.31～0.72,在高水位時U8測壓管的揚壓力系數比在低水位時小。針對U1、U2、U8、U9測壓管測值偏大的問題,需復核大壩抗滑穩定和基底應力計算,其中U8測壓管測值雖偏大,但在高水位時揚壓力系數小于0.35,故無需復核;U9測壓管測值雖偏大,但在高水位時揚壓力系數小于0.5,故無需復核。因此對左岸Ⅰ壩段和Ⅱ壩段進行抗滑穩定、基底應力計算,經復核滿足SL 319—2005《混凝土重力壩設計規范》和 SL 25—2006《砌石壩設計規范》的要求。

4.2 繞壩滲流分析

4.2.1 觀測資料分析

繞壩測壓管實測水位特征值見表4。

表4 繞壩測壓管實測水位特征值表 m

繞壩測壓管實測水位過程線見圖1。

圖1 繞壩測壓管水位過程線圖

從表4和圖1中可以看出:

(1)左岸RC1水位為288m左右,RC2水位為279m左右,高于庫水位。右岸測壓管RC5～RC8水位介于275.26～288.64m,均高于庫水位。兩岸測壓管水位與庫水位相關性很小。結合測壓管(滲壓計)埋設位置,可初步推斷:繞壩滲壓計水位主要受大壩兩岸山體地下水影響。

(2)測壓管RC1、RC6、RC8遠離壩腳,測壓管水位雖高于上游庫水位,考慮到其值主要受大壩兩岸山體地下水影響,故對大壩安全沒有影響;測壓管RC2～RC5、RC7靠近壩腳,RC3、RC4測壓管水位低于上游庫水位,RC2、RC5、RC7測壓管水位高于上游庫水位,但測壓管水位均低于基巖面,故對大壩安全沒有影響。

4.2.2 采取的措施

大壩兩岸山體地下水位較高,為安全起見,在大壩兩岸下游側山體 (樁號壩軸0+000.00～壩下0+050.00m、高程293.21m以下山體)增設D為5 cm的排水孔,間距為3m×3m(可根據實地地形對排水孔布置作適當調整),梅花形布置,i=5%,L=5m,排水孔采用PVC管接出,靠山體側端部位包土工布,土工布規格300 g/m2。

5 結 語

在施工期間滲流量、揚壓力、繞壩滲流等各項檢查和觀測數據表明各項工程措施都發揮了作用,效益顯著。

壩基揚壓力觀測資料反映了壩基滲流情況。施工期間大壩兩岸壩基揚壓力受兩側山體水影響較大。加固改造后壩基揚壓力系數有所下降,初步表明大壩防滲和排水孔已發揮效果。由于施工期間庫水位較低,高水位下壩基揚壓力有待觀測。

施工期間繞壩測壓管水位與庫水位相關性很小,主要受大壩兩岸山體水影響。大壩發生繞壩滲流的可能性較低,但高水位下繞壩滲流有待觀測。