长潭水库除险加固后坝体工程的运行及安全评价

摘要：长潭水库是浙江省的大型水利工程，于2002年～2004年进行了除险加固工程。本文基于除险加固后的坝体监测数据，对坝体的运行情况及其安全性能进行分析和评价，得出了坝体运行平稳和安全达到设计要求的结论。

关键词：长潭水库；除险加固；坝体；安全评价

中图分类号：TV697.3文献标识码：ADOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016.05.037

1概况

长潭水库位于黄岩城区西江以西20公里处的永宁江上游，水库于1958年10月动工兴建，1964年12月竣工，水电站1967年并网发电。建库初期，水库功能以防洪、灌溉为主，结合发电、养殖。库容为6.91亿立方米。有效灌溉面积104.27万亩，灌区涉及三区二市（黄岩区、椒江区、路桥区、温岭市、临海市沿江乡镇）。

为确保水库防洪安全、消除隐患，使水库真正达到大（Ⅱ）型水库的设计标准，并充分发挥其综合效益，台州市于2002年10月开始对长潭水库进行除险加固，并于2005年3月竣工验收。水库总库容由6.91亿立方米增加到7.32亿立方米。

大坝为粘土斜墙砂卵石坝，坝基高程7.55米，坝高36.5米，坝顶高程44.05米，坝顶长480米，宽7米。在坝顶建有混凝土挡浪墙一道，高1.2米，迎水面为混凝土预制块上加混凝土大栅格，背水坝面为花岗岩粗料石护。防渗方面，大坝目前采用粘土斜墙、塑性混凝土防渗墙、截水槽、铺盖四者联合的防渗措施。

2大坝运行分析

2004年6月长潭水库除险加固工程通过蓄水验收，同年8月经受住了台风“云娜”的考验。2005年3月通过竣工验收，同年4月浙江省水利厅批准长潭水库控制运用计划，汛限水位分别提升至33.05米（台汛期）、34.05米（梅汛期）。经过2005年连续几次较大台风的考验，2006年浙江省水利厅同意将汛限水位分别提升至34.05米（台汛期）、35.05米（梅汛期）。但由于水库上游移民、征地、道路以及下游河道过流能力影响，水库至今未能按照除险加固设计运行（即：台汛期限制水位35.05米、梅汛期限制水位36.05米）。2004年以后，水库运行最高水位为37.26米（出现在2005年），最低水位27.94米（出现在2006年），水库平均水位较除险加固前均有提高。其中2005年平均库水位32.13米、2006年平均库水位30.36米、2007年平均库水位30.57米、2008年平均库水位30.94米、2009年平均库水位31.56米、2010年平均库水位33.08米。单日最大涨幅出现在云娜台风影响期间，日上涨8.31米。

2005年以来，长潭水库泄洪6次，总计弃水2.6亿立方米。其中2005年弃水2.10亿立方米，2006年弃水0.14亿立方米，2007年弃水0.36亿立方米。

2005年5号台风“海棠”：流域平均面雨量527.6毫米，總入库水量达到2.12亿立方米，水库起调水位为31.85米，最高洪水位达到37.15米（7月21日17时），泄洪弃水0.72亿立方米；2005年第9号台风“麦莎”：流域平均面雨量426.0毫米，总入库水量1.63亿立方米，水库起调水位为33.38米，最高洪水位达到37.31米（8月8日01时），泄洪弃水总量1.2亿立方米（包括预泄）；2005年第13号台风“泰利”：流域平均降雨量81.9毫米，最高库水位32.56米，泄洪弃水0.2亿立方米。水库从8月30日16时水库开始预泄，当时库水位32.60米，下降至31.84米停止预泄；2006年5号台风“格美”：流域内平均降雨量88米，最高库水位34.11米，泄洪弃水0.14亿立方米。水库从7月23日8时开始预泄，当时库水位34.50米，下降至34.02米停止预泄。2007年第13号台风“韦帕”：流域过程平均面雨量395.1毫米，水库起调水位为32.23米，总入库水量1.5亿立方米，最高洪水位达到36.04米（9月20日18：30）。此次台风三次开启泄洪洞进行泄洪，共泄洪0.15亿立方米；2007年第16号台风“罗莎”：流域过程平均面雨量294.8毫米，水库起调水位为34.30米，总入库水量1.16亿立方米，最高洪水位达到36.48米（10月9日15时）。此次台风也三次开启泄洪洞进行泄洪，共泄洪0.21亿立方米。

