飛來峽水利樞紐大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)研究

飛來峽水利樞紐大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)研究

飛來峽評論員物理設(shè)計飛來峽郵政站位于廣東省清遠(yuǎn)市北江支流上游。該項目主要用于防洪、輸水、發(fā)電等綜合利用。這是廣東省現(xiàn)在最大的節(jié)水項目。飛來峽水利樞紐屬一級工程,總庫容為19億m3,控制流域面積為34097km2,防洪效益可將下游防洪標(biāo)準(zhǔn)從50年一遇提高至100年一遇,對廣州市及珠江三角洲的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。飛來峽水利樞紐主要由混凝土壩和土壩構(gòu)成,包括船閘、電廠廠房、溢流壩、主壩和副壩等組成。為了確保工程的正常運行,飛來峽水利樞紐設(shè)置了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。飛來峽水利樞紐土壩分為兩部分,左岸社崗防護(hù)堤和右岸主土壩,其中均布設(shè)有監(jiān)測堤壩滲流狀況的監(jiān)測項目——測壓管監(jiān)測。社崗防護(hù)堤長約為4km,共布設(shè)有4個典型斷面16支測壓管,每個斷面沿縱向均勻布設(shè)4支測壓管;右岸主土壩長約為1.78km,共布設(shè)測壓管33支,其中有4個典型斷面,各有4支測壓管從上游到下游均勻布設(shè),其余17支沿縱向分別布置在主土壩下游背水坡面距離道路約3m處。監(jiān)測系統(tǒng)對確保工程安全運行發(fā)揮了重要作用。1調(diào)查數(shù)據(jù)分析飛來峽水利樞紐從1999年11月18日開始投入試運行,2000年3月中旬堤壩滲流監(jiān)測項目——測壓管監(jiān)測納入了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng),開始了正常監(jiān)測。多年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明,飛來峽堤壩滲流是處于正常的、穩(wěn)定的運行狀態(tài),各測壓管管內(nèi)水位變化不大,均保持在一定的水位高程上下波動,波動變化規(guī)律基本和上游庫水位的變化一致。各典型斷面的浸潤線都較為穩(wěn)定,但社崗堤段樁號0+750和2+450兩個斷面的浸潤線存在反常的監(jiān)測結(jié)果——反坡現(xiàn)象(如圖1所示,同一監(jiān)測斷面的4支測壓管中,坡腳位置測壓管水頭高于其上游側(cè)測壓管水頭,即為水頭反坡現(xiàn)象)。具體的監(jiān)測數(shù)據(jù)和測值過程線如表1所示。2正常的一種情況堤壩浸潤線反坡現(xiàn)象的出現(xiàn),是堤壩滲流不正常的一種情況。導(dǎo)致反坡現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是多種多樣的,有管口堵塞、地表水滲透、測壓管打通地下滲水層、堤壩防滲墻滲水等等。2.1lng堤的證據(jù)對于樁號0+750斷面,在所有地質(zhì)資料和施工資料等相關(guān)資料中都沒有發(fā)現(xiàn)異常情況,而在詳細(xì)的堤壩巡視記錄中表明,該地段在庫區(qū)高水位時,特別是雨天后的很長一段時間內(nèi),其堤壩背水坡腳一直都是潮濕狀態(tài),在庫區(qū)水位低于該堤段的迎水面反壓平臺22.0m高程時,滲漏現(xiàn)象自然消失。因此初步判斷是坡腳排水棱體不暢所導(dǎo)致,經(jīng)挖開一段坡腳排水溝后證實,該段防護(hù)堤排水棱體連接至排滲暗溝的排水反濾作用已經(jīng)失效,下游部分段的排滲暗溝出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,滲漏水流無法通過排滲暗溝進(jìn)行反濾排水,加上滲漏水流的壓力較大,導(dǎo)致滲漏水流從反壓平臺面的排水溝處冒出,坡腳測壓管水位升高,從而導(dǎo)致該斷面的浸潤線出現(xiàn)反坡現(xiàn)象。