甘河子水庫工程大壩安全監測分析

張 龍

（第六師五家渠市水政監察支隊，新疆 五家渠 831300）

新疆生產建設兵團第六師五家渠市位于新疆昌吉州境內下游沙漠化邊緣地帶，生態環境較為惡劣，屬于嚴重干旱缺水地區，下轄14 個農牧團場，農業灌溉主要依賴于上游河水和地下水開采。隨著引額濟烏的調水進入阜康市和第六師，這兩個地區的水資源量將發生較大的變化，為了充分利用調水和本地區有限的水資源，需要對水資源重新進行合理配置。2017 年，第六師甘河子水庫工程建設實施，進一步解決了灌區農業灌溉季節性缺水問題以及工業發展的用水問題，在灌區水資源有效利用、生態環境保護和職工群眾生活條件改善等方面發揮著重要作用。因此，全面實施水庫大壩安全監測，消除安全隱患，確保水庫安全、穩定運行，已成為甘河子水庫工程一項重大而緊迫的重點任務［1］。

1 工程概況

甘河子水庫位于新疆生產建設兵團第六師土墩子農場上游的甘河子河河谷上，壩址距下游甘河子鎮5 km，距阜康市38 km，距烏魯木齊市95 km。甘河子水庫為甘河子河上的山區控制性工程，承擔下游農業灌溉、工業用水的調節任務，改善調節灌溉面積55 km2。

2017年，第六師申請國家水利專項資金，實施甘河子水庫工程建設，重點解決甘河子河灌區農業灌溉季節性缺水問題以及工業發展的用水問題。甘河子水庫工程由混凝土面板砂礫石壩、壩身溢洪道及導流泄洪灌溉供水洞三部分組成，工程等別為Ⅳ等，工程規模屬?。?）型，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。水庫總庫容616萬m3，其中死庫容100 萬m3、興利庫容431萬m3、調洪庫容151萬m3，設計最大壩高53.7 m。

甘河子水庫工程建成后，年供水量為2 980.5萬m3，有效緩解了下游農業灌溉、工業用水矛盾，在項目區水資源有效利用、生態環境保護和職工群眾生活條件改善等方面發揮著重要作用。

2 安全監測內容和測點布置

2.1 監測項目

根據《土石壩安全監測技術規范》并結合工程的實際情況，本工程的監測重點為變形監測和滲流監測，設置如下監測項目[2]。

（1）壩體表面變形觀測，監測壩面豎向位移和水平位移。

（2）壩體內部豎向位移。

（3）面板周邊縫變形。

（4）壩體、壩基滲流監測。

（5）繞壩滲流監測。

具體監測內容，詳見表1。

表1 大壩監測項目和內容

2.2 測點布置

2.2.1 監測網及壩體表面變形觀測

根據壩體實際情況在壩頂及下游壩坡面設置水平位移及沉降變形監測點，監測運行期的壩體表面變形情況。在壩體布置5 個監測斷面，同時在壩軸線以下平行壩軸線方向布設10個綜合位移標點，觀測壩體水平位移計沉降[3]。

2.2.2 壩體內部變形監測

選擇壩體左右斷面分界處橫左0+000斷面為主觀測斷面，在高程1 118、1 140 m 分別設置2 層水管式沉降計，其中1 118 m 高程4 測點、1 140 m 高程3測點，共埋設7支沉降計用于觀測不同高程、不同部位壩體的沉降量。

2.2.3 滲流監測

根據建筑物壩基地質條件以及防滲和排水形式等，在壩軸線以下布設滲流滲壓監測點，用以監測深厚覆蓋層、建基面的滲流滲壓情況及截滲墻、趾板帷幕灌漿的防滲效果。

3 安全監測結果分析

甘河子水庫工程大壩安全監測于2017 年10 月30 日開始儀器埋設工作，至2018 年12 月安裝埋設了22 支滲壓計、2 組水管式沉降儀（四點式1 組、三點式1組）、5組三向測縫計、6根測壓管，外部變形控制網工作基點6 個，水準原點3 個，壩體綜合變形點10 個，共計安裝埋設69 支監測儀器，測點總數為69個。目前，完成率為100%，完好率為98.6%。

3.1 庫水位監測

甘河子水庫設計正常蓄水位為1 161.00 m，死水位為1 138.60 m，2017—2018 年冬春兩季蓄水時，庫水位上升1.66 m；2018—2021年冬春兩季蓄水時，庫水位表現為降低，詳見表2。其中，2018—2019年降低0.49 m，2019—2020 年降低1.5 m，2020—2021年降低2.76 m，呈逐年下降擴大趨勢，歷年庫水損失200萬～300萬m3。

表2 甘河子水庫庫水位特征值m

3.2 大壩外部變形監測

大壩外形觀測包括豎向位移和水平位移，用于了解大壩的整體穩定性。觀測橫斷面選最大壩高剖面高處（樁號0+126.7）、右壩肩岸坡陡變處和左壩肩1/2處3 個斷面；觀測縱斷面選壩頂的上下游兩側各1個，在上游壩坡正常蓄水位以上1個，在下游壩坡2/3壩高上1個，在坡腳1個。每個斷面選5個測點；起測基點在每一縱排測點兩端的岸坡上布設1個，其高程宜與測點高程相近，水準基點在下游500 m 處設1 個。水平位移和豎向位移共用1個測點，基點和測點均采用整體鋼筋混凝土結構，共布設基點10個、測點15個。

通過對高程原點、變形觀測點進行垂直位移初始值測量，經控制網的各項閉合差平差軟件計算可知，三角形閉合差、極條件閉合差小于限差規范規定限差，控制網最大誤差情況為：最大點位誤差為0.001 28 m，最大點間誤差為0.001 28 m，最大邊長比列誤差為1/2 696 00。

