松柏山水库大坝坝体质量评价

王争飞

(贵州省松柏山水库管理处，贵州 贵阳 550000)

1 问题的提出

松柏山水库位于贵阳市花溪区境内，大坝坐落在松柏桥上游650 m的南明河上，距贵阳市城区30 km。水库功能为城市防洪、城市供水、灌溉供水以及生态用水的综合性水利工程。松柏山水库总库容为4 473万m3，水库正常蓄水位1 179.00 m，死水位1 162.40 m。根据《防洪标准》《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，水库规模属于中型，工程等别为Ⅲ等，大坝、溢洪道、底孔等主要建筑物为3级。整个坝体修筑于一个狭窄的沟谷间。右侧坝肩为古河道冲刷的右侧山体，坡面较陡，故右坝肩伏于右侧山坡基岩。左侧覆盖层较厚，基岩埋置较深，在坝址处左侧山梁向河道突出，左坝肩乃至部分坝体都伏于突出的山梁之上。

水库安全评价中坝体质量评价对于水库大坝安全运行作用重大，也是水库日常运行管理的重要方面，通过在大坝不同部位布设检测仪器并定期对监测结果进行采集、保存、整理和分析，得出水库大坝运行情况的定量分析，以便水库管理部门及时掌握大坝运行情况，以便对水库安全运行提供指导。根据相关统计资料，在水库大坝失事事故中约有30%左右均由大坝渗流问题引起，进而导致管涌、接触冲刷、流土等破坏，为此，必须通过合理监测方式的应用对水库大坝渗流及坝体运行情况合理评估并进行坝体质量的综合评价。

2 水库大坝坝体质量评价

2.1 水库大坝坝体质量监测发展历程

松柏山水库是贵阳市第一座监测仪器布置较完善的水利工程，1978年4月至1979年6月工程建设期间，在大坝内部的1 136.00 m、1 148.00 m、1 160.00 m 高程共计埋设差动电阻式仪器 127支。由于各种原因影响，内部监测仪器自埋设完毕后观测工作不连续。1981年1月13日部分仪器观测停止，1981年10月21日观测工作全部停止；1984 年4月，省水电勘测设计院和松柏山管理处有关人员对内部观测仪器进行了检修，结果表明仪器的完好率在80%左右，经研究决定恢复观测；同年省水电勘测设计院对1981年以前的观测资料进行了整编分析和放水弹性应力分析；1986年底，由于人员变动等诸多因素影响，观测工作再次停止；1997年贵州省大坝安全监测中心对松柏山水库内部观测仪器进行了鉴定，结果表明在127支仪器中，共有33支仪器损坏。

2018年11月对大坝安全监测设施进行改造：①新建大坝水平位移控制网，共修建4个控制网点；新建大坝水准基点，共修建3个基点。对新建控制网及水准网进行初始测量。②新增左坝肩边坡变形监测，共修建表面位移点3个，分别位于1 151.00 m、1 159.00 m 和1 184.50 m高程，利用新建控制进行监测。新增测斜孔1个，开孔高程1 151.00 m，终孔高程1 128.00 m，孔深23 m，孔径φ110 mm，主测方向为顺坡向，采用多维度变形测量系统进行观测。③对左右坝肩绕渗监测进行监测自动化改造，新增渗压计6支。④对左坝肩边坡及左右坝肩渗流监测实施自动监测。

2.2 大坝位移观测结果

2.2.1 大坝表面水平位移

2020年度观测期间库水位1 172.30～1 178.43 m之间波动，最大变幅6.13 m。气温在0℃～33℃之间。根据对实测坝顶水平位移特征值统计及过程线图的分析可知：

①2020年度实测大坝右坝端附近、1/4拱弧处、拱冠处、3/4拱弧、左拱端附近径向最大位移分别为3.16 mm、5.10 mm、6.82 mm、4.57 mm、3.77 mm，最大变幅分别为4.02 mm、8.10 mm、13.30 mm、6.63 mm、6.99 mm。实测坝体径向位移拱冠处最大，向两坝端递减，径向位移分布基本符合拱坝变形规律。实测发生在拱冠处的最大位移6.82 mm，较大坝中心出具的《贵州省松柏山水库大坝安全评价报告》(2020年度)中有限元计算“正常+温降”工况下的径向最大位移7.70 mm范围内。

②本年度实测大坝右坝端附近、1/4拱弧处、拱冠处、3/4拱弧、左拱端附近切向最大位移分别为5.52 mm、3.40 mm、-7.44 mm、-4.06 mm、-6.30 mm，最大变幅分别为9.30 mm、5.40 mm、7.48 mm、4.86 mm、5.05 mm。实测坝体贴向位移无明显分布规律。

