唐紅霞

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

某水庫混凝土面板堆石壩主體工程于1999年3月5日開工,2000年9月19日開始面板澆筑,2002年1月工程基本建成,2002年2月2日通過蓄水驗收,并于2002年2月4日下閘蓄水,2002年3月25日蓄至正常水位。大壩壩頂高程561 m,上下游壩坡均為1∶1.3,最大壩高87.0 m。面板頂端最小厚度0.3 m,底端最大厚度0.5 m,中間采用漸變方式過渡。為了了解面板堆石壩在沉降、位移、滲流等方面的變化特征,設置了壩體內(nèi)部沉降、壩體表面沉降及水平位移、周邊縫位移和滲流量等觀測項目。

1 觀測設備布置

具體觀測項目有埋設在堆石體內(nèi)部的水管式沉降儀的沉降觀測、面板周邊縫上的三向及二向測縫計的變形觀測、防浪墻頂及下游馬道上的表面觀測標點的位移觀測、大壩的滲流量觀測。

大壩外部變形觀測包括垂直位移觀測和橫向水平位移觀測,該兩觀測項目共用同一觀測點,共設11個觀測點,其中位于下游壩面540 m馬道上有6個(SL3-1～SL3-6),位于520m馬道上有3個 (SL2-1～SL2-3),位于500 m馬道上有2個 (SL1-1～SL1-2)。

水管式沉降儀埋設于壩體內(nèi)部堆石體中,其中498.5 m高程上埋設4支 (SG1、SG2、SG3和SG4)、518.5 m高程上埋設4支 (SG5、SG6、SG7和SG8)和538.5 m高程上埋設2支(SG9和SG10)。面板周邊縫上的三向測逢計共設5組,其中左岸 3組 (SJ4、SJ5和 SJ6),右岸 2組 (SJ1和SJ2)。另外,在河床段埋設面板周邊縫二向測縫計(SJ3)。

2 水管式沉降儀觀測資料分析

498.5 m高程上的4支水管式沉降儀SG1、SG2、SG3和SG4于2000年7月14日埋設完成,位于518.5m高程上的4個水管式沉降儀SG5、SG6、SG7和SG8于2000年11月2日埋設完成,538.5 m高程上的2個水管式沉降儀SG9和SG10于2001年4月7日埋設完成,自埋設之日起沉降儀即開始觀測。

(1)水庫蓄水前的沉降是由于壩體壓實和堆石體的材料流變所引起的。在同一高程的各沉降測點中,沉降最大的均為位于壩軸線上的測點,符合大壩變形規(guī)律。水庫蓄水前最大沉降發(fā)生在518.5 m高程 SG7測點,實測值為30.54 cm(2002年2月3日測得),由于該測點位于壩軸線附近,堆石層最厚,其變形最大屬于正?，F(xiàn)象,該值占最大壩高(87 m)的0.35%。根據(jù)國內(nèi)外面板堆石壩的監(jiān)測統(tǒng)計結果,施工期正常沉降量常為壩高的0.1%～0.45%[1],本工程蓄水前沉降量在此范圍內(nèi)。

(2)水庫蓄水后,由于受庫水壓力作用,各測點的沉降增速加快,特別是在2002年2月4日下閘蓄水,到2002年3月25日蓄至正常蓄水位的這段時間里,庫水位急劇上升,沉降增速更快。同一高程上的各測點,沉降增量最大的均為位于面板墊層處的測點。位于墊層處的3個測點(SG1、SG5和SG9)蓄水期的沉降量占目前總沉降量的20%、45%和28%。位于518.5 m高程處的SG5測點,蓄水后的沉降增量為9.82 mm,是大壩蓄水后的最大沉降增量,該值占最大壩高(87 m)的0.011 3%,國內(nèi)外面板堆石壩蓄水期的沉降約為一般壩高的0.03%～0.21%[1],本工程蓄水期的沉降量低于此范圍。

(3)大壩運行至今,同一高程的各測點沉降量最大值均位于壩軸線上,所有測點中最大沉降量為位于518.5m高程SG7測點測得,最大值為34.22 cm,占最大壩高(87 m)的0.39%,該值在正常范圍內(nèi)。該測點蓄水前沉降量為30.54 cm,占總沉降量(34.22 cm)的89%,大部分沉降發(fā)生在蓄水前,符合大壩變形一般規(guī)律。

3 表面沉降觀測資料分析

大壩表面沉降位移從2002年2月1日開始觀測。壩體表面各測點垂直位移最大值均發(fā)生在觀測期末,位于500.0 m、520.0 m和540.0 m馬道上測點測值依次增大,最大值出現(xiàn)在540.0 m馬道上的SL3-3測點處。

壩體表面沉降最大值為65 mm(SL3-3處),占最大壩高 (87 m)的0.07%,根據(jù)國內(nèi)外面板堆石壩的監(jiān)測統(tǒng)計結果,運行期正常沉降量常為壩高的0.03%～0.21%,本工程沉降量在正常范圍之內(nèi)[2]。

