大广坝水电站土坝运行中几个典型问题分析

蔡卫华

【摘 要】文章指出大广坝水电站土坝运行中存在的土坝监测受外界影响的因素，土坝上游抛石护坡构造及应用情况，土坝白蚁防治等问题，分析这些问题在土坝运行中的影响，并根据实践提出一些经验和看法。

【关键词】大广坝水电站；监测；折光；仪器检验；抛石护坡；白蚁防治 1.概述

1.1工程概况

大广坝水利水电站工程位于海南省西部东方市境内昌化江中游。该工程具有发电、灌溉、供水等综合效益，电站在系统中承担调峰、调频和事故备用的任务。 枢纽坝址以上控制流域面积3498km2，正常蓄水位140.00m，汛期限制水位140.00m，水位相应库容14.95亿m3。枢纽工程拦河大坝（混凝土坝、土坝）为1级建筑物，按千年一遇洪水设计，入库洪峰流量31800m3/s，水库设计洪水位140.07m；可能最大洪水校核，入库洪峰流量46000m3/s，校核洪水位141.97m，水库总库容17.1亿m3。水电站大坝布置型式是河床为碾压混凝土重力坝，两岸为均质土坝，大坝全长5842m，其中河床混凝土坝长 719m，坝顶高程144.00m，最大坝高57m；两岸土坝全长5123m，左岸土坝坝顶高程145.00m，右岸土坝坝顶高程144.50m，土坝最大坝高44m，土坝上游面是块石抛石护坡，下游面是草皮护坡。河床溢流坝段安装16扇16m×14.5m（宽×高）的泄洪闸门，水库水位140.07m时，16孔全开下泄流量为29066m3/s；当水库水位达到校核洪水位141.97m时，16孔闸门全开时最大下泄流量为35685m3/s。该工程于 1990年6月国家计委批准正式开工，大坝自93年12月9日下闸蓄水，93年12月29日第一台机组并网发电，至95年3月29日，四台机组全部建成投产。

1.2土坝运行管理中存在的问题

大广坝水电站建成后，土坝运行日常管理工作主要有：土坝的变形监测和内部观测，土坝上下游护坡的维护，土坝白蚁防治等。

在多年的工作实践中，发现土坝变形监测易受到自然条件、人为等外界环境干扰，给资料整理与分析带来一定的困难；土坝上游抛石护坡遭受强台风淘刷后，发生较大面积的抛石滑坡；下游草皮护坡白蚁难以根治。这些问题或多或少在某些水电站土坝中存在，它们影响土坝监测的精度，影响土坝的安全运行，现在对这些问题加以分析，并根据实践提出一些经验供参考。

2.土坝监测的影响因素

大广坝水电站土坝变形监测项目主要包括土坝的垂直位移、水平位移观测。大坝垂直位移采用精密水准法，仪器为Ni002水准仪。水平位移观测则采用在下游观测墩上安置TCA2003全站仪测边距法。内部观测主要有渗透压力、基础扬压力、浸润线、地下水、渗透流量、土压力、土位移、坝体倾斜、内部分层沉陷等，全都实行了自动化观测。

2.1自然条件影响

大广坝坝区气候属亚热带型，高温多风多雨。用视准线观测大坝变形时，最易受风和折光的影响，给观测带来误差。大广坝左土坝长2792m，右土坝长2331m，采用单一的视准线无法观测，原来设计采用连续视准线观测，该法的特点是每一测点都要求安置仪器观测小角，然后观测某点相对于其前后两点为基准线的偏离值，如此连续观测，最后通过公式解算出各点的实际偏离值，理论上是可行的。但由于观测过程中每一的测点的各种误差（瞄准误差、对中误差、折光误差）对下一测点都有影响，仪器经多次搬动后，产生较大的累积误差。其表现在有个坝段向上游移动，有点坝段向下游移动，有时移动量达2cm-3cm，过程线跳动厉害，无规律可言。后来改用精度较高的ME5000测距仪测距法得以解决。在土坝下游建若干的观测墩，在观测墩上安置ME5000，以观测坝顶测点与观测墩之间的距离变化来确定大坝的水平位移。而在风力和雾气的影响下，ME5000测值误差还是有所偏大，所以采用ME5000测距仪观测时，一般选择天气情况较好时观测。

