楊光偉,馬 耀,胡永勝

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

2008年5月12日14時28分四川汶川發(fā)生Ms=8.0級地震,位于震中或震中附近的一些水電站主體結(jié)構(gòu)受損輕微,次要結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)受到了一定程度的破壞和局部嚴(yán)重震損,經(jīng)修復(fù)后能恢復(fù)正常發(fā)電。這些電站經(jīng)受了這次特大地震考驗,沒有因電站受損增加損害和帶來次生災(zāi)害,部分電站設(shè)施和電站水庫在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了較大作用。

我國西南地區(qū)水能資源十分豐富,水電資源的開發(fā),有很多工程采用低閘引水式開發(fā)方式,大多涉及到在深厚覆蓋層上修建閘壩的問題。河谷深厚覆蓋層,一般指堆積于河谷之中,厚度大于 30m的第四系松散沉積物。岷江、大渡河等河流的上游及一些支流河床覆蓋層較為深厚,一般深達 40～70m,有的甚至深達百米以上,而且河谷深厚覆蓋層成因類型復(fù)雜,地質(zhì)性質(zhì)復(fù)雜,分布規(guī)律性差,結(jié)構(gòu)和級配變化大,物理力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)較大的不均勻性。深厚覆蓋層這種復(fù)雜的不良地基條件給水利水電工程設(shè)計和施工帶來了一定的困難。根據(jù)建閘地區(qū)實際情況,各工程防滲設(shè)計及基礎(chǔ)處理的方案均有各自的特點。表1列出了四川省內(nèi)已(在)建在深厚覆蓋層上的部分閘壩的情況。

從表1可以看出,由于覆蓋層深度較大,四川省內(nèi)大多數(shù)建在深厚覆蓋層上的閘壩大多采用以垂直防滲為主、水平鋪蓋防滲為輔的防滲方案,在基礎(chǔ)軟弱層的處理方案上則采用了混凝土置換、固結(jié)灌漿、振沖處理等多種手段。本文類比了岷江、瓦斯河、南椏河上的已建電站設(shè)計和運行情況,重點對這次離震中較近且震損輕微的福堂水電站的閘基處理設(shè)計和運行情況進行介紹。

表1 四川省內(nèi)建在深厚覆蓋層上的部分閘壩

2 已建類似工程的實施情況

2.1 映秀灣水電站

映秀灣水電站位于岷江上游阿壩藏族羌族自治州汶川縣映秀鎮(zhèn),為逕流引水式,引水河段長約6.0km,攔河閘長 156m,寬 25m,高 19.9m,總裝機容量 135MW,額定水頭 54m。河床底部(第四系)堆積物屬多種成因,組成上疊式結(jié)構(gòu)。自下而上可分 7層,與建筑物關(guān)系密切的是第②、④層細粉砂層和第③、⑦層漂卵石層,其中①、③、⑤、⑦層為漂卵石,②、④層主要為粉、細沙,⑥層為右岸臺地的耕作土。閘基覆蓋層最大深度 45m,基礎(chǔ)防滲采用鋼筋混凝土鋪蓋加懸掛式混凝土防滲墻。

閘壩建成 30多年來,一直運行良好。根據(jù)《安全檢查綜合報告》,對映秀灣水電站的觀測資料系列采用“灰色—回歸—AP(P)模型”進行計算分析,結(jié)果表明,映秀灣攔河閘的垂直位移的 V值在 -1.60～0.25mm之間,水平位移的后排 V值在 -1.60～0.10mm之間,前排 V值較后排略大,但都在3～4mm以下,考慮到建在軟基上閘壩的沉降是可以接受的,而且絕對值很小,攔河閘的垂直位移、水平位移已基本穩(wěn)定;4個測孔的最大實測揚壓力測壓管水頭值分別為 939.60m、939.54m、939.55m和939.64m,計算表明,其系列趨勢都不明顯,趨勢線已近水平,揚壓力值在設(shè)計的允許范圍內(nèi);防滲墻上游距河床較近的測孔與河水位接近且低于河水位,而防滲墻兩測的兩個測孔,一個距河床較遠,一個距河床較近,近者接近并低于河水位,較遠者低得更多,兩孔相距 72m,V值極差僅 3.5m,平均坡降僅0.0486,說明繞壩滲流基本穩(wěn)定且不會發(fā)生滲透破壞;在防滲墻下游的各個測孔水位趨勢量在 935.72～936.50m之間,均遠低于閘前水位,僅比護坦板面略高,測壓管水位均緩傾向下,傾角很小,防滲措施效果一直良好,沒有發(fā)生滲透破壞,說明在壓重情況下地基土中的滲透允許坡降大大提高。

2.2 太平驛水電站

太平驛水電站位于四川省汶川縣境內(nèi),系岷江上游河段第二個梯級電站,距成都市約 97km。電站裝機容量260MW。電站閘壩建于雙層地基上,深部Ⅰ、Ⅱ?qū)訛閺娡杆畬?上部ⅢI、Ⅳ層主要為弱透水地基,閘基滲漏主要是通過Ⅰ、Ⅱ?qū)拥臐B漏。閘壩設(shè)計滲壓水頭 39m,采用水平鋪蓋防滲。

經(jīng)過多次論證和咨詢,以及現(xiàn)場大型原狀土滲透試驗,得出相對隔水層(第Ⅲ層)內(nèi)允許坡降值可大幅提高到 1.1～1.3。

根據(jù)《安全檢查綜合報告》,分析近幾年的運行情況和運行后地下水位跟蹤的監(jiān)測成果,以及對該電站運行后的定期復(fù)核、檢查和論證的結(jié)果表明:閘壩安全系數(shù)和基礎(chǔ)應(yīng)力與設(shè)計成果基本相當(dāng),閘體變形量在設(shè)計允許范圍內(nèi),變化規(guī)律正常,均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求;據(jù)監(jiān)測成果分析,沒有發(fā)現(xiàn)防滲措施失效,閘基下的滲透壓力變化在正常范圍內(nèi);觀測數(shù)據(jù)分析得出上游鋪蓋、閘室底板、下游護坦的滲透坡降分別為 0.7、0.06、和 0.16,均小于設(shè)計允許坡降;三維滲流反演計算分析表明,通過閘軸線剖面的總滲透流量約 0.1m3/s,鋪蓋前第Ⅲ層內(nèi)最大坡降值為0.52,滲透量、滲透坡降均在修正允許值范圍內(nèi);閘基滲壓系數(shù)一般小于 0.1,最大處為 0.24,低于 0.4的設(shè)計值,說明閘基揚壓力值小于設(shè)計值;鋪蓋測縫計測值穩(wěn)定,一般開度小于 2mm,個別縫隙達到4.73mm,但不足以破壞止水,表明上游鋪蓋運行正常。

2.3 南椏河三級電站

南椏河三級電站攔河閘最大高度 21m,閘底寬25m,閘頂高程為 1370.00m,閘軸線長 162.89m,電站裝機容量 120MW。閘基礎(chǔ)右岸為灰白色中粗花崗巖,河床左岸階地均為漂卵石、碎石夾沙的覆蓋層,厚度在 15～28m之間。攔河閘基礎(chǔ)防滲處理主要采用了全封閉式的垂直防滲方案,即用混凝土防滲墻切穿第四紀(jì)沖積層直至基巖。

經(jīng)運行后的原型觀測分析,各實測揚壓力均小于設(shè)計工況時揚壓力,且 20年來的測值不變,說明防滲墻防滲效果好,防滲設(shè)施運行一直正常。所有測壓孔的實測滲透壓力都低于設(shè)計值,閘基的滲流滲壓正常。繞壩滲流測壓孔的水位正常,繞壩滲流在正常范圍內(nèi)。

閘體的水平位移符合一般規(guī)律,河床閘段位移大,靠近兩岸的閘段位移小,最大位移為 3～4mm。閘體的水平位移受空氣溫度和時效共同影響,庫水位是次要因素。閘頂垂直位移符合一般規(guī)律,呈周期變化,夏季向上位移,冬季向下位移。從統(tǒng)計值看,垂直位移的分布規(guī)律是閘體中間大,兩岸附近小,冬季壩體中間沉降一般為 3～4mm,兩端為 1～2mm,夏季壩體中間沉降量為 1～2mm,兩端為 0～1mm?？傮w上垂直位移分布較均勻,符合垂直變形的一般規(guī)律,沒有異?，F(xiàn)象。

2.4 小天都電站

小天都電站于瓦斯河龍洞村建閘,右岸引水至日地建廠發(fā)電,下游尾水與已建冷竹關(guān)電站水庫水位相接,電站裝機容量 240MW。閘址區(qū)河床覆蓋層最大厚度 96m,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,閘址覆蓋層主要為③、⑤層冰水堆積層、④層湖相堆積層和⑥層沖積堆積層,③、⑤、⑥層透水性中～強,④層透水性中～微,可視為天然相對隔水層,厚 6.8～31m。閘基防滲措施采用了混凝土防滲墻垂直防滲與水平鋪蓋防滲相結(jié)合的措施。

各層平均層內(nèi)比降值小于相應(yīng)的允許比降值,最大比降發(fā)生在第②層中靠近防滲墻底部位置。閘底揚壓力較小,接觸滲透比降也比較小,不會對閘室的安全運行產(chǎn)生影響。第④層的滲透系數(shù)相對較小、埋深較深、層厚較厚,是一道天然的水平相對隔水層,因此閘壩基礎(chǔ)在各種工況下的滲透量都很小,不到枯水期多年平均來流量的 0.1%。主要原因是懸掛式防滲墻底部穿過第④層深入第③層,截斷了閘基覆蓋層中相對隔水層以上的主要滲流通道。經(jīng)運行后的原型觀測分析,各實測揚壓力均小于設(shè)計工況時揚壓力,防滲墻防滲效果好。

3 福堂水電站設(shè)計與運行情況

3.1 工程概況

2008年 5月 12日 14時 28分四川汶川發(fā)生 Ms=8.0級地震,導(dǎo)致岷江上游河段山體垮塌,交通中斷,但擋水壩無一潰決,整體穩(wěn)定,福堂水電站位于岷江上游河段,閘首距離本次汶川大地震震中僅 30余公里,屬于本次地震烈度 X度的范圍。

福堂水電站位于四川省阿壩藏族、羌族自治州汶川縣境內(nèi),系岷江上游引水式電站,電站裝機容量360MW,首部樞紐分別由左右岸擋水壩、進水閘、4孔泄洪閘、沖沙閘、溢流壩、排沙閘等建筑物組成,閘頂高程 1270.5m,閘底建基高程 1239.5m,正常蓄水位 1268.0m,壩高 31.0m。電站樞紐為Ⅱ等大(2)型工程,閘壩等主要建筑物為 2級,地震設(shè)防烈度Ⅷ度。首部樞紐布置圖見圖1、圖 2。

閘址處覆蓋層深厚,結(jié)構(gòu)層次較復(fù)雜。河床覆蓋層厚34～92.5m,按其結(jié)構(gòu)、成因和組成,可劃分為 6層,各層巖性見表2。

閘址區(qū)地下水按貯存介質(zhì)的不同分為基巖裂隙水和河床松散堆積層孔隙水兩種類型,前者主要分布貯存于谷坡兩岸及谷底花崗巖風(fēng)化卸荷帶及裂隙、斷層破碎帶內(nèi),后者貯存于河床覆蓋層的①～⑤層中。

閘區(qū)河床覆蓋層是具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的、非均質(zhì)的、各向異性的潛水含水層,②、④層具有相對抗?jié)B作用,①、③、⑤層具有良好的透水性,谷底完整花崗巖是隔水底板。閘基屬多層地基,河床覆蓋層依次呈上疊結(jié)構(gòu),各層滲透性不均一,但仍顯示出⑤≥③≥①≥④≥②層的總體特征。閘基滲漏主要沿中～強滲透層①、③、⑤層和基巖表部風(fēng)化卸荷帶滲漏;閘基②、④層透水性較弱,庫水沿②、④層向下游的滲漏量較小。

閘基①、③、⑤層抗?jié)B強度較低,滲透變形破壞形式以管涌為主。②、④層細粒土與①、③、⑤層粗粒土的滲透系數(shù)相差100倍以上,其接觸面上可能存在接觸沖刷、接觸流土及接觸管涌等問題。由于基礎(chǔ)覆蓋層深厚,如采用全封閉式防滲墻,造價高昂,施工難度也相當(dāng)大,而在基礎(chǔ)中下部存在一層相對隔水層,在一般工程處理措施中應(yīng)優(yōu)先考慮利用將其作為防滲的依托層,以降低工程造價。

3.2 閘基處理及防滲設(shè)計

岷江為長江的一級支流,流量大、泥沙多、覆蓋層深厚是其特點。從20世紀(jì)70年代起,在其干流及支流上先后建成和設(shè)計了一批大中型電站,借鑒性強的是岷江干流上的映秀灣和太平驛水電站,本電站與它們是彼此相接的梯級,均為低閘引水式開發(fā),三級電站中,映秀灣在最下游,福堂在最上游,兩閘址相距約36km。三個梯級電站首部樞紐設(shè)計、引水防沙、泄洪消能布置等具有較大的相似性;從樞紐布置看,福堂與太平驛類同;從閘基地層結(jié)構(gòu)看,福堂更類似于映秀灣,但福堂閘址覆蓋層厚度為映秀灣的兩倍多,其基礎(chǔ)處理及防滲設(shè)計難度更大。映秀灣閘址采用水平鋪蓋加懸掛式防滲墻(墻穿過第②層砂層伸入第①層卵礫石層1～2m)為主的防滲型式,太平驛閘址采用水平鋪蓋加深齒槽的防滲型式。

基于基礎(chǔ)處理各種方案的比較、閘壩基礎(chǔ)滲流的計算結(jié)果、閘壩基礎(chǔ)沉降量的計算結(jié)果以及承載能力計算結(jié)果的綜合分析,參考借鑒已建同流域工程實施情況的經(jīng)驗和監(jiān)測成果、不同流域已建工程的監(jiān)測成果和不同流域類似待建或在建工程大量的計算分析成果,在前階段部分成果及各方意見基礎(chǔ)上,在工程設(shè)計及技術(shù)研究過程中提出了綜合解決閘壩基礎(chǔ)防滲、抗液化和不均勻沉降等問題的處理方案。

3.2.1 基礎(chǔ)處理目的

在水利水電工程中,水對工程的破壞作用是主要的,地表水流的破壞作用常會引起人的注意,也較容易發(fā)現(xiàn);而地下水流的滲流沖刷不易發(fā)現(xiàn),常被忽視,有時一經(jīng)發(fā)現(xiàn)時工程已破壞或不易補救。從調(diào)查資料看,在工程發(fā)生的事故中,滲漏管涌事故所占的比例較多。所以,對滲流的控制尤為重要。

圖1 福堂水電站閘首平