3.3 大壩內部變形監測

在水庫大壩0+000 監測斷面的1 118 、1 140 m高程布設有水管式沉降儀，其中1 118 m高程處為四點式，沉降測點分別布置在壩軸線-65、-30、0、30 m處；1 140 m 高程處為三點式，沉降測點分別布置在距壩軸線-27、0、30 m 處，大壩內部沉降變形監測測點布置如圖1所示。

圖1 大壩0+000斷面內部沉降變形監測點布置

通過對水管式沉降儀觀測數據分析，得出以下結論。

（1）從內部沉降變形時間分布來看，在筑壩階段，壩體累積沉降量隨著填筑高程的增大而增加，壩體沉降與填筑關系緊密，其變化規律符合堆石壩的實際加荷沉降規律。各測點在大壩填筑、預留沉降期和面板澆筑期的沉降速度較快，隨著面板澆筑完成，各測點的沉降速度逐漸趨緩并逐漸收斂。

（2）從內部沉降變形空間分布來看，1 118、1 140 m高程沉降變形基本在壩軸線處最大，壩軸線上下游兩側30 m處居中，面板下部墊層料附近最?。?］。

3.4 滲流監測

滲流安全監測是對上、下游水頭差作用下的重力水滲流場的監測。滲流安全監測包括滲流量、壩基滲流壓力、壩體滲流壓力和繞壩滲流監測。為了監測防滲墻及帷幕的防滲效果，分別在基礎防滲墻0+000、0+040 斷面的防滲墻軸線上游5.5 m 處的1 092 m高程埋有P1、P12測點，在防滲墻下游2 m處1 111 m 高程埋有P3、P13 測點。從監測數據分析得出以下結論。

（1）水庫蓄水前，埋設于0+000、0+040斷面防滲墻上、下游兩側的基礎滲壓計的滲壓水位主要受河道補水、防滲墻截水、地層滲透系數及滲徑等綜合因素影響。從觀測數據可知，墻體上游高、下游低，基本反映了蓄水前基礎防滲體封閉后地下水位的分布情況。

（2）水庫蓄水后，基礎防滲墻上、下游兩側的測點滲壓水位均隨庫水位的上升而上升，隨庫水位的下降而下降，同庫水位密切相關，且響應靈敏。當水庫水位達到最大值時，墻體上下游兩側最大滲壓水位為1 148.47、1 112.07 m。由此可知，在蓄水期間，墻體上、下游滲壓水位分布呈上游高、下游低的特點[5]。具體觀測內容，詳見表3。

表3 防滲墻前后滲壓水位成果統計

3.5 結論分析

3.5.1 滲流監測

壩體滲流中水庫高水位運行時，壩體浸潤線形成，最高壩體浸潤線在1 117.39～1 111.18 m。防滲墻和大壩趾板間的連接板下部滲壓水頭最大為6.39 m，因測值偏高附近有防滲結構滲漏的可能。建基面滲壓存在敏感庫水位，即庫水位超過某個節點后，各斷面建基面滲壓水位開始上升；小于節點庫水位后，建基面滲壓水位開始下降，甚至處于無水狀態。壩基滲流中0+000 斷面1 091.36 m 高程墻體下游最大滲壓水位為1 133.91 m，折減水頭在53%～67%，防滲效果一般；右0+040 斷面1 092.20 m 高程墻體下游最大滲壓水位為1 115.02 m，折減水頭在38%～55%，防滲效果不好。蓄水期間，下游壩體基礎滲壓計的滲壓水位均與庫水位密切相關，隨庫水位的升高而抬升，隨庫水位的降低而降低。

3.5.2 變形監測

壩體外部變形監測中對水平位移基準網和變形觀測點進行了水平位移初始值測量，控制網的三角形閉合差、極條件閉合差小于規范規定限差。大壩表面變形綜合標點的點位中誤差為±0.80 mm，水準聯測中每千米水準測量的偶然中誤差為±0.39 mm，滿足規范要求。壩體內部沉降中大壩填筑期間，壩體為沉降變形，變形隨填筑土石料重量的增加而逐漸增大，最大變形發生在最大壩高處1 118 m 高程，最大沉降變形為220 mm，沉降量小于壩高的1%，大壩碾壓質量較好。蓄水期間，1 118 m 高程的沉降值有抬升表現，目前最大沉降值為166 mm。

綜上所述，甘河子水庫工程大壩監測資料為施工期及運行期監測資料，目前絕大部分埋設儀器運行性狀良好，監測數據變化符合一般規律，觀測數據真實可靠，反映了當前各建筑物所處狀態[6]。

4 結語

新疆生產建設兵團第六師土墩子農場水利基礎條件薄弱，甘河子水庫工程項目的實施在項目區水資源有效利用、生態環境保護和職工群眾生活條件改善等方面具有重要意義。甘河子水庫工程大壩安全監測中，結合工作實際，對水庫大壩施工期、運行期監測數據資料進行全面分析、論證，最后判斷大壩安全狀態特征，為進一步深入開展水庫大壩安全監測管理提供了技術支撐，同時保證了水庫大壩的安全、穩定運行。大壩安全監測中對水庫大壩變形監測和滲流監測的分析，以及各項監測數據變化的規律性和監測結論的得出是在水庫為?。?）型山區控制性工程、庫容較小、壩線較短、壩體較高且現有地形地質條件比較優越的情況下進行的，非上述情況的水庫工程大壩安全監測還需結合實際重新論證、分析，最終才能確定最佳安全監測結論［7］。