2.2人为因素影响

大广坝观测设施，为了防止锈蚀，用铜质的材料较多，有时被砸毁卖掉，恢复后资料失去连续性。左岸土坝的垂直位移观测点、水平位移观测墩，内观观测房，土坝引张线，双弦标，土坝自动化观测电缆等曾被人为地砸毁、挖掘和盗窃。土坝水平位移观测墩和土坝自动化观测电缆多次恢复后又被破坏。在道路面上或附近，也易受到车辆不同程度的损害。这就很难保证资料的连续性、长期性以及稳定性。后来大力加强了对观测设施的防盗及保护，并取得一定的效果，但还是难以杜绝人为因素有意无意的影响，给观测工作带来了一定的困难。

2.3折光影响

视准线和大气激光量测大坝变形时，受折光影响较大。折光是这类观测中主要误差来源之一，这一问题在观测界已取得共识。大广坝水电站土坝变形监测，由于使用的观测仪器大多是光学仪器，或多或少都要受到折光的影响，其结果表现在数据向上下或左右方向摆动，就是同一时间的观测数值都会因天气的变化而出现差值。因此，在这类项目观测时，为了避免折光的影响，一般都是选择阴天和早晚等水平折光较小的观测时间进行或取不同观测时间的平均值来抵消折光的影响。

折光对水平位移的影响是明显的，而对垂直位移的影响也是不容忽视的。在进行土坝垂直位移观测时，整个路线其环境和条件不可能一样，因折光的影响也会带来很大的误差。在通过对土坝垂直位移观测数据分析后发现，其数值摆动与季节、观测时间、观测路线及不同的观测者等情况有关。针对这些情况，土坝垂直位移观测采用如下措施：A.将原来路线由二等改为一等水准测量，并合理撤除部分线段（共减少了9Km长的观测路线）。B.改变观测方法，选择阴天或早晚的观测时间进行作业，并且往返测时奇偶测点均测，然后取其均值。C.工作基点至测点之间观测路线较长的转点做永久固定点，以提高观测精度。这些措施都收到较好的效果。

2.4仪器因素影响

大坝变形监测中各个项目都配备了各种仪器。如垂直位移观测的精密自动安平水准仪Ni002，DNA03电子水准仪，精密测角仪T2000或T3000，TCA2003全站仪或ME5000激光测距仪。这些仪器最大的优点是以高精度实现测量自动化。近几年来，观测仪器技术不断发展和改善，使实施监测越来越方便，精度也提高不少。由于仪器依赖性强，本身出现的毛病不易发现，也不是我们操作人员能够诊断的。因此，仪器的使用不仅要求观测人员具有丰富的工作经验，同时也要具有一定的专业水平，避免因仪器的问题而误判大坝的变化。对于这些高精仪器，维护和检验是一项重要的任务。使用单位不仅要按操作规范维护好，而且要定期送检。检验要由仪器生产单位或国家指定具备其能力的机构来进行。大广坝水准仪Ni002某次送检调试后，观测数据在土坝正常运行下出现跳跃。这说明仪器内在因素对观测结果也有一定的影响。

3.土坝上游抛石护坡构造及应用情况

为了适应海南多台风的气候，大广坝水电站以及下游的戈枕水电站土坝上游均采用抛石护坡。大广坝抛石护坡面积共约28万m2，由土工织物布、碎石垫层、抛投块石组成。上游坝坡自上而下为1：2.25、1：2.5、1：3，在高程132m、120m处变坡。高程110m以下，结合施工导流需要，布置堆石棱体，坡度1：2.0。抛投块石在不同的水位有不同的厚度要求，分为110m-120m、120m-132m、132m-坝顶三个级别，其厚度自下而上左坝为0.6m、0.9m、1.1m，右坝为0.7m、0.8m、0.9m，抛投块石下面一层为40cm厚8-50mm粒径混合的碎石垫层。再下面采用铺设土工织物布代替传统的砂石料作为反滤层，土工布为300-400g/m2涤纶质无纺布。设计要求抛石料超弱径含量不大于5%。

