沙畈水库除险加固工程安全监测资料分析

盛小平，魏海云，徐 刚，赵震波

（1.金华市九峰水库管理处，浙江 金华 3 2 1 0 7 5；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

沙畈水库除险加固工程安全监测资料分析

盛小平1，魏海云2，徐 刚2，赵震波2

（1.金华市九峰水库管理处，浙江 金华 3 2 1 0 7 5；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

通过沙畈水库大坝接缝、坝基扬压力和渗漏量观测资料分析，评价大坝除险加固效果。监测资料分析表明，坝体接缝开合度较小，坝顶接缝开合度受气温影响大，随气温降低而增大，随气温升高而减小；坝基扬压力系数，在正常范围内，加固后河床坝段U2 ～ U5扬压力系数有所下降；加固改造后，渗漏量介于0.09 ～1.31 L·S-1，在正常范围内；高水位时（即270.06 ～ 272.05 m），渗漏量介于0.25 ～ 0.77 L·S-1。

重力坝；坝体接缝；坝基扬压力；渗漏量；回归分析

1 问题提出

沙畈水库位于钱塘江水系金华江支流白沙溪上，距离沙畈乡政府4.5 km，距金华市区约50.0 km。坝址以上集水面积131 km2，总库容8 555万m3，电站装机容量2×5 000 kW，属Ⅲ等工程，是一座以灌溉、供水为主，结合发电、防洪等综合利用的中型水利工程。本工程枢纽建筑物主要由拦河大坝、泄洪闸、输水隧洞和水电站等建筑物组成。拦河坝坝型为细骨料混凝土砌石重力坝，坝顶总长度237.5 m，坝顶宽6.0 m。

沙畈水库工程于1992年6月动工兴建，2001年1月竣工。2012年经大坝安全鉴定，等级为二类坝。安全鉴定发现：大坝2#坝段U2测孔、3#坝段U3测孔扬压力有所升高，而且还有继续升高的趋势，扬压力系数偏高，2#、3#坝段坝基防渗帷幕局部存在缺陷。为保障工程正常安全运行，沙畈水库需进行除险加固。沙畈水库除险加固工程主要设置大坝表面位移、横缝开合度、扬压力、渗漏量、绕坝渗流、环境量、水位等观测项目，除了大坝表面位移，其余监测项目均实现自动化监测[1]。本文着重介绍重力坝的横缝开合度、坝基扬压力和渗漏量观测资料分析，以评价大坝加固效果。

2 主要监测仪器布置

2.1 横缝开合度监测

在现有21个测缝仪旁，安装埋设21支单向振弦式测缝计，实现大坝横缝开合度的自动化监测，具体布置见表1。

表1 测缝计布置表

2.2 坝基扬压力监测

本工程布置了13支扬压力测压管，位于基础灌浆廊道和横向检查廊道，测压管内各置1支渗压计，具体布置见表2。

表2 坝基扬压力渗压计布置表

2.3 渗流量监测

廊道排水沟内布设6套量水堰，其中LS1 ～ LS4量水堰池内各安装1套精密量水堰计，以实现渗流量自动化监测。渗流量综合反映坝基灌浆帷幕的防渗效果。

3 横缝监测资料分析

3.1 横缝变形分析

坝体接缝开合度特征值表见表3，坝体接缝开合度过程线见图1。

从表3和图1中可以看出，坝顶接缝开合度介于 - 2.1 ～5.9 mm、最大值位于坝顶F9处，基础灌浆廊道接缝开合度介于 - 0.2 ～ 1.2 mm，横向检查廊道接缝开合度介于 - 0.3 ～1.3 mm。坝顶接缝开合度变化幅度相对较大，并随气温降低而增大，随气温升高而减小；灌浆廊道和检查廊道接缝开合度比较稳定。

