寶珠寺重力壩滲壓分析

1不完全年調(diào)節(jié)工況寶珠寺水庫位于四川省廣元地區(qū)白龍河上游。樞紐布置采用實體混凝土重力壩、壩后式廠房、廠房兩側(cè)壩身溢流的方案,壩頂全長524.48m,最大壩高132m,水庫正常蓄水位588.00m,設(shè)計洪水位588.30m,校核洪水位591.80m,總庫容25.5×108m3,調(diào)節(jié)庫容13.4×108m3,具不完全年調(diào)節(jié)性能。電站裝機容量4×175MW,多年平均年發(fā)電量22.0×108kW·h,為I等大(1)型工程,大壩為1級建筑物。原設(shè)計地震基本烈度為Ⅵ度,2006年按照Ⅶ度對攔河壩進行了抗震穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核,滿足當時抗震規(guī)范要求。寶珠寺工程于1984年開工建設(shè),1996年發(fā)電,2000年進行了大壩竣工驗收,至今已安全安全運行了十余年。寶珠寺水電站距“5·12”里氏8級大地震震中約252km,所在四川廣元地區(qū)位于龍門山斷裂帶北段,為“5·12”地震的6大重災(zāi)區(qū)之一。寶珠寺水電站是地震中接近震中區(qū)域庫容最大的水電站,處于地震0.15g動峰值加速度區(qū),其動反應(yīng)譜特征周期為0.4s。震后,電站庫區(qū)仍余震不斷,其間發(fā)生多次較大的余震,其中最大的一次為5月25日青川發(fā)生的6.4級地震,震中距電站約40km。2水庫及其基本滲流分析2.1壩體回采過程中的滲流場中國水電顧問集團西北勘測設(shè)計研究院派出專家組在“5·12”地震發(fā)生后的5月22日～23日對寶珠寺大壩進行了現(xiàn)場檢查。從壩頂及498.7m廊道發(fā)現(xiàn)河床壩段永久橫縫有擠壓現(xiàn)象,兩側(cè)壩體結(jié)構(gòu)相差較大的10#～11#、12#～13#、13#～14#橫縫擠壓現(xiàn)象較為明顯。壩頂公路路面層未留伸縮縫,在壩體橫縫處抹面層翹起,上游防浪墻及下游欄桿也在橫縫處出現(xiàn)裂縫,局部表面修飾層脫落。河床段各橫縫未見明顯錯動跡象。左、右岸壩段橫縫未見擠壓、張開、錯動現(xiàn)象。各壩段壩體縱縫震后均未見異常,壩體結(jié)構(gòu)表面未見明顯裂縫。多數(shù)橫縫無明顯滲水,僅13#～14#壩段間橫縫在基礎(chǔ)廊道和498.7m廊道見有滲水,震后滲水量略有增大。壩體無砂排水管均無大的滲水,多數(shù)為干孔,說明壩體上游面死水位以下部分沒有貫穿性裂縫。各泄洪設(shè)施閘墩、邊墻、過流面未見明顯異常。震后表孔、右中空、左底孔閘門均能正常啟閉?！?·12”地震發(fā)生時,寶珠寺水庫一直在接近死水位558.0m低水位運行,地震發(fā)生時壩體承受的動、靜水荷載均較小。同時,此次地震波方向基本平行于河床壩軸線(NE39°34′42″)方向,而不是上下游方向,對大壩影響較小。大壩水平位移地震前后變化不大,接縫間位移很小,故“5·12”汶川地震對壩體結(jié)構(gòu)影響不大。2.2水庫基礎(chǔ)2.2.1震前后u9-1測點值對比為了了解壩基面揚壓力的分布情況,根據(jù)大壩的布置和不同地質(zhì)條件,在4#～25#壩段基礎(chǔ)廊道共設(shè)置揚58個壓力觀測孔,如圖1所示,形成兩縱向、七橫向觀測斷面。對比地震前后揚壓力實測系列資料可以看出,右岸各壩段大部分基揚壓力測點量值和變化規(guī)律均無異常變化,僅有u5-1、u9-1和u9-2三個測點受到地震的影響:u5-1測點在”震后測值變化規(guī)律正常,量值有所減小;震后u9-1測點測值變化規(guī)律與震前一致,量值有所減小;u9-2測點測值在震后有明顯下降,如圖2所示。