葉建洪

(中國(guó)水利水電第十二工程局,杭州,310004)

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程大壩為混凝土面板堆石壩,河床段趾板基礎(chǔ)高程 728.00m,壩頂高程為884.00m,最大壩高 156m,壩頂長(zhǎng) 663.77m,壩頂寬度 12m。上游壩坡為 1∶1.4,下游壩坡為 1∶1.4和 1∶1.5,下游壩坡在 796.00m和 840.00m高程設(shè)有 5m寬?cǎi)R道,840.00m高程馬道以上壩坡為 1∶1.5。壩體底寬約 450m。壩體設(shè)計(jì)填筑總量為1177萬(wàn) m3。

大壩從 2003年3月1日開(kāi)始填筑,2005年6月16日填筑至壩頂防浪墻底 879.4m高程,填筑工期 27.5個(gè)月,平均填筑強(qiáng)度達(dá) 42.8萬(wàn) m3/月,最高填筑強(qiáng)度達(dá) 86萬(wàn) m3/月。大壩填筑工程量大、填筑強(qiáng)度高,壩體施工期的沉降監(jiān)測(cè)對(duì)控制壩體沉降變形及填筑質(zhì)量顯得更加重要。

2 壩體內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)布置

壩體內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)布置了兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,分別位于樁號(hào) DAM 0+251m及 DAM 0+371m,DAM0+251m為主測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)斷面上每 30m高布置一排測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)之間間距 30m,主測(cè)斷面上共布置四排測(cè)點(diǎn),各排高程分別為 760m、790m、820m、850m。DAM0+371m監(jiān)測(cè)斷面除沒(méi)有布置760m高程測(cè)點(diǎn)外,其余與 DAM0+251m主監(jiān)測(cè)斷面相同。主監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖 1。

圖 1 DAM0+251m監(jiān)測(cè)斷面儀器布置

壩體內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)采用南京水科院生產(chǎn)的電測(cè)水管式沉降儀(DCJ-2型)。兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共布置 56個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn),按高程劃分為 7個(gè)單元,測(cè)點(diǎn)編號(hào)見(jiàn)圖 1及表 1。水管式沉降儀測(cè)量基點(diǎn)的變形均由大壩外部變形測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè),換算成絕對(duì)位移量。

表 1 壩體內(nèi)部沉降觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)及位置

3 壩體填筑分期

為了滿足度汛及蓄水需要,大壩填筑分三期進(jìn)行。第一期上游臨時(shí)斷面達(dá) 810m高程,下游達(dá) 770m高程;第二期上游臨時(shí)斷面達(dá) 850m高程,下游達(dá) 800m高程;第三期填筑至壩頂防浪墻底 879.4m高程。大壩填筑分期斷面見(jiàn)圖 2。

圖 2 大壩填筑分期

4 一期填筑沉降監(jiān)測(cè)

壩體一期填筑從 2003年3月1日開(kāi)始,2003年12月28日上游臨時(shí)斷面填筑至 810m高程,一期斷面填筑結(jié)束。2003年9月底在壩軸線下游 0-154m位置設(shè)臨時(shí)觀測(cè)房,進(jìn)行臨時(shí)觀測(cè)。

2003年10月4日至同年12月28日,一期斷面上游從 770m高程填筑至 810m高程,填筑高度40m。DAM0+251m斷面壩體沉降過(guò)程線及沉降量見(jiàn)圖 3及圖 4。

從本期監(jiān)測(cè)中得出:(1)一期填筑最大沉降量出現(xiàn)在 V4測(cè)點(diǎn),是最大壩高處,最大沉降量108mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 2.7mm。V4測(cè)點(diǎn)兩側(cè)上、下游方向沉降量逐漸減小;(2)從 V1～V6測(cè)點(diǎn)沉降過(guò)程線看出,壩體沉降量隨填筑高度增加而增大,填筑至 810m高程停止后,測(cè)點(diǎn)沉降明顯減小,沉降過(guò)程線逐漸趨于平緩。在此期間,810m臨時(shí)斷面下游側(cè)沒(méi)有填筑,在該范圍內(nèi)的 V7、V8、V44、V45、V46測(cè)點(diǎn) ,上部填筑高度為 10m,頂面高程為 770m,87天內(nèi)的實(shí)測(cè)沉降量均小于 20mm。

