均质土坝涵洞运行安全监测分析

曹 锐

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

均质土坝涵洞运行安全监测分析

曹 锐

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

本文介绍了“500”水库涵洞施工期及蓄水初期运行监测情况。监测结果表明:基础沉降量较大，通过分析同一时间涵洞埋设的位移计、测缝计、渗压计数据，判定涵洞基础为均匀沉降。目前涵洞工况良好。

涵洞；安全监测；分析

1 工程概况

“500”水库位于天山北缘冲积平原，地理坐标为：东经80°48′27″，北纬44°12′35″，距乌鲁木齐市52km。水库由均质土坝、放水兼放空涵洞(以下简称涵洞)、入库建筑物、退水渠、调节池等组成，坝轴线长17.80km，最大坝高28m。“500”水库是一座向甘泉堡工业园区供水的大(2)型尾水调节水库。2011年4月，水库开始通过涵洞、渠道(长90m)、调节池向甘泉堡工业园区供水。

2 地质气象情况

库区气候冬季寒冷干燥，夏季高温少雨，春秋时节较短。多年平均气温5.70℃，极端最高气温43.50℃，极端最低气温-42.20℃，多年平均降水量127.60mm，最大冻土深度大于150cm。库坝区内地表平坦，深度30m以内，岩性为轻—中—重粉质壤土。表层0～3m深度内，以轻粉质壤土为主，局部夹粉细砂透镜体，渗透系数K=(1.3～1.6)×10-3cm/s；3～10m深度内，以中粉质壤土为主，夹重粉质壤土，渗透系数K=2.3×10-5～4.4×10-4cm/s,属微—弱透水层。

3 涵洞安全监测分析

3.1 涵洞工程布置

涵洞为2级水工建筑物，布置在主坝段上，由引渠、闸井、洞身、出口消能段组成。岸塔式进水口，双孔，单孔尺寸为3.50m×5.80m，进水闸底板高程为480.00m，设有工作弧门和检修平板门。涵洞末端接消力池与渠道连接。涵洞全长229m(其中出口消能段93m)，设计流量30m3/s。

2011年4月，水库通过涵洞、渠道、调节池向甘泉堡工业园区供水。供水运行方式为水库出口涵洞工作门与调节池水位的联动控制：当调节池水位低于低限值(1.80m)时，放水兼放空涵工作门自动开启(20cm)，调节池蓄水；当调节池水位高于高限值(4m)时，供水涵洞工作门自动关闭。

3.2 涵洞沉降

涵洞为钢筋混凝土结构，自重较大，因此对涵洞基础进行了11m厚的砾质土换填处理，但是涵洞施工期及蓄水初期(至2011年6月)，通过活动沉降仪安全监测发现供水涵洞坝基区域发生了较大沉降，其中，建设期(2003年6月—2005年9月)供水涵洞坝基区域沉降650mm，水库蓄水初期(2005年9月—2011年6月)供水涵洞坝基区域沉降200mm，累计沉降820mm。2012年以后涵洞坝基沉降速度减缓，从2011年6月—2015年10月沉降100mm，平均每年沉降25mm，累计沉降了920mm。2011年以后，沉降趋于稳定，目前沉降主要来自坝基。涵洞过水对涵洞沉降影响很小。

涵洞基础进行砾质土换填处理后有一定效果。涵洞基础断面与中坝4+300断面基础情况相近，其中涵洞基础断面采用砾质土对基础进行了置换，换填深度11m。观测结果表明：对涵洞部位采用砾质土置换的方式进行基础处理效果明显，有效减小了涵洞部位坝体沉降，砾质土置换断面坝顶测点的沉降量比未置换中坝4+300断面测点的沉降量小259mm，减小幅度达62%。

3.3 涵洞与坝体接触部位变形

涵洞为钢筋混凝土结构，由于涵洞为刚性建筑物且穿过坝体，涵洞与坝体接触部位容易产生差异沉降，因此，沿涵洞轴线布设位移计，观测涵洞与坝体间的相对变形。根据涵洞结构，沿涵洞轴线设3个观测断面，桩号分别为洞0+037、洞0+058和洞0+079，每个观测断面布置4组两向位移计，共计12组24支位移计，其编号为(TS1-1、TS1-2)～(TS13-1、TS13-2)。在涵洞0+079断面增埋一组两支位移计，其编号为TS13-1和TS13-2(见图1)。

