烏拉泊水庫大壩安全監(jiān)測分析

邵 燕

(烏魯木齊水業(yè)集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830049)

1 工程概況

烏拉泊水庫位于烏魯木齊市上游(南郊)17km，水庫控制流域面積2596km2，水庫主要建筑物由大壩、放水涵洞、泄水渠、溢洪道組成。水庫大壩長1050m，壩頂高程1089.6m，防浪墻高1.2m，墻頂高程1090.8m，壩頂寬6m，最大壩高27.6m。該水庫上世紀(jì)五六十年代修建，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，水庫工程質(zhì)量較差，導(dǎo)致大壩在運行中出現(xiàn)了不同程度的水庫病險問題，也由此被劃入全國重點除險水庫之一。為確保烏拉泊水庫的安全穩(wěn)定運行，需開展對該水庫的全面安全監(jiān)測。

2 水庫大壩安全監(jiān)測

2.1 安全監(jiān)測設(shè)置及安全參數(shù)

(1)在對烏拉泊水庫進行安全監(jiān)測時，為能夠?qū)趵此畮齑髩螡B流監(jiān)測設(shè)備的具體布置情況有一個全面的了解，需對水庫大壩進行GPS斷面航拍，如圖1所示。

(2)大壩滲流監(jiān)測。滲流設(shè)備監(jiān)測，數(shù)據(jù)主要包括觀測斷面、管口高程、管底高程、距壩軸線長度、觀測部位等。

2.2 水庫滲流監(jiān)測分析

在對烏拉泊水庫進行滲流監(jiān)測時，監(jiān)測人員將實測過程中不合理的數(shù)據(jù)進行了剔除處理，并且繪制各觀測斷面滲透水壓力過程線，進行滲流趨勢分析，形成一元回歸線性方程，結(jié)合工程運行情況對各斷面的壩體及壩基滲流情況進行分析[1]。水庫各個位置段的滲流監(jiān)測結(jié)果如下：

(1)右壩肩與溢洪道邊墻結(jié)合處帷幕灌漿

水庫大壩的右壩肩與溢洪道邊墻結(jié)合處帷幕灌漿壩段自右壩端至溢洪道右岸[2]，全長197.74m。在監(jiān)測時，為監(jiān)測帷幕灌漿防滲效果，分別在溢洪道左側(cè)布置了P0-1、P0-2、P0-3、P1-0四孔測壓管，其中P0-1和P1-0兩孔測壓管布設(shè)在帷幕灌漿上游，P0-2和P0-3測壓管布設(shè)在帷幕下游。詳細(xì)布置如圖2所示。

圖2 右壩肩新增測壓管斷面平面布置圖

(2)測壓管管水位與庫水位相關(guān)性分析

根據(jù)水庫大壩的日常監(jiān)測資料，繪制測壓管滲透水壓力過程線，如圖3所示。

根據(jù)水庫的右壩肩帷幕灌漿段測壓管水位與庫水位過程線、管水位與庫水位的一元線性回歸分析，P1-3、P1-4為壩基測壓管，從過程線看，帷幕灌漿后與庫水位有一定的相關(guān)性，但管水位都維持在較低的狀態(tài)，這說明帷幕灌漿產(chǎn)生了一定的防滲效果[3]；P1-2測壓管位于水庫泄水涵洞附近，管水位過程線形態(tài)平緩，說明帷幕灌漿產(chǎn)生了防滲效果；P1-1測壓管雖與庫水位相關(guān)系數(shù)較小，屬弱相關(guān)水平，但水位不穩(wěn)定，監(jiān)測人員通過查閱歷史資料，在每年3—9月，該管管水位在1069～1078.5m之間波動，數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)起伏變化，之后又逐漸回落，最終分析認(rèn)為是由于其所處位置基本在山體上，管底打在基巖上，巖層存在裂隙，存在一定滲流[4]。通過觀測結(jié)果得出烏拉泊水庫右壩肩溢洪道邊墻段的帷幕灌漿產(chǎn)生了一定的防滲效果，與溢洪道右側(cè)墻結(jié)合處、坐落在帷幕之上的截水墻也發(fā)揮了防滲作用[5]。

2.3 烏拉泊水庫大壩混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

在本次對烏拉泊水庫進行安全監(jiān)測之前，先后經(jīng)歷了四次除險加固。在這4次加固期間，監(jiān)測人員先后在水庫大壩的壩頂共7個斷面上分別布置了A、B、C、D、E、F、G7個MCU測量控制觀測房，共有118支應(yīng)變計和22無應(yīng)力計。其中有多支傳感器在之前的幾次除險加固中先后出現(xiàn)故障，之后又恢復(fù)正常。此次監(jiān)測時，技術(shù)人員將大壩的所有傳感器都恢復(fù)了正常運行[6]。除此之外，在應(yīng)力檢測中，在公司技術(shù)人員的協(xié)助之下，確定出

EN1、EN2、EN3沒有接收到數(shù)據(jù)采集的原因是人工觀測出現(xiàn)傳感器電阻超量程，儀器出現(xiàn)故障，建議停止監(jiān)測，其余17支無應(yīng)力計均運行正常[7]。

