半城子水库大坝坝体运行和监测情况探析

李凤武

关键词：大坝结构;坝体安全检测设施;坝体运行和监测

半城子水库于1977年11月建成，是一座以防洪、灌溉为主的中型水库。水库总库容为1020万m3。防洪标准为百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。

1 流域概况

半城子水库位于密云水库上游潮河支流牤牛河上，牤牛河发源于不老屯镇西驼古村。水库流域控制面积66.1km2，干流河道长19.9km，平均纵坡16.6‰，河谷地带地形陡峻，易发生滑坡和泥石流，河谷宽度100～300m，河道为沙卵石覆盖，主河道冲洪积层达10～20m。水库下流河谷开阔，两岸平缓。流域地区属于大陆性季风气候，冬季干旱降雪较少，春秋两季多风，夏季雨水较为集中。全年降水量主要集中在7、8两月，占全年降水量的57%，流域多年平均降雨量为648.5mm。

2 工程概况

半城子水库主要建筑物为大坝、溢洪道、输水洞、电站等。水库主坝为沥青砼斜墙土坝，坝顶高程262m，防浪墙顶高程263m，最大坝高29m，坝顶长度185m，坝顶宽度5m。溢洪道位于左岸靠坝头的山坡上，为实用堰型，堰顶高程253m，最大下泄量703m3/s。输水洞位于大坝右侧，为钢筋砼有压管，管径1.8m，进口底高程243m，最大泄量4m3/s。坝下电站总装机容量250千瓦，平均发电水头17m，单机发电流量2.5m3/s。

3 坝体运行和监测情况现状

3.1 大坝坝体结构

半城子水库大坝由均质砂砾石料坝体和沥青混凝土防渗面板构成，坝高29m，坝顶长l85m，宽5m，上游坝坡为l：225，下游坝坡为l：2，防渗面板面积l1500m2，大坝基础设有混凝土防渗墙，沥青混凝土防渗面板为简式断面，防渗面板下设数排金属排水管，渗水经汇集后由位于约234m高程的坝底金属排水管排出坝体。

3.2 坝体安全监测设施

半城子水库是密云县三座中型水库中唯一的一座沥青砼斜墙土坝，作为中型水库来说坝体的正常运行是做好水库运行管理的重要保障，所以建筑物的安全监测主要集中在主坝的安全监测上。主坝安全监测项目有沉陷、位移、测压管水位（包括渗漏）等。观测项目分布情况：在与坝轴线平行位置分别布置1排位移观测点（261高程）、4排沉陷观测点，沉陷观测每排设有4个标点，高程分别为261m、255m、248m、238m，位移与沉陷总计20个观测标点，大坝左右坝坡分别埋设沉陷、位移观测基点及水准基点6个;测压管观测点17个，分别位于坝身及大坝左右坡及溢洪道内，从坝顶至坝脚分四层排列。2002年为保障水工观测数据的准确、及时、直观，由市水务局投资，水利自动化研究所负责技术支持在半城子水库建立了大坝安全监测系统，该系统主要针对的是测压管水位观测，它实现了坝体内绕渗及浸润线水位情况的实时监测。

3.3 坝体除险加固情况

1984年检查发现，沥青混凝土面板出现了40余条裂缝，最大裂缝宽度已达20mm，从裂缝缝口能听到流水声，威胁到大坝的运行安全。1985年进行了除险加周工程，主要是解决沥青混凝土面板的裂缝渗漏问题和夏季高温流淌问题。加固工程的具体做法是：一是对236.6m高程以上的坝前淤泥进行清理;二是对坝面裂缝开v形槽，槽深4～5cm上口宽3～5cm回填沥青橡胶玛蹄脂砂浆找平，并贴沥青玻璃油毡;三是凿去坝面的流淌鼓包并找平，表面涂刷氧丁胶乳化沥青后，粘贴沥青玻璃丝布油毡防渗;四是为了冬季保温，夏季防止流淌，在整个大坝上游表面铺设底宽10.6m，顶宽1.8m的砂砾石料，为防止干砌石风化受冬季结冰冻脓的影响，采用砂浆勾缝，使坝面成为浆砌石坝面。

3.4 坝体监测数据整理分析

大坝的稳定性能及坝体渗流情况依据1978～2019年半城子水库水工观测资料进行综合分析。本次分析主要偏重于沉陷及测压管水位。沉陷分析：通过选择有代表性标点及代表性年份沉陷量数据，绘制沉陷过程线、横断面及纵断面沉陷量分布图，判断坝体变形是否正常，沉陷分布是否均匀，是否会产生裂缝，为工程管理提供参考依据。本次分析主要采用坝顶最高一排观测标点0+105.5、0+152、0+185的数据绘制其累计沉陷量过程线（见下图），横纵断面沉陷分布图略。

由沉陷过程线可以看出，坝体在初期沉陷变化幅度较大、不稳定，而后随时间推移变幅较为正常、增加缓慢，现已趋于稳定。初期变化幅度较大还有一个重要原因就是1982～1985年间，由于上游沥青砼防渗斜墙面出现较大裂缝致使坝体出现较为严重的渗漏现象。1985年水库大坝险情处理后，经过20余年的观测发现，险情处理效果显著，沥青裂缝、坝体渗漏等问题得到了良好解决。2006年12月份的观测数据显示，大坝最大累计沉陷量为22mm（桩号0+152），沉陷率为0.79‰，小于我们一直采用的5‰沉陷率值。由此可以说明该坝体压实较好，大坝处于安全运行状况，不会出现裂缝，水库可按设计防洪标准运行。2006年坝顶最高一排标点沉陷率计算表如下：

1994年是水位上涨比较典型的一年，年降水量987.8mm，而且库水位曾达到259.3m的历史最高水位;2006年是水位下降比较典型的一年，是通过供水管路向密云水库供水，基本上不存在渗漏现象。通过数据对比，我们可以看出：

（1）1994、2006年P1绕渗管与库水位变化过程呈现相似形状，在时间上有滞后现象，其主要原因是p1位于坝顶右岸最靠近水库上游，而且右坝头属破碎带片麻岩石，渗水性较强所致，另一方面反映出1985年右坝帷幕灌浆工程所起到的防渗作用不大、效果不好。另外、其他绕渗管变化较为平稳，与库水位关系不大，但受较大降水影响也会出现上升。

（2）浸润线水位的变化，从1994年过程线看，看似与库水位变化相关存在规律，但通过对后半年水位及2006年过程线变化分析，我们可以看到，94年当库水位处于259高水位时，浸润线水位却有所回落，有下降趋势，2006年更明显一些，库水位连续下降，而浸润线水位基本保持不变。所以说明，浸润线水位与库水位变化无规律。

（3）浸润线与地下水位，从1994年、2006年资料看，不管是库水位上升或下降都显示出它们的过程线基本一致，这也说明了，它们的变化是有规律的。主要原因是当水库泄洪或通过输水洞放水或遇连续较大降水时，都会导致坝体下游地下水位上升，相应的浸润线水位也随之上升。

（4）1994年下半年水库处于高水位运行状态，从浸润线及下游地下水位过程线的变化可以看出，1985年水库大坝防渗加固后沥青砼防渗墙运行良好，工程效果显著，防渗性能得到了很大的改善。

通过分析，我们初步掌握了半城子水库大坝运行情况，也表明现有大坝坝体各项参数变化正常，坝体比较稳定，防渗性能良好。这些为我们合理调蓄来水，确保水库安全运行创造了良好的条件。

参考文献

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