齐溪水库加固改造工程施工期渗流监测资料分析

杜巧丰,顾锡春,魏海云

(1.浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002;2.浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 210020)

1 问题的提出

齐溪水库位于钱塘江南源,马金溪上游,水库坝址位于齐溪乡的水湖村附近,距开化县城50 km,坝址以上流域面积182.65 km2,加固改造后水库总库容4 517万 m3。齐溪水库是一座以防洪、发电为主,结合灌溉、养鱼等综合利用的年调节中型水库。水库枢纽主体工程包括拦河坝、发电输水隧洞、发电厂和升压站等建筑物。拦河坝坝型为小骨料混凝土砌石重力坝,由溢流坝段及非溢流坝段组成,大坝最大坝高56.00m,坝顶高程293.21 m,不设防浪墙,坝顶总长156.40m,坝顶宽4.50m。

齐溪水库工程于1979年4月动工兴建,1986年9月竣工,1987年12月投入联合试运行。衢州市水利局于2008年7月对齐溪水库进行了大坝安全鉴定,确定其大坝为二类坝,必须进行加固改造。

2008年7月开始进行大坝加固改造设计,主体工程于2009年10月1日正式开工,大坝自动化安全监测工程于2010年2月开始施工,4月完成渗流监测设施改造,并获得初始值。2010年6月齐溪水库加固改造工程完成蓄水验收,同时开始蓄水运行。

2 加固改造前工程监测

2.1 加固改造前的观测项目

齐溪水库设有大坝观测班,负责对大坝的安全监测。巡视检查范围包括大坝、输水建筑物、泄洪建筑物、闸门、启闭设备、电器设备、观测设施等。巡视检查分为经常检查、例行检查、定期检查、特别检查。

齐溪水库大坝加固改造前设置的主要观测项目及测次见表1。

表1 观测项目及观测频次表

2.2 观测存在的问题

齐溪水库大坝观测项目基本满足工程安全监测的要求,坝顶垂直位移变形工作基点从未经过校核。大坝水平位移、垂直位移、伸缩缝、扬压力、渗流量以及库水位观测频次满足规范要求,坝体巡视检查也满足要求,但坝区气温观测频次偏少。

大坝水平位移、垂直位移、伸缩缝、渗流量等观测值符合一般规律,但精度有待进一步提高。大坝扬压力采用压力表观测,绝大部分测孔没有观测值。大坝坝基渗流与坝体渗流观测未分开,不利于及时发现坝体和坝基防渗设施的工作状态。大坝观测仪器陈旧,虽经过多次维修,目前仍有缺陷,扬压力表量程过大,目前大坝未实现安全监测自动化。

3 渗流监测

3.1 加固改造前渗流监测概况

加固改造前渗流监测只有坝基渗流监测,包括扬压力观测和渗流量观测,观测设施布置及观测方法如下:

3.1.1 扬压力观测

大坝共设置扬压力观测孔13个,布置在帷幕灌浆廊道内,采用压力表观测,量程:U1、U3、U5～U11、U13孔为0.6MPa;U2、U4、U12孔为0.25MPa(2007年4月18日新换),大坝扬压力观测1次/2 d。扬压力自观测以来,未对测孔进行清孔处理,测孔可能存在被堵塞的情况。

3.1.2 渗流量观测

大坝共设置渗流量观测堰6个,布置在帷幕灌浆廊道内,每个坝段坝体渗水采集设1个堰,编号为S1～S6。主要采用容积法进行观测,观测1次/2 d。

3.2 加固改造后渗流监测概况

加固改造后大坝渗流监测包括坝基渗流监测和绕坝渗流监测,为实现监测自动化,坝基扬压力监测布置13支测压管,每支测压管内布置1支渗压计,共布置13支渗压计。绕坝渗流监测布置8支测压管,左右岸各4支,每个测压管内布置1支渗压计,共布置8支渗压计。合计共布置21支渗压计。

在廊道内布置6套量水堰测量设备(包括量水堰和堰上自记水位计),用以监测廊道内排水孔的渗流量,间接反应坝基灌浆帷幕的防渗效果。

4 渗流观测资料分析

4.1 坝基扬压力测压管观测资料分析

本次对截止2010年4月30日的大坝监测资料进行分析,施工期间高水位 (以2010年3月20日库水位277.07m为例)和低水位(以2010年3月31日库水位265.79 m为例)的测压管实测水位特征值见表2、3。