說明地震對右岸壩基的滲流特性產(chǎn)生了一定影響,但震后壩基揚壓力的觀測值相比震前總體上表現(xiàn)為略有降低或維持震前水平不變,且無異常發(fā)展趨勢,說明目前右岸各壩段壩基揚壓力是安全的,該壩段的防滲帷幕處于正常工作狀態(tài)?！?·12”地震對河床11#～14#以及18#、19#、21#壩段壩基揚壓力產(chǎn)生了一定影響,但地震對這些壩段壩基揚壓力的影響主要表現(xiàn)為震后短期內(nèi)揚壓力測孔水位的波動,隨后趨于穩(wěn)定并保持在震前量值,無異常發(fā)展趨勢。說明河床大部分壩段壩基揚壓力目前是安全的。但需要注意的是,震后11#、12#壩段第一基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)測孔的水位持續(xù)上升,目前仍處于上升過程中,如圖3所示?，F(xiàn)將部分測壓管在各年份代表性庫水位日期的測值水頭轉(zhuǎn)換得到α值,從轉(zhuǎn)換結(jié)果可以看出,“5·12”地震對壩基揚壓力折減系數(shù)無明顯影響,震后河床諸壩段的揚壓力折減系數(shù)α值均小于設(shè)計值0.2,岸坡壩段除個別測孔在個別時段超出設(shè)計值0.3外,絕大多數(shù)仍滿足規(guī)范要求。通過揚壓力測值序列分析和揚壓力折減系數(shù)的計算分析,認為寶珠寺大壩壩基揚壓力總體上正常,在設(shè)計允許運行范圍內(nèi),大壩基礎(chǔ)防滲帷幕基本未受影響,運行正常。2.2.2壩基滲流規(guī)律滲漏量的監(jiān)測是為了掌握大壩及其基礎(chǔ)的抗?jié)B能力,帷幕、橫縫止水以及各排水幕和排水隧洞的工作狀況。寶珠寺水電站壩頂全長524.48m,共27個壩段,觀測點分布于河床壩基4個排水幕、左右各排水洞,觀測方法為管口流量容積法及量水堰法?！?·12”地震后主河床及左右兩岸共有23個測點測值發(fā)生明顯增大,各測點的安裝位置、變化幅度和震后呈現(xiàn)出的變化規(guī)律如表1所示。上述23個測孔“5·12”地震后滲漏量增大,分析其原因是由于地震作用,巖層節(jié)理裂隙將產(chǎn)生振動、錯位,導(dǎo)致原來巖層閉合的節(jié)理裂隙張開、增大、錯位和貫通,形成滲流通道,壩肩和壩基巖體中的微裂隙在地震作用下有一定張開以;據(jù)施工前勘察,壩區(qū)基巖地下水屬裂隙性潛水,地下水主要賦存在斷層破碎帶、斷層影響帶、層間錯動裂隙帶及其交匯帶內(nèi),地震激活了基巖裂隙,產(chǎn)生裂隙水,以上原因共同導(dǎo)致了震后測孔滲漏量的突然增加。震后在巖體自重、水荷載及壩體自重作用下巖體中的裂隙又逐漸閉合,滲漏量又逐漸減小。這與震后排水孔出現(xiàn)渾水,右岸地下水位監(jiān)測孔水位明顯降低等現(xiàn)象是一致的。需要注意的是,19ZP2測孔測值在“5·12”震后呈波浪狀上升,2008年11月下旬測值達到震后測值的1.6倍。壩基滲漏量由原來的35.6m3/h增大到59.1m3/h,隨后減小為53.2m3/h,如圖4所示。盡管壩基滲漏量增大,但遠小于設(shè)計的12000L/min。壩基排水量的監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于LSY1、LSY2和LSY3三個量水堰。根據(jù)位置判斷,3個部位的滲流分別主要來源于右岸山體及第Ⅲ排水幕右側(cè)、左岸12#洞和主排水幕和第Ⅰ排水幕,震前壩基滲水主要集中在16#、17#、18#壩基排水孔,震后在16#壩段的16ZP4、16ZP5和16ZP6三孔曾出現(xiàn)滲水變渾,2d后變清。分析認為這是由于壩基受地震的震動,壩基的斷層、泥質(zhì)夾層中的細粒被擾動帶出,使水變渾,本次帶出物不多,對基礎(chǔ)無影響。