图1 涵洞安全监测仪器平面布置

监测结果表明：同一断面、同一高程，位于涵洞两侧的两支位移计所测的位移，无论是剪切位移还是水平位移，其量值比较接近，说明测值可靠，涵洞两侧土体位移具有对称性。

各测点位移过程线，在填筑至坝顶后趋于稳定，但2006年、 2007年、2008年水库蓄水以来，洞0+037和洞0+058断面的各位移计测值出现了不同程度的增长，说明蓄水对涵洞与周围土体之间的变形有明显影响。2009—2014年，位移计测值变化很小，受库水位影响变小，基本稳定。洞0+079断面各位移计测值增幅很小，这是因为该断面靠近下游，受库水位影响较小(近两年位移计变化见下表)。

位移计2014—2015年测值统计表

3.4 涵洞结构缝变形

由于涵洞建在软基上，地基变形对涵洞变形的影响主要反映在对结构缝变形的影响上，因此，沿涵洞轴线选择3个断面在结构缝下面埋设测缝计用来观测结构缝变形，观测断面桩号分别为洞0+037.5、洞0+058.5和洞0+079.5，每个断面设有2个测点，共布置6支仪器，编号为J1、J2、J3、J4、J5、J6。其中J1、J2、J3现在为故障仪器，主要结构缝测缝计数据由J4、J5、J6提供。水库蓄水对结构缝影响很小，各测缝计测值变化甚微。洞0+058.5断面的测缝计J5(-0.24mm)、J6(-0.10mm)处于压缩状态，J4(0.22mm)处于拉伸状态，目前接触良好。

3.5 涵洞渗流

涵洞共布置6个断面，每个断面布置6支渗压计，共计36支仪器。

涵洞0+023断面是距离上游面最近的断面，布置的6只渗压计测值随库水位上升而上升、下降而下降，与库水位呈正相关性,其中位于断面最低点的P61渗压计，水头上升最多，渗压计测值有一定时间滞后性，符合渗流规律。

涵洞0+044.5、0+051.5、0+065.5、0+072.5、0+086.5断面渗压计水头测值基本稳定，未随库水位变化。从0+086.5断面渗压计过程线(见图2)可以看出该断面仪器位置渗流稳定。

图2 涵洞0+86.5断面渗压计过程线(2005年1月1日—2015年12月31日)

4 结 语

涵洞基础从施工期到蓄水初期发生了较大沉降，通过同时观测涵洞的位移计、测缝计、渗压计，判定涵洞基础沉降属于均匀性沉降。2011年以后涵洞坝基沉降趋于稳定，涵洞位置埋设的其他安全监测仪器数值趋于稳定，各项安全监测数据均显示涵洞工况良好。当前涵洞仍处在下沉态势，但沉降量趋于稳定，变化趋缓。

[1] 李永刚,孙建生.土坝下软基涵洞施工力学分析[J].岩土力学,2001(12):736-439.

[2] 高自理.地基不均匀沉降对上部框架结构的影响分析[D].武汉:武汉理工大学,2008:47-49.

[3] 李国维,胡龙生,王虎子,等.软土地基大变形位移计研制与工程应用[J].公路交通科技,2013(5):30-37.

[4] 郑俊杰,赵建斌,陈保国.高路堤下涵洞垂直土压力研究[J].岩土工程学报,2009(7):1009-1013.

[5] 李楠.测缝计在三峡大坝安全监测中的应用[J].实验技术与管理,2004(8):23-27.

Monitoring Analysis of Homogeneous Earth Dam Culvert Operation Safety

Cao Rui

(XinjiangIrtyshRiverBasinDevelopmentProjectConstructionAdministration,Urumqi830000,China)

In this paper, the monitoring of “500” reservoir culvert during the construction period and the initial impoundment pertiod operation are introduced. The monitoring results show that: the foundation sedimentation is large. Through analysis of displacement meter, joint meter and osmometer data embedded in the culvert at the same time, it is determined that the culvert foundation is uniform settlement. At present, the culvert is in good condition.

culvert; safety monitoring; analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.009

TV698.1

A

1673-8241(2017)02- 0046- 03

运行管理