圖 3 DAM0+251.0m監(jiān)測(cè)斷面 EL.760.0m高程各測(cè)點(diǎn)沉降過(guò)程線

圖 4 2003年12月31日DAM 0+251m斷面大壩沉降分布

5 二期填筑沉降監(jiān)測(cè)

2004年2月開(kāi)始,二期斷面自 770m高程開(kāi)始向上填筑,2004年8月10日填筑至 850m高程,二期斷面填筑結(jié)束,上游斷面填筑高度 80m。

二期填筑至 790m高程分為兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行,V47測(cè)點(diǎn)以前 2004年3月8日填筑至 790m高程,然后安裝 V 12～V15、V47五個(gè)測(cè)點(diǎn),并在 0-67.0m處設(shè)置臨時(shí)觀測(cè)房。V47測(cè)點(diǎn)以后 2004年5月3日填筑至 790m高程,安裝 V48、V 49兩個(gè)測(cè)點(diǎn),并在壩后設(shè)計(jì)位置修建永久觀測(cè)房。DAM0+251m斷面壩體沉降量及沉降過(guò)程線見(jiàn)圖5及圖 6。

圖 5 2004年8月8日DAM 0+251m斷面壩體沉降分布

圖 6 DAM 0+251.0m監(jiān)測(cè)斷面 EL.790.0m高程各測(cè)點(diǎn)沉降過(guò)程線

從本期監(jiān)測(cè)中得出:(1)760m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V 6測(cè)點(diǎn)上,沉降量由 58mm增加到343mm,增加值為 285mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 3.56mm;(2)790m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V14測(cè)點(diǎn)上,沉降量為 427mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 7.12mm;(3)820m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V18及 V19測(cè)點(diǎn)上,沉降量為84mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 2.8mm;(4)壩后斷面從 2004年6月20日起停留在 800m高程,49天沒(méi)有填筑,V48、V49測(cè)點(diǎn)沉降量均小于 20mm;(5)各測(cè)點(diǎn)沉降量隨壩體填筑高度的增加而增大,沉降過(guò)程為前期沉降較快,隨著上部壩體升高和時(shí)間的推移,底部測(cè)點(diǎn)的沉降逐漸減緩;(6)在同一高程中,測(cè)點(diǎn)上方填筑高度越大沉降就越大;(7)壩軸線位置及已完壩高約 1/2處的V14測(cè)點(diǎn),沉降量最大,達(dá) 427mm,占施工期總沉降的 48%。

6 三期填筑沉降監(jiān)測(cè)

6.1 壩后 800m～850m高程填筑期

2004年8月24日,下游側(cè)從 800m高程開(kāi)始填筑,2005年1月30日填筑至 850m高程,填筑高度 50m,沉降量增加值分布圖及沉降量增加值見(jiàn)圖 7及表 2。

圖 7 2005年1月30日DAM0+251m斷面三期填筑壩體沉降量增加值分布

表 2 三期 850m以下填筑沉降增加值 單位:mm

從本期監(jiān)測(cè)中得出:(1)本期最大沉降增加值為 296mm,出現(xiàn)在 V50測(cè)點(diǎn)上,是本期最大填筑高度處;(2)填筑區(qū)及下游側(cè)壩體比上游非填筑區(qū)沉降增加值大得多,引起了較大的不均勻沉降,820m、790m高程最大不均勻沉降值達(dá)229mm,而平均值為 120mm,使上游先期填筑的壩體上部向下游傾斜。

6.2 850m～880m高程填筑期

2005年2月1日開(kāi)始?jí)误w全斷面向上填筑,2006年6月16日達(dá) 880m高程,填筑高度 30m。沉降量增加值分布圖及沉降量增加值見(jiàn)圖 8及表3。