4 表面水平位移觀測資料分析

大壩表面沉降位移從2002年2月1日開始觀測。壩面各測點水平位移均朝下游變形,主要是由于水荷載作用引起。同一高程處的各測點,河床段水平位移要大于兩岸段。這些特點均符合大壩表面水平位移的一般規(guī)律。

大壩表面水平位移最大值為22.5 mm(位于SL2-1測點處)(見表1),該值在正常范圍內(nèi)[2-4]。

表1 各測點最大值分析

5 周邊縫測縫計觀測資料分析

周邊縫測點位移的符號規(guī)定如下:開合度(x向變形)以張拉為正,剪切位移 (y向變形)以左側坐標板下滑為正,沉降(z向變形)以面板下沉為正。

各三向測縫計安裝示意圖如圖1所示。在x向為正值(面板受拉),位于右岸的SJ1、SJ2兩測縫計在y向為負值(面板向下游切錯),位于左岸的SJ4～SJ6 3支測縫計在y向為正值(面板向下游切錯),各測縫計在z向均為正值(面板下沉)。從三向測縫計反映出的位移方向來看,符合大壩在蓄水后的面板變形特點。

圖1 三向測縫計安裝示意圖

從三向測縫計測值來看,各測縫計在x方向張開變形最大值為7.45 mm,發(fā)生在SJ4測點 (2003年4月26日測得);在y方向剪切變形最大值為10.6mm,發(fā)生在SJ5測點(2003年6月12日測得);在z方向沉降變形最大值為69.34 mm,發(fā)生在SJ5測點 (2003年6月12日測得)。

二向測縫計SJ3位于河床段,主要測周邊逢開合度(x向變形)和面板下沉(z向變形),水庫蓄水以后,SJ3二向測縫計x向張開,z向下沉,兩向變形均較穩(wěn)定。x向最大值為5.72 mm(2004年9月11日測得),z向最大值為12.85 mm(2004年7月21日測得),變形量在正常范圍之內(nèi)[2～4]。

6 滲流量觀測資料分析

在離下游壩腳不遠處設混凝土量水堰,從2002年2月9日開始觀測堰上水頭,由堰上水頭計算滲流量。

選擇當日的滲流量和庫水位進行逐年一元二次回歸分析,回歸模型如下:

上式中:Q為總滲流量(L/s),H為當天庫水位(m),A、B、C為系數(shù)。

回歸系數(shù)見表2所示。

表2 滲流量逐年回歸系數(shù)

水庫運行至今,日平均庫水位為538.73 m,根據(jù)上述模型求得在該水位下歷年滲流量,如圖2所示。從圖來看,滲流量逐年減小,到目前已穩(wěn)定下來,且在2009年大壩滲流量僅為3.60 L/s,大壩防滲效果較好。

圖2 逐年滲流量過程線圖

7 結 論

(1)蓄水前壩內(nèi)垂直位移最大值位于壩軸線上,最大值為30.54 cm(SG7測點,2002年2月3日測得)占最大壩高 (87 m)的0.35%。蓄水后最大沉降增量為9.82 mm,位于518.5m高程處的SG5測點。大壩運行至今,壩內(nèi)總沉降量最大值位于壩軸線上,最大沉降量為34.22 cm(SG7測點測得),蓄水前沉降量為30.54 cm,占總 沉降量 (34.22 cm)的89%,大部分沉降發(fā)生在蓄水前。

(2)壩體表面各測點垂直位移最大值為65 mm(位于540.0m馬道上的SL3-3測點處),占最大壩高(87 m)的0.07%,根據(jù)國內(nèi)外面板堆石壩的監(jiān)測統(tǒng)計結果,運行期正常沉降量常為壩高的0.03%～0.21%,本工程沉降量在正常范圍之內(nèi)。

(3)壩體表面各測點水平位移均朝下游變形,最大值為22.5 mm(位于SL2-1測點處),該值在正常范圍之內(nèi)。

(4)各周邊縫測縫計在水庫蓄水以后,變形趨勢隨水位變化規(guī)律性較好,各測逢計變形趨勢正常。大壩蓄水后周變縫有所張開,面板向下沉降,面板工作正常。

(5)滲流量逐年減小,到目前已穩(wěn)定下來。經(jīng)回歸分析,在庫水位為538.73 m時,2009年的滲流量僅為3.60 L/s,大壩防滲效果較好。

(6)從大壩各項觀測成果分析來看,目前大壩運行正常。

[1]郭震,朱岳明,肖志喬.溪口蓄能電站上庫面板堆石壩觀測資料分析 [J].紅水河,2004(1):52-63.

[2]國家電力公司.DL/T 5016—1999混凝土面板堆石壩設計規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2000.

[3]水利部,電力工業(yè)部.SL 60—94土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范[S].北京:水利水電出版社,1994.

[4]趙魁芝,李國英,沈珠江.天生橋混凝土面板堆石壩面板原型觀測資料分析[J].水利水運工程學報,2001(3):38-44.