乌拉泊水库大坝安全监测分析

邵 燕

(乌鲁木齐水业集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830049)

1 工程概况

乌拉泊水库位于乌鲁木齐市上游(南郊)17km，水库控制流域面积2596km2，水库主要建筑物由大坝、放水涵洞、泄水渠、溢洪道组成。水库大坝长1050m，坝顶高程1089.6m，防浪墙高1.2m，墙顶高程1090.8m，坝顶宽6m，最大坝高27.6m。该水库上世纪五六十年代修建，设计标准偏低，水库工程质量较差，导致大坝在运行中出现了不同程度的水库病险问题，也由此被划入全国重点除险水库之一。为确保乌拉泊水库的安全稳定运行，需开展对该水库的全面安全监测。

2 水库大坝安全监测

2.1 安全监测设置及安全参数

(1)在对乌拉泊水库进行安全监测时，为能够对乌拉泊水库大坝渗流监测设备的具体布置情况有一个全面的了解，需对水库大坝进行GPS断面航拍，如图1所示。

(2)大坝渗流监测。渗流设备监测，数据主要包括观测断面、管口高程、管底高程、距坝轴线长度、观测部位等。

2.2 水库渗流监测分析

在对乌拉泊水库进行渗流监测时，监测人员将实测过程中不合理的数据进行了剔除处理，并且绘制各观测断面渗透水压力过程线，进行渗流趋势分析，形成一元回归线性方程，结合工程运行情况对各断面的坝体及坝基渗流情况进行分析[1]。水库各个位置段的渗流监测结果如下：

(1)右坝肩与溢洪道边墙结合处帷幕灌浆

水库大坝的右坝肩与溢洪道边墙结合处帷幕灌浆坝段自右坝端至溢洪道右岸[2]，全长197.74m。在监测时，为监测帷幕灌浆防渗效果，分别在溢洪道左侧布置了P0-1、P0-2、P0-3、P1-0四孔测压管，其中P0-1和P1-0两孔测压管布设在帷幕灌浆上游，P0-2和P0-3测压管布设在帷幕下游。详细布置如图2所示。

图2 右坝肩新增测压管断面平面布置图

(2)测压管管水位与库水位相关性分析

根据水库大坝的日常监测资料，绘制测压管渗透水压力过程线，如图3所示。

根据水库的右坝肩帷幕灌浆段测压管水位与库水位过程线、管水位与库水位的一元线性回归分析，P1-3、P1-4为坝基测压管，从过程线看，帷幕灌浆后与库水位有一定的相关性，但管水位都维持在较低的状态，这说明帷幕灌浆产生了一定的防渗效果[3]；P1-2测压管位于水库泄水涵洞附近，管水位过程线形态平缓，说明帷幕灌浆产生了防渗效果；P1-1测压管虽与库水位相关系数较小，属弱相关水平，但水位不稳定，监测人员通过查阅历史资料，在每年3—9月，该管管水位在1069～1078.5m之间波动，数据会呈现起伏变化，之后又逐渐回落，最终分析认为是由于其所处位置基本在山体上，管底打在基岩上，岩层存在裂隙，存在一定渗流[4]。通过观测结果得出乌拉泊水库右坝肩溢洪道边墙段的帷幕灌浆产生了一定的防渗效果，与溢洪道右侧墙结合处、坐落在帷幕之上的截水墙也发挥了防渗作用[5]。

2.3 乌拉泊水库大坝混凝土应力应变监测

在本次对乌拉泊水库进行安全监测之前，先后经历了四次除险加固。在这4次加固期间，监测人员先后在水库大坝的坝顶共7个断面上分别布置了A、B、C、D、E、F、G7个MCU测量控制观测房，共有118支应变计和22无应力计。其中有多支传感器在之前的几次除险加固中先后出现故障，之后又恢复正常。此次监测时，技术人员将大坝的所有传感器都恢复了正常运行[6]。除此之外，在应力检测中，在公司技术人员的协助之下，确定出