表2 坝基测压管水位及扬压力系数 (排水灌浆廊道)表

表3 坝基测压管水位及扬压力系数 (观测廊道)表

从表2中可看出,2010年3月20日库水位277.07m,2010年3月31日库水位265.79 m,期间库水位下降11.28 m,U1～U9测压管水位变化幅度为-2.37～0.41m,2010年3月31日U1和U9测压管水位甚至高于库水位。这表明大坝左右两岸坝基扬压力受两岸山体来水影响较大。

从表2和表3中可看出,目前排水灌浆廊道测压管U3～U7和观测廊道测压管U10～U13水位较低,扬压力系数均小于0.25。这初步表明目前大坝防渗帷幕和排水孔已发挥效果。

经过全坝段灌浆处理,测压管U3和U4的扬压力系数下降明显。但U1和U9测压管的扬压力系数较大,且部分测压管水位高于库水位,说明这2根测压管可能受山体来水的正常补给,当库水位下降时,其测压管水位仍处于一个比较高的水平,2010年3月20日当上游水位为277.07m时U1测压管的扬压力系数为0.51,2010年4月26日当上游水位为275.15m时U9测压管的扬压力系数为0.47;U2测压管的扬压力系数为0.36～0.69,大于正常值0.25,当上游水位为277.07m时U2测压管的扬压力系数为0.36,当上游水位为265.79m时U2测压管的扬压力系数为0.69。由此可见,在高水位时U2测压管的扬压力系数比在低水位时小;U8测压管扬压力系数为0.31～0.72,在高水位时U8测压管的扬压力系数比在低水位时小。针对U1、U2、U8、U9测压管测值偏大的问题,需复核大坝抗滑稳定和基底应力计算,其中U8测压管测值虽偏大,但在高水位时扬压力系数小于0.35,故无需复核;U9测压管测值虽偏大,但在高水位时扬压力系数小于0.5,故无需复核。因此对左岸Ⅰ坝段和Ⅱ坝段进行抗滑稳定、基底应力计算,经复核满足SL 319—2005《混凝土重力坝设计规范》和 SL 25—2006《砌石坝设计规范》的要求。

4.2 绕坝渗流分析

4.2.1 观测资料分析

绕坝测压管实测水位特征值见表4。

表4 绕坝测压管实测水位特征值表 m

绕坝测压管实测水位过程线见图1。

图1 绕坝测压管水位过程线图

从表4和图1中可以看出:

(1)左岸RC1水位为288m左右,RC2水位为279m左右,高于库水位。右岸测压管RC5～RC8水位介于275.26～288.64m,均高于库水位。两岸测压管水位与库水位相关性很小。结合测压管(渗压计)埋设位置,可初步推断:绕坝渗压计水位主要受大坝两岸山体地下水影响。

(2)测压管RC1、RC6、RC8远离坝脚,测压管水位虽高于上游库水位,考虑到其值主要受大坝两岸山体地下水影响,故对大坝安全没有影响;测压管RC2～RC5、RC7靠近坝脚,RC3、RC4测压管水位低于上游库水位,RC2、RC5、RC7测压管水位高于上游库水位,但测压管水位均低于基岩面,故对大坝安全没有影响。

4.2.2 采取的措施

大坝两岸山体地下水位较高,为安全起见,在大坝两岸下游侧山体 (桩号坝轴0+000.00～坝下0+050.00m、高程293.21m以下山体)增设D为5 cm的排水孔,间距为3m×3m(可根据实地地形对排水孔布置作适当调整),梅花形布置,i=5%,L=5m,排水孔采用PVC管接出,靠山体侧端部位包土工布,土工布规格300 g/m2。

5 结 语

在施工期间渗流量、扬压力、绕坝渗流等各项检查和观测数据表明各项工程措施都发挥了作用,效益显著。

坝基扬压力观测资料反映了坝基渗流情况。施工期间大坝两岸坝基扬压力受两侧山体水影响较大。加固改造后坝基扬压力系数有所下降,初步表明大坝防渗和排水孔已发挥效果。由于施工期间库水位较低,高水位下坝基扬压力有待观测。

施工期间绕坝测压管水位与库水位相关性很小,主要受大坝两岸山体水影响。大坝发生绕坝渗流的可能性较低,但高水位下绕坝渗流有待观测。