圖 8 DAM0+251m斷面 850m～880m高程填筑壩體沉降增加值分布

表 3 三期 880m以下填筑沉降增加值 單位:mm

從本期監(jiān)測(cè)中得出:(1)壩體上部沉降比下部大,850m沉降值 ＞820m沉降值 ＞790m沉降值＞760m沉降值;(2)820m高程平均沉降量是施工期(至 04年9月底蓄水前止)平均沉降量的50%,850m高程平均沉降量是施工期平均沉降量的90%。

7 施工期總沉降量

施工期總沉降量分布見(jiàn)圖 9及圖 10,從圖中得出:(1)施工期總沉降量最大值發(fā)生在 790m高程,約為壩高的 1/3處,最大沉降量為 886mm,為最大壩高的 5.7‰;(2)壩軸線位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐漸變小;(3)各高程測(cè)點(diǎn)沉降量的平均值大小依次為 790m＞820m＞850m＞760m;(4)上游坡面墊層料及過(guò)渡料沉降量總體上上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。

8 測(cè)點(diǎn)上方每填筑增高 30m對(duì)沉降的影響

以 DAM0+251m斷面壩軸線上的測(cè)點(diǎn) V7、V14、V20、V25為樣本,分析測(cè)點(diǎn)上方壩體填筑對(duì)其沉降影響的程度 ,表 4為 V7、V14、V20、V25上方每填筑增高 30m的沉降量增加值。

表 4 測(cè)點(diǎn)上方每增高 30m沉降量增加值 單位:mm

9 沉降率

從沉降過(guò)程線可以看出,測(cè)點(diǎn)的沉降量是隨著上方壩體的填筑高度增加而增大。壩體上方停止填筑時(shí)段內(nèi),沉降過(guò)程線明顯平緩得多,沉降量急驟減小,并逐步收斂,壩體發(fā)生蠕變。為了分析沉降量占填筑高度的比例關(guān)系,用沉降率(沉降量 /填筑高度)來(lái)說(shuō)明。下面(表 5)以 DAM 0+251m斷面壩軸線上的測(cè)點(diǎn) V7、V14、V20、V 25為樣本,分析測(cè)點(diǎn)的沉降率(未計(jì)壩體蠕變沉降量)。

表 5 V7、V 14、V20、V 25測(cè)點(diǎn)沉降率

10 上游臨時(shí)斷面預(yù)沉降期

一、二、三期上游臨時(shí)斷面預(yù)沉降期分別為3.5個(gè)月、2.5個(gè)月及 3.5個(gè)月,各期上游臨時(shí)斷面預(yù)沉降期沉降量見(jiàn)表 6。

表 6 預(yù)沉降期沉降量(最大沉降值/平均值) 單位:mm

從表 6中得出:(1)臨時(shí)斷面頂部水準(zhǔn)測(cè)量顯示,一期上游臨時(shí)斷面頂部預(yù)沉降最大值為28mm,平均值為 22.5mm。二期上游臨時(shí)斷面頂部預(yù)沉降最大值為 66mm,平均值為 39.2mm,比一期增加約 1倍;(2)在同期中,上部沉降比下部大,即 850m＞820m＞790m＞760m。

11 結(jié)論

(1)測(cè)點(diǎn)沉降量隨壩體填筑高度的逐步增加而逐漸增大。同一高程測(cè)點(diǎn),上方壩體填筑高度越大,測(cè)點(diǎn)沉降量越大;測(cè)點(diǎn)上方 30m～90m范圍內(nèi)壩體填筑時(shí),對(duì)該測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的沉降增加值最大;(2)壩體沉降率上部大于下部,最大為 850m監(jiān)測(cè)高程,其次為 820m高程,第三為 790m高程,最小為 760m高程。820m高程與 790m高程的沉降率相差不大。(3)上游坡墊層料及過(guò)渡料總沉降量總體上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。(4)壩軸線位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐漸變小。(5)各高程測(cè)點(diǎn)沉降量的平均值大小依次為 790m＞820m＞850m＞760m。(6)施工期總沉降量最大值發(fā)生在 790m高程壩軸線上的 V14測(cè)點(diǎn),約為壩高的 1/3處,同時(shí) 790m高程的平均沉降值也最大。