3大坝安全监测分析

从现有监测资料来看，大坝除险加固完成运行11年来，变形总体正常，渗流基本稳定，未发现明显趋势性性态变化。

3.1大坝变形分析

3.1.1水平位移从观测资料分析，坝顶水平位移主要受库水位升降影响呈现一定的周期性变化。每年2季度、3季度（主要6～10月份）库水位较高，坝体向下游位移增大；1季度、4季度由于库水位较低，坝体向下游位移减小。除0+5测点外，各测点年变化速率不大，一般在-4毫米/年～7毫米/年之间，总体较为平稳。上游坡高程42.05米平台的位0+5测点2006年年变化速率较大（11毫米/年），但其后变化较为平稳。位于同一桩号的位移测点变化规律基本一致，且位于高程较高测点的变化值稍大。排测点中，最大水平位移14毫米，最小值为-12毫米，均发生在上游坡高程42.05米平台，位移量不大。大坝水平位移总体相对稳定，符合土石坝水平位移变化规律。下游坡高程33.55米平台和高程24.55米平台测点2008年6月28日测值、位5+0测点2006年7月15日测值（可能与基点维护扰动有关）以及位8-2测点2010年9月27日和2010年12月28日测值等，向下游位移增大较为明显，建议校核数据的准确性，提高观测精度。另外，几乎所有测点2009年以后有逐渐向下游位移趋势，尤其是位于坝中测点，应加强监测。

3.1.2竖向位移坝体竖向位移主要受时效影响，高程42.05米和高程24.55米各测点竖向位移均随时间逐渐增大，2007年之前增大速率较快，之后速率逐渐变慢，2009年底至今已基本趋于稳定。坝体最大竖向位移25毫米，发生在上游坡高程42.00米平台的沉8+0测点处（2010年12月28日），沉降率为0.7%，小于土石坝沉降控制标准（1%）。从空间分布来看，高程降低，坝体竖向位移也随之减小；位移变幅及极大值基本为两岸部位较小、坝中部位较大。目前总体变化处于相对稳定状态，符合土石坝竖向位移变化一般规律。通过坝体沿坝轴线方向的不均匀沉降分析可知，所有相邻两测点间最后测次时刻的相对不均匀沉降均小于1%，不均匀沉降量较小。高程33.55米各测点（尤其是靠近两岸测点）随时间逐渐向上位移，与土石坝沉降变形一般规律不符，原因可能是观测基点自身存在沉降所至，建议校核该组数据的准确性，改造观测基点，并加强巡视检查和观测分析。另外，高程24.55米测点2010年9月27日与2010年12月28日测值普遍减小，呈向上位移变化，应加强监测分析。部分测点测值过程线尖角较多，表明观测精度整体不高。

3.2大坝渗流分析

3.2.1坝体、坝基渗流库水位是影响坝体渗透压力变化的主要因素，库水位升高，渗压值加大；库水位降低，渗压值相应减小。各支渗压计测值总体上变化正常，符合土石坝渗流的一般变化规律。

从埋设部位来看，埋设在防渗墙前的渗压计测值与库水位变化相关较好，几乎与库水位同步变化，而埋设在防渗墙后的渗压计测值变化平缓，与库水位相关性不大；表明除险加固新建混凝土防渗墙防渗效果较好。通过0+226.00断面的G2-4测点测值可以看出，原粘土也斜墙能起到一定的防渗作用，在2007年9月21日消减水头约75.7%。位于防渗墙之后的各支渗压计测值较小，各监测断面在高水位时消减水头均在80%以上，可见原粘土斜墙与混凝土防渗墙组成的防渗体系的总体防渗效果较好。埋设在土工膜后粘土内渗压计G2-1（桩号0+226.00，高程30.75米）自2004年8月15日以后测值出现高于上游水位的不正常现象，其原因可能是由于新填筑粘土斜墙与原粘土斜墙上部结合有缺陷，与其后的新建混凝土防渗墙和土工膜的联合防渗效果较好也有关系。对该部位应加强监测和分析。本文选取10个渗压计测点统计建模中，复相关系数大于0.8的有4个，复相关系数0.7～0.8之间的有6个，总体拟合精度较好。模型分析表明，上游水位对坝体、坝基扬压力影响较为明显，降雨对测孔水位变化影响也有一定显著，并有一定滞后效应。各测孔水位受时效影响较小，时效基本处于稳定或趋于收敛。