图1 坝体接缝开合度过程线图

表3 坝体接缝开合度特征值表 mm

3.2 横缝变形回归分析

坝体接缝开合度的实测资料表明，其主要受水压、温度以及时效特性等影响。

式中：K为接缝开合度，KH为由水压因素引起的接缝开合度分量，KT为由温度因素引起的接缝开合度分量，Kθ为由时效因素引起的接缝开合度分量，各参数单位为mm。

坝体接缝开合度统计模型可进一步表述为[2]：

式中：ai为上游水深的回归系数(mm·m-1)，H为上游水深(m)；bi为坝体混凝土温度的回归系数(mm·℃-1)；T1、T2、T3、T4、T5、T6为观测日当天、前1天、前2天、前3 ～ 4天、前5 ～ 15天、前16 ～ 30天的坝体混凝土平均温度(℃)；θ为蓄水初期或起测日开始的天数除以100，a0为常数项(mm)，c1、c2为时效分量的回归系数(mm·d-1)。

基于上述统计回归模型，表4给出了坝体接缝开合度统计模型的回归系数，坝体接缝开合度过程线拟合见图2。

从表4和图2中可看出，接缝开合度与混凝土温度及时效特性等因素相关性较好，相关系数R为0.920 ～ 0.950，均大于0.850；上游水深的回归系数ai= 0，坝体混凝土温度的回归系数综合为负值，时效分量的回归系数综合为零或负值，目前时效分量为 - 0.22 ～ 0.00 mm；表明坝体接缝开合度主要受混凝土温度影响，随温度降低而增大，随温度升高而减小，目前接缝开合度呈缓慢减小趋势。

表4 坝体接缝开合度统计模型的回归系数表

图2 坝体接缝开合度过程线拟合图

4 坝基扬压力分析

坝基测压管水位及扬压力系数特征值见表5 ～ 7。表5 ～7给出了大坝加固改造前后坝基扬压力系数的比较结果。

考虑到大坝右岸U8等坝基扬压力受山体来水影响较大，水库正常蓄水位为270.06 m，坝基扬压力系数分析时选择库水位270.06 m作为特征点，重点分析库水位高于270.06 m时坝基扬压力系数，以削弱坝岸山体来水对扬压力系数分析的干扰。

表5 坝基测压管水位及扬压力系数（灌浆廊道）表

表6坝基测压管水位及扬压力系数（横向廊道）表

表7 加固前后坝基扬压力系数比较表

从表5和表6可以看出，2014年1月20日至2016年11月22日，库水位介于251.14 ～ 272.05 m，岸坡坝段U1、U7扬压力系数低于0.35，河床坝段U2 ～ U5和扬1 ～扬5扬压力系数均低于0.21，符合规范要求；岸坡坝段起始端U6扬压力系数为0.22 ～ 0.33，在正常范围内。库水位较低时，大坝右岸U8测压管水位长期接近或高于库水位，扬压力系数偏大，最大值为0.85，主要是靠近坝肩的坝基扬压力受岸坡山体来水影响较大[3]。库水位高于270.06 m时，岸坡坝段U1、U7扬压力系数不高于0.17，河床坝段U2 ～ U5和扬1 ～ 扬5扬压力系数均不高于0.17，岸坡坝段起始端U6扬压力系数为0.24 ～ 0.28，U8扬压力系数不高于0.38。由此可知，库水位处于高水位时坝基扬压力系数明显降低。

从表7中可看出，在库水位267.40 m附近，大坝加固改造前，2013年7月1日U2、U3、U4、U5扬压力系数分别为0.33、0.28、0.15、0.26；加固改造后，2014年7月30日对应扬压力系数分别为0.14、0.14、0.09、0.11，2015年8月17日对应扬压力系数分别为0.16、0.14、0.10、0.13，2016年9月28日对应扬压力系数分别为0.15、0.14、0.11、0.14。表明大坝经加固改造后河床坝段U2 ～ U5部位坝基扬压力系数有所下降。