EN1、EN2、EN3没有接收到数据采集的原因是人工观测出现传感器电阻超量程，仪器出现故障，建议停止监测，其余17支无应力计均运行正常[7]。

在对水库进行大坝做力学监测时，安全监测人员在水库大坝中布置了13排56根测压管以及118支应变计，其中包括101支应变计，17支无应力计。通过这些设施，监测人员能够监测大坝渗流和已建混凝土防渗墙的应力应变状态[8]。在本次监测时，更新了数据采集测量控制单元，升级系统软件，更换失效仪器，以及改造信号电缆路线等工作[9]。监测人员分别在在大坝0+960m及0+980m处各增设了一个观测断面，新增了6根坝体管和6根坝基管，沿溢洪道左岸布置了3根测压管，其中1根在帷幕上游，另外2根在帷幕下游。

此外，监测人员在大坝的0+900m断面处防渗墙内布置了5组应变计，每组均在防渗墙上游面各布置1支水平应变计和1支铅直应变计，墙内布置1支无应力计，合计5组共10支应变计，5支无应力计。现在大坝的监测系统由72根测压管和140支应变计(118支应变计，22支无应力计)组成[10]。通过自动采集数据，可以直观地看到72根测压管的频率和管水位，以及125支应力应变计的电阻比、电阻和、温度和总应变值，用当天的数据与前一天或以前的数据进行对比，可以判断出该测点是呈正常变化或非正常变化，从而可以判断出测点所在断面的大坝运行状态[11]。

2.4 水库大坝混凝土变形监测

在对乌拉泊水库进行安全监测时，将2010年9月27日(库水位1076.447m，库容1126.787万方)至2018年1月31日(库水位1079.211m，库容1851.8510万方)的应变计自动采集数据绘制成过程线进行分析[12]。各断面过程线如图4—10所示。

图3 右坝肩溢洪道边墙处测压管渗透水压力过程线

图4 A断面过程线

图5 B断面应变计过程线

图6 C断面应变计过程线

图7 D断面应变计过程线

图8 E断面应变计过程线

图9 F断面应变计过程线

图10 G断面应变计过程线

通过水库各个断面的应变计过程线可以看出，各断面应变计过程线呈起伏状但各个应变计的过程线变化幅度很小。根据监测的数据结果可以看出在乌拉泊水库的105支应变计中，ES10、ES18、FS14数据不完整无法进行数据对比，DS11、DS17、FS7、GS2-02应变值为正值，受拉外，其余98支应变计处于受压状态。在可对比的98支应变计中，49支应变计处于压应力增加状态，其中FS9增幅最大为54.53，AS1增幅最小为0.01；449支应变计处于压应力减小状态，其中GS2-2减幅最大为79.62，AS6减幅最小为0.14。通过查看原始数据，各应变计的数据均呈缓慢变化状态，没有突变。

在本次监测中，水库大坝的左右岸方向位移情况：在22个观测墩中，有4个无变化，其分别是TP7、TP19、TP20、TP22，占总数的18.2%。另外18个观测墩发生了移动，分别是12个向右岸发生位移，占总数的54.5%，其中TP1位移量最大为6mm，TP11、TP13、TP15、TP18四个观测墩位移量最小为1mm；6个向左岸发生位移，占总数的27.3%，其中TP5位移量最大为6mm，TP12和TP17位移量最小为1mm。另外，在水库大坝的主坝段(0+064—0+528)m，有4组观测墩均两两左右岸同方向发生位移，分别是TP2、TP3、TP4这三组均向右岸发生了位移，而TP5、TP16这一组均向左岸发生了位移；在大坝的副坝段(0+558—0+850)m，TP6、TP17这一组观测墩均同向左岸发生了位移，TP10与TP21这一组观测墩是反方向发生位移的。

3 结语

综上所述，在乌拉泊水库大坝的安全监测中，对水位过程线、应变计过程线及库水位与管水位的线性回归方程等进行了监测和计算，最终得出乌拉泊水库大坝目前渗流情况基本稳定，混凝土防渗墙基本处于压应力状态，大坝处于安全运行状态。通过对水库大坝的安全监测，特别是本次监测中对GPS检测仪的使用，丰富了我国在这一领域的实践经验。但本次研究也存在一定的不足，研究之前由于准备不充分，导致对水库的实际调研资料准备较少，许多监测资料是在监测的过程中补齐，耗费了不少精力，降低了监测效率。