地震對壩基總滲漏量表現(xiàn)較為復(fù)雜,取決于地震對上述位置的滲漏量的綜合影響。3“512”震后基礎(chǔ)中滲流場變化地下水位觀測是衡量滲流作用在大壩和壩基巖體上的水壓力大小及說明滲流對壩基巖體的浸沒范圍。寶珠寺大壩在左、右岸壩肩的495.00～698.00m高程之間設(shè)置37個繞壩滲流及地下水位監(jiān)測孔。左岸壩肩從低到高布設(shè)有18個繞滲及地下水位監(jiān)測孔,從“5·12”地震前后的觀測數(shù)據(jù)對比來看,地震對左岸壩肩多數(shù)測孔無明顯影響,僅有4#、8#、10#測孔受地震影響較為明顯,如圖5所示:4#孔水位在“5·12”震后下降近30m,8#孔水位震前波動很小,震后下降近10m,10#孔水位在“5·12”震后下降10m左右。由于地震的影響,使得左岸壩肩基巖中原有的裂隙和節(jié)理有一定程度的張開并形成新的滲漏通道。裂隙水被激活后增加了左岸的滲流量,地下水經(jīng)由新貫通的滲漏通道滲流并補給了一部分被激活后滲漏的裂隙水,從而造成了上述測孔水位的降低。通過滲漏通道的不斷調(diào)整,滲流場逐步穩(wěn)定,測孔水位波幅減小。從地震前后的觀測數(shù)據(jù)對比來看,地震對右岸壩肩滲壓19個測孔總體上無明顯影響,僅14#、15#、16#、17#和18#測孔水位變化較為明顯,其過程線如圖6所示:14#孔水位在“5·12”震后波幅較大;15#孔水位在震后下降10m左右;16#孔水位在2005年后上升約20m,之后水位作小幅波動,地震后水位小幅降低;17#孔水位在震后略有降低,18#孔水位下降約27m。右岸受地震影響較為明顯的測孔全部位于右岸岸坡上,震后上述測孔水位降低的原因與左岸的相似,同為滲漏通道的變化和調(diào)整所致。繪制1999～2008年滲壓等值線及矢量圖分析得出,無論是滲壓極大值系列還是極小值系列,年際變化不大,相對比較穩(wěn)定。“5·12”地震對寶珠寺大壩壩址區(qū)滲壓空間分布無明顯影響。其中主河床內(nèi)及岸坡壩頂高程以上的滲壓最為穩(wěn)定,其等值線輪廓及幅度都變化很小,相比之下,兩岸坡上地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育或地形變化比較大的位置的滲壓變化相對稍大。對比2008年和2007年最大值等值線可知,主河槽內(nèi)的滲壓變化小于岸坡滲壓;壩基下上游主帷幕處的變化最小,如圖7、8所示,這表明主帷幕效果良好。年內(nèi)最大值滲流矢量方向幾乎沒有改變,也表明了壩區(qū)總體滲流場的在地震后是相對穩(wěn)定性。3壩基揚壓力變化規(guī)律1)根據(jù)震后寶珠寺電站的現(xiàn)場檢查和對大壩地震前后滲流原觀特性的對比分析表明寶珠寺水電站自動監(jiān)測系統(tǒng)仍能夠正常工作;大壩混凝土結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯損傷,結(jié)構(gòu)完整性依然良好;雖然個別壩段橫逢出現(xiàn)少量滲水,但綜合分析排水孔情況,推斷上游死水位以下無貫穿性裂縫。2)地震對河床壩段和左、右岸壩段壩基揚壓力影響較小,絕大部分測孔測值無大的變化,震后僅個別測點測值降低,目前已基本穩(wěn)定,無異常發(fā)展趨勢;地震對河床壩段的影響多為震后測值的短期波動,隨后逐步趨于穩(wěn)定。河床各壩段的揚壓力折減系數(shù)α值均小于設(shè)計值0.2,岸坡壩段除個別測孔在個別時段超出設(shè)計值0.3外,都滿足規(guī)范要求,說明寶珠寺大壩壩基揚壓力目前是安全的。但需對11#、12#壩段第一基礎(chǔ)排水廊道內(nèi)測孔加強觀測以確定