3.2.2绕坝渗流定性定量分析表明，库水位对两岸绕坝渗流影响显著，一般库水位升高，渗压值加大，特别是左岸绕坝渗流测点，与库水位相关性较好。各渗压计测值总体上变化正常，时效基本处于稳定或趋于收敛，反映了两岸山体渗流的实际性态。比较而言，右岸R3测点渗流压力变幅随库水位变化较小，表明右岸坡绕渗情况基本较好；左岸坡渗流压力变化与库水位变化较为紧密，且变幅较大，可能与其位置在发电洞附近，受洞水影响有关。因此，发电洞对左岸的绕坝渗流问题应引起注意，建议加强监测和及时分析。绕坝渗流渗压计存在停测、测值局部不稳、测值不连续等现象，尤其是对于右岸，仅有 R3一个测点，难以全面反映右岸绕渗情况，应对损坏测点尽快予以修复，并提高测值稳定性和精度。

3.3防渗墙混凝土應力应变

大部分应变计测值从混凝土防渗墙施工完成后逐渐减小，基本处于受压状态，表现出混凝土施工完成后弹性模量不断增强的过程，符合混凝土防渗墙应力应变变化的一般规律。混凝土应变主要受内部温度变化影响，随着防渗墙施工完成后混凝土水化热的逐渐释放，内部温度逐渐稳定，目前各应变计测值变化较为平缓，表明混凝土防渗墙应力应变趋于稳定。受库水压力影响，同一断面位于混凝土防渗墙上游侧竖向应变计测值较大（压应变较小），下游侧的竖向应变计测值较小（压应变较大）。各无应力计的自由体积变形与相应的内部温度变化规律基本一致，与混凝土热胀冷缩的特性一致。目前应变计及无应力计中普遍存在停测、测值不稳、测值跳跃等现象，表明仪器运行多年，观测精度和准确度有所下降，部分仪器可能已出现故障。

4溢洪道位移分析

溢洪道位移呈一定的年周期变化，主要受气温的影响，一般表现为：气温下降，溢洪道水平位移表现为向上游位移，竖向位移表现为下沉，反之则反。其变化规律基本符合基岩热胀冷缩的规律性。库水位对溢洪道位移影响较小。各测点测值变化规律具有一致性，表明溢洪道变形均匀稳定，无明显相对位移现象。

从变化趋势来看，溢洪道水平位移测值基本在-5～10毫米之间变化，基本趋于稳定；竖向位移在2007年以前变幅及下沉位移均较大，之后测值基本在-20～10毫米之间变化，但总体表现为上抬位移趋势。

从位移特征值统计来看，溢洪道水平位移向上游变形的最大测值为7毫米，向下游变形的最大测值为14毫米，竖向位移最大沉降量为28毫米，最大上抬位移量为27毫米。变形量相对较大，这可能与观测精度相对不高有一定的关系，考虑溢洪道岸坡为高边坡，建议提高观测精度的同时加强观测。

5评价

长潭水库除险加固工程经两年多时间的施工，大坝、溢洪道、泄洪洞和泄洪渠等重要建设工程都进行了加固与整治，目前面貌一新，水库病险帽子摘掉了，病险问题得到了彻底解决。

除险加固后，其主要功能不变，通过监测数据分析，加固后大坝的安全性得到明显提高，在规范化管理下，加固后的水库已恢复到原设计标准，期间成功抵御了“云娜”、“卡奴”、“灿鸿”等超强台风的考验，发挥出了大型水利工程的兴利减灾的巨大社会效益。

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作者简介：郑翔，本科学历，台州市黄岩区长潭水库管理局，助理工程师，研究方向：水利工程管理。