③从过程线图来看，实测坝体径向、切向位移与库水位及气温规律性不明显。

综上，本年度实测大坝实测坝体径向、切向位移随库水位及气温的变化规律不明显。径向位移基本为中部较两坝端递减，切向位移分布无规律性，径、切向位移分布基本符合拱坝变形规律。实测径向最大位移量为 6.82 mm，发生在大坝拱冠处，较有限元分析计算“正常+温降”工况下理论计算值范围内，大坝变形基本正常。

2.2.2 坝顶垂直位移观测

根据对本年度实测坝顶垂直位移特征值的统计及对实测过程线图的分析表明，实测坝顶垂直位移基本上表现为随气温的升高表现为抬升趋势，随气温的降低表现为下沉趋势，基本符合混凝土坝垂直位移变化规律。实测最大抬升位移量在-2.20～-0.85 mm之间，最大下沉位移在0.35～2.00 mm之间，最大变幅在1.90～3.90 mm之间。实测垂直位移量级基本与同类坝型一致，大坝垂直位移变化基本正常。

2.3 大坝绕渗观测

大坝左右岸帷幕绕渗监测采用水位孔内安装渗压计的方式进行。在两坝肩水位观测孔内设置渗压计并实施自动化观测方案。左右坝肩共6个水位孔，共增设渗压计6支。此次改造渗压计选用量程为0.35 MPa 的渗压计，渗压计的安装采用钢丝悬挂安装方式，渗压计安装高程根据历史测值范围确定。左右坝肩水位渗压计电缆均引致右岸管理房内集中，并实现自动观测。左右坝肩水位孔特性表详见表1。

表1 大坝左、右岸水位孔特性表

根据对本年度实测大坝两岸水位孔水位特征值的统计及对实测孔内水位与库水位变化过程线的分析(图1、图2)。本年度实测大坝左岸水位孔水位除ZK1、ZK3低于库水位外，其余ZK2、ZK4、ZK5孔内水位均高于库水位。库水位在1 172.30～1 178.43 m之间运行，最大变幅为6.13 m。ZK1水位孔实测左岸近坝幕后地下水位在1 163.11～1 166.79 m之间，最大变幅3.68 m。ZK3 实测孔内水位在1 172.72～1 180.29 m之间，最大变幅为7.57 m。ZK2、ZK4、ZK5号孔内水位均高于库水位，与水库水位无相关性，仅能反映地下水位变化情况，与上年度相比未见异常。本年度大坝右坝段水位孔ZK6实测孔内水位在1 179.04～1 183.88 m 之间，最大变幅为4.83 m。该测点距离水库较远，与库水位基本无关联性，受客水的影响，孔内水位有一定波动，仅反映该部位的地下水位情况。

图1 实测大坝左岸水位孔内水位与库水位变化过程线图

图2 实测大坝右岸水位孔内水位与库水位变化过程线图

3 坝体防渗处理措施

结合松柏山水库大坝坝体质量评价结果，拟决定对该水库左岸无明显绕坝渗漏坝段进行劈裂灌浆防渗处理。在布孔阶段，先沿坝轴线按4 m间距和5～8 cm的孔径布孔20个，包括17个劈裂灌浆孔和1个补灌孔、2个检查孔。考虑到水库左岸大坝坝体存在渗流的可能性较大，所以对左岸坝体必须全面封堵，且劈裂灌浆孔底应到达坝体和坝基接触面。垂直钻孔的过程中应当将孔斜率控制在±2%范围内，且主要通过干钻法钻进，避免水洗。

水库左岸大坝坝体劈裂灌浆和充填灌浆土料及浆液物理力学参数性能详见表2和表3所示，为保证浆液的流动性，还应当在浆液中按干土重量的0.50%～0.80%掺加水玻璃，并掺加20%的水泥以加速浆液凝结。浆液物理力学性能参数确定好后必须通过室内试验进行浆液配比、浆液物理力学性能和灌浆设计方案的验证。

表2 灌浆土料物理力学性能表

表3 浆液物理力学指标表

水库左岸大坝坝体劈裂灌浆采用三序孔逐渐加密的操作方法，并将每个注浆孔每次的灌浆量均值控制在0.60～1.00 m3/m，且每个注浆孔的灌浆次数至少为5次。

4 结论与建议

通过文章对松柏山水库大坝坝体质量评价的结果分析发现，松柏山水库大坝安全监测系统测点完好，自动采集系统运行正常，各测点测值稳定、工作正常，观测精度满足规范要求，观测数据有效。根据观测成果分析认为：本年度实测左岸水位孔除近坝水位孔ZK1、ZK3孔内水位低于库水位外，其余水位孔内水位均高于库水位。低于库水位的水位孔ZK1、ZK3孔内水位变幅总体较小，与库水位无明显相关性，左岸无明显绕坝渗漏情况。大坝及左岸边坡变形正常，大坝左、右岸坡无绕坝渗流情况。 大坝工作性态正常，左岸边坡整体区域稳，在水库运行过程中应加强自动化采集设备维护。