1996年9月，11级的18#台风给土坝上游抛石护坡▽126.0米部位带来局部的掏刷，但影响不是很大。1997年6月，对掏刷部位进行了土工布修复和浆砌石补强，自此到了2005年前的这些年份内，大坝受到台风的影响较小，因而受到的破坏也相对较少，土坝的运行条件较好。但2005年第18#强台风 “达维”给大广坝水电站带来极大的破坏，在高水位条件下（库水位139.0m），大坝受12级台风的袭击，极大的风浪造成左右土坝138.5m高程以上的上游抛石护坡大面积滑坡，土坝护坡严重受损。破坏比较严重的范围发生在左右岸两个裹头部位，坝体滑坡总方量达24602.4m3，其中左土坝17711.4m3，右土坝6891.0m3。

2006年5月，土坝抛石护坡完成修复，大坝抛石护坡的修复加固方案主要采取了下列方法步骤：

（1）裹头的土坝部分和接触部分的防渗按原工程设计的结构型式，采用与原设计相同的材料和施工方法对损坏部分进行修复。

（2）在高程130m以下实测断面的基础上对抛石护坡进行修复。

（3）修复部位在高程130m以上。

（4）对裹头部位进行强化，通过局部加厚抛石体，改变裹头外轮廓线与坝轴线之间的交角，变原设计的90o交角为150o左右的钝角，避免波能集中。

（5）对修复加固竣工后的护坡进行稳定性复核计算。

2009年后，继续对两岸裹头高程130m以下部位的孔洞采用混凝土埋中小石的方法补强加固，均取得一定的效果。由此可知，抛石护坡经受强台风考验后，对设计缺陷应及时调整并加强薄弱部位的加固工作。

4.土坝白蚁防治

白蚁对水库土坝的危害，据有关资料指出不仅能破坏护坝植被，更严重的是可引起土坝发生管涌，滑坡等重大险情，直至酿成垮坝的灾难。大广坝土坝下游草皮坡面主要发现的白蚁有：黑翅土白蚁、黄翅大白蚁、黄胸散白蚁、黑胸散白蚁飞以及海南白蚁等种类。土坝产生白蚁的原因主要是由于土坝多依山而建，周山植被茂盛，水库常年蓄水，加之土坝土壤内温度和湿度非常适宜白蚁建巢，又具有充足的植被纤维和水分，从而促进了白蚁的繁殖，加速了对土坝的危害。每年的4～6月是白蚁婚飞季节，当温度、湿度和气压达到白蚁婚飞要求时，大量的长翅繁殖蚁就会纷纷出飞婚配，这时水库中的月光水面招引白蚁有翅成虫从附近的坡地飞向大坝，使它们在土坝上筑新巢并繁殖。由于上述原因，大广坝水电站土坝白蚁难于根治。

大广坝水电站自发现有白蚁迹象以来，主要采用了以下三种方法进行防治。

（1）投药诱杀。人工在坝上埋设诱杀粉剂，投放于白蚁活动取食处，以避免白蚁对坝体产生新的蔓延危害。

（2）分三步进行人工挖蚁巢。找主蚁路，确定巢向追挖蚁巢，从卫星菌圃追挖主巢。寻找白蚁巢体在地表的指示物和白蚁在坝外周边活动的具体标志—泥被，泥线找寻主蚁路，确定巢向，挖出卫星菌圃追挖主蚁巢。一气呵成挖出主蚁巢，取出主蚁巢，将其销毁处理，清理空巢腔，施药回填夯实。

（3）采用钻孔灌浆毒土法。在选取的范围内按梅花状布孔，可采用机械钻和人工钢锥造孔，孔深约50-60cm孔距大约1.0-1.5m，用灭蚁药剂和泥土混合的泥浆，采用低压、充填式灌浆的方法灌入孔中，药剂通过渗透散布到大坝护坡的表面土层，达到预防生长巢的目的。

土坝白蚁开始防治至今，虽难于根治，但其蚁患面积及蚁巢发展的数量得到控制，逐年减少，防治工作还是取得了较好的效果。

5.结语

大广坝土坝运行中出现的监测受到自然条件、人为、折光等外界环境干扰；土坝上游抛石护坡遭受强台风淘刷后，发生抛石滑坡，土坝白蚁难以根治等问题。实际上这些问题在一些水电站土坝中典型存在。实践表明，对这些问题解决好，土坝的安全运行就得到保证，否则不但土坝的正常监测开展不了，而且在高水位防汛时期，抛石护坡受损和土坝白蚁等隐患给大坝安全带来的风险难以估量。因此，在土坝运行中各个环节都应给予重视，使大坝安全工作更加稳妥。