2.2原地質(zhì)鉆孔的地層鑒定對于樁號2+450斷面,經(jīng)過查閱堤壩所在地段的地質(zhì)資料、堤壩填筑和堤壩防滲墻施工資料等相關(guān)資料和多年來不同時期的監(jiān)測資料和巡視檢查記錄,發(fā)現(xiàn)在庫區(qū)高水位時,該斷面背水坡距離50m的地方出現(xiàn)大面積的滲水現(xiàn)象,甚至有輕微的管涌,在庫區(qū)低水位時該現(xiàn)象隨之減弱或消失。地質(zhì)資料顯示,該漏水堤段堤基下部有一層含泥砂卵礫石層(強(qiáng)透水層),層頂高程約為6.0m,其上為透水性微弱的粘土、壤土層,故該層為一承壓含水層。為避免排水渠底部產(chǎn)生突涌(渠底高程約為11.0m,為最有可能被擊穿的部位),在堤壩上游側(cè)做了全截式高噴板墻。經(jīng)核對,冒水口與原地質(zhì)鉆孔ZKs225位置極為接近(相差約60cm),通過設(shè)置量水堰測得出水流量約為2.6L/s,冒水口高程約為16.7m,從沉積在碎石上的紅色鐵錳質(zhì)判斷,出水來自砂卵礫石層(紅色鐵錳質(zhì)是含砂卵礫石層中0.6m厚的含鐵錳質(zhì)紅褐色的膠結(jié)物)。采用自然電場法對堤壩滲流場進(jìn)行探測,測量結(jié)果表明,高噴板墻無集中滲漏通道,只在部分地段有片狀滲水,出水水源補(bǔ)給就來自該片狀滲水區(qū),出水來自地下。從出水口高程反推承壓水壓力約為13m水頭,該水頭還不致?lián)舸?0m厚的粘土層。至此,基本可以判定該出水孔就是原地質(zhì)鉆孔ZKs225。再根據(jù)該斷面的測壓管鉆孔資料可斷定,造成該斷面浸潤線的反坡現(xiàn)象的原因為測壓管貫穿地表覆蓋層至地下承壓透水層所致。3水庫提取物反梯度處理根據(jù)以上2個監(jiān)測斷面出現(xiàn)的反坡具體情況,研究分析后制定了相應(yīng)的處理措施。3.1反壓平臺及排水棱體的開挖與設(shè)置對于樁號0+750斷面因排水棱體不暢造成地表水下滲而導(dǎo)致的反坡情況,采取對背水坡T0+700～T0+800和T1+215～T1+300的185m段反壓平臺及部分排水棱體和排滲暗溝進(jìn)行開挖檢查,并重新設(shè)置。新設(shè)置的排滲暗溝采用塑料盲溝材,在排滲暗溝出水口接1條排水明溝排引至排水渠,并建量水堰測取排滲暗溝滲漏水流量的變化情況(見圖2)。3.2壓實井施工設(shè)計根據(jù)樁號2+450斷面反坡問題研究分析的結(jié)果,在庫區(qū)高水位時,在該斷面背水坡50m開外的滲水部位開挖1m左右的探坑,發(fā)現(xiàn)有較多滲水涌出,用粒徑30cm左右的塊石壓堵出水口,塊石上部覆蓋碎石反濾,出水用1條排水溝引至排水渠,并在排水溝末端布設(shè)1個量水堰對滲流量進(jìn)行監(jiān)測(見圖3)。為解除堤基強(qiáng)透水層的承壓水對堤壩滲流穩(wěn)定造成的安全隱患,布設(shè)減壓井對堤基承壓水進(jìn)行排放減壓處理,根據(jù)社崗堤段的工程地質(zhì)勘探,需布設(shè)減壓井堤段范圍為300m,共布設(shè)11個減壓井,其間距為30m,孔深為進(jìn)入下部全風(fēng)化巖層,平均孔深約為17m,共進(jìn)尺172m。由于庫區(qū)水位達(dá)24m高程,施工減壓井孔口高程約為16m,存在8m的水頭差,在施工減壓井時須防止井口發(fā)生管涌對堤壩造成重大的危害,所以造孔必須用鋼套管進(jìn)行護(hù)孔,并采取足夠的防范手段封堵孔口,嚴(yán)格控制每一道施工程序,保證減壓井施工達(dá)到設(shè)計要求。減壓井采用性能優(yōu)良的聚乙烯盲溝材料,濾水管采用土工布反濾,大孔與數(shù)小孔組合,使排水孔能反復(fù)沖洗,不至于在2～3a內(nèi)即被自然淤堵。4抗斜問題處理效果2個堤段經(jīng)過滲漏處理后,堤壩滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)表明反坡現(xiàn)象均恢復(fù)正常。2個斷面滲流監(jiān)測浸潤線前后比較如圖4、圖5所示。5滲透前的措施通過對飛來峽水利樞紐堤壩浸潤線反坡現(xiàn)象的原因分析及采取相應(yīng)的處理措施,并取得顯著的成效的例子表明:1)堤壩安全監(jiān)測的重要性,尤其是土壩和防護(hù)堤的滲透監(jiān)測措施更是時刻檢查堤壩安全狀態(tài)的重要手段。2)測壓管監(jiān)測中出現(xiàn)反坡現(xiàn)象的原因是復(fù)雜的、多元的。出現(xiàn)反坡的異常情況后必須對現(xiàn)場