在對水庫進行大壩做力學(xué)監(jiān)測時，安全監(jiān)測人員在水庫大壩中布置了13排56根測壓管以及118支應(yīng)變計，其中包括101支應(yīng)變計，17支無應(yīng)力計。通過這些設(shè)施，監(jiān)測人員能夠監(jiān)測大壩滲流和已建混凝土防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)[8]。在本次監(jiān)測時，更新了數(shù)據(jù)采集測量控制單元，升級系統(tǒng)軟件，更換失效儀器，以及改造信號電纜路線等工作[9]。監(jiān)測人員分別在在大壩0+960m及0+980m處各增設(shè)了一個觀測斷面，新增了6根壩體管和6根壩基管，沿溢洪道左岸布置了3根測壓管，其中1根在帷幕上游，另外2根在帷幕下游。

此外，監(jiān)測人員在大壩的0+900m斷面處防滲墻內(nèi)布置了5組應(yīng)變計，每組均在防滲墻上游面各布置1支水平應(yīng)變計和1支鉛直應(yīng)變計，墻內(nèi)布置1支無應(yīng)力計，合計5組共10支應(yīng)變計，5支無應(yīng)力計。現(xiàn)在大壩的監(jiān)測系統(tǒng)由72根測壓管和140支應(yīng)變計(118支應(yīng)變計，22支無應(yīng)力計)組成[10]。通過自動采集數(shù)據(jù)，可以直觀地看到72根測壓管的頻率和管水位，以及125支應(yīng)力應(yīng)變計的電阻比、電阻和、溫度和總應(yīng)變值，用當(dāng)天的數(shù)據(jù)與前一天或以前的數(shù)據(jù)進行對比，可以判斷出該測點是呈正常變化或非正常變化，從而可以判斷出測點所在斷面的大壩運行狀態(tài)[11]。

2.4 水庫大壩混凝土變形監(jiān)測

在對烏拉泊水庫進行安全監(jiān)測時，將2010年9月27日(庫水位1076.447m，庫容1126.787萬方)至2018年1月31日(庫水位1079.211m，庫容1851.8510萬方)的應(yīng)變計自動采集數(shù)據(jù)繪制成過程線進行分析[12]。各斷面過程線如圖4—10所示。

圖3 右壩肩溢洪道邊墻處測壓管滲透水壓力過程線

圖4 A斷面過程線

圖5 B斷面應(yīng)變計過程線

圖6 C斷面應(yīng)變計過程線

圖7 D斷面應(yīng)變計過程線

圖8 E斷面應(yīng)變計過程線

圖9 F斷面應(yīng)變計過程線

圖10 G斷面應(yīng)變計過程線

通過水庫各個斷面的應(yīng)變計過程線可以看出，各斷面應(yīng)變計過程線呈起伏狀但各個應(yīng)變計的過程線變化幅度很小。根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出在烏拉泊水庫的105支應(yīng)變計中，ES10、ES18、FS14數(shù)據(jù)不完整無法進行數(shù)據(jù)對比，DS11、DS17、FS7、GS2-02應(yīng)變值為正值，受拉外，其余98支應(yīng)變計處于受壓狀態(tài)。在可對比的98支應(yīng)變計中，49支應(yīng)變計處于壓應(yīng)力增加狀態(tài)，其中FS9增幅最大為54.53，AS1增幅最小為0.01；449支應(yīng)變計處于壓應(yīng)力減小狀態(tài)，其中GS2-2減幅最大為79.62，AS6減幅最小為0.14。通過查看原始數(shù)據(jù)，各應(yīng)變計的數(shù)據(jù)均呈緩慢變化狀態(tài)，沒有突變。

在本次監(jiān)測中，水庫大壩的左右岸方向位移情況：在22個觀測墩中，有4個無變化，其分別是TP7、TP19、TP20、TP22，占總數(shù)的18.2%。另外18個觀測墩發(fā)生了移動，分別是12個向右岸發(fā)生位移，占總數(shù)的54.5%，其中TP1位移量最大為6mm，TP11、TP13、TP15、TP18四個觀測墩位移量最小為1mm；6個向左岸發(fā)生位移，占總數(shù)的27.3%，其中TP5位移量最大為6mm，TP12和TP17位移量最小為1mm。另外，在水庫大壩的主壩段(0+064—0+528)m，有4組觀測墩均兩兩左右岸同方向發(fā)生位移，分別是TP2、TP3、TP4這三組均向右岸發(fā)生了位移，而TP5、TP16這一組均向左岸發(fā)生了位移；在大壩的副壩段(0+558—0+850)m，TP6、TP17這一組觀測墩均同向左岸發(fā)生了位移，TP10與TP21這一組觀測墩是反方向發(fā)生位移的。

3 結(jié)語

綜上所述，在烏拉泊水庫大壩的安全監(jiān)測中，對水位過程線、應(yīng)變計過程線及庫水位與管水位的線性回歸方程等進行了監(jiān)測和計算，最終得出烏拉泊水庫大壩目前滲流情況基本穩(wěn)定，混凝土防滲墻基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，大壩處于安全運行狀態(tài)。通過對水庫大壩的安全監(jiān)測，特別是本次監(jiān)測中對GPS檢測儀的使用，豐富了我國在這一領(lǐng)域的實踐經(jīng)驗。但本次研究也存在一定的不足，研究之前由于準(zhǔn)備不充分，導(dǎo)致對水庫的實際調(diào)研資料準(zhǔn)備較少，許多監(jiān)測資料是在監(jiān)測的過程中補齊，耗費了不少精力，降低了監(jiān)測效率。