5 大坝渗漏量分析

5.1 渗漏量分析

大坝渗漏量观测结果见图3。图4给出高水位时（即270.06 ～ 272.05 m）大坝的渗漏量。由图3和图4可知，大坝经加固改造后至2017年，库水位介于251.14 ～ 272.05 m时，总渗漏量介于0.09 ～ 1.31 L·s-1，在正常范围内；库水位处于高水位时（即270.06 ～ 272.05 m），总渗漏量介于0.25 ～ 0.77 L·s-1。

图3 大坝渗漏量过程线（库水位2 5 1.1 4 ~ 2 7 2.0 5 m）图

图4 大坝渗漏量过程线（库水位2 7 0.0 6 ~ 2 7 2.0 5 m）图

5.2 渗漏量回归分析

混凝土坝的渗流量主要受上、下游水深的影响，温度对其也有一定的影响。大坝渗漏量的统计模型为：

式中：Q为渗漏量的测值，QH1为上游水深分量，QH2为下游水深分量，QT为温度分量，Qθ为时效分量，各参数单位为L·s-1。大坝渗漏量的统计模型可进一步表述为[2]：

式中：H1为监测日的上游水深（m）；H1i为监测日前1天、前2天、前3 ～ 4天、前5 ～ 15天、前16 ～ 30天的上游平均水深（m）；H2为下游水深（m）；T为坝体及坝基温度（℃）；θ为蓄水初期或起测日开始的天数除以100；a0为常数(L·s-1)；aui为上游水深分量的回归系数（L·s-1·m-1）；ad为下游水深分量的回归系数(L·s-1·m-1)；c1、c2为时效分量的回归系数(L·s-1·d-1)。根据渗漏量的实测资料分析，其统计回归模型为：

从式（6）可看出，渗漏量回归模型的复相关系数R较大，标准差S较小，回归模型的精度较高。图5给出总渗漏量过程线拟合图，图6给出各影响因子与其渗漏分量的关系图。

从图5和图6可以看出，渗漏量主要受库水位和温度的影响。库水位升高，渗漏量增大，反之减小；上游水位分量约占渗漏量年变幅的40.5%。温降时渗漏量加大，温升时渗漏量减小；温度分量约占渗漏量年变幅的41.4%。目前渗漏量的时效分量为0.03 L·s-1，数值较小。

图5 大坝渗漏量过程线拟合图

图6 各影响因子与其渗漏分量的关系图

6 结 论

沙畈水库除险加固工程监测资料分析表明水库大坝运行正常，加固工程措施发挥作用。

（1）坝体接缝开合度介于 - 2.1 ～ 5.9 mm，在正常范围内；坝顶接缝开合度受气温影响大，随气温降低而增大，随气温升高而减小；灌浆廊道和检查廊道接缝开合度比较稳定。

（2）大坝岸坡坝段U1、U7扬压力系数低于0.35；河床坝段U2 ～ U5和扬1 ～ 扬5扬压力系数低于0.21，符合规范要求；岸坡坝段起始端U6扬压力系数为0.21 ～ 0.33，在正常范围内。加固改造后河床坝段U2 ～ U5扬压力系数有所下降。

（3）加固改造后，库水位介于251.14 ～ 272.05 m，总渗漏量介于0.09 ～ 1.31 L·s-1，在正常范围内；高水位时（即270.06 ～ 272.05 m），总渗漏量介于0.25 ～ 0.77 L·s-1。

[1] 中国人民共和国水利部．SL 601 — 2013混凝土坝安全监测技术规范[S]．北京：中国水利水电出版社，2013．

[2] 吴中如．水工建筑物安全监控理论及其应用[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[3] 杜巧丰，顾锡春，魏海云．齐溪水库加固改造工程施工期渗流监测资料分析 [J]．浙江水利科技，2012(3)：63 - 65．

（责任编辑 郎忘忧）

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2017-03-27

盛小平(1974 - )，男，工程师，大学本科，主要从事水利工程管理工作。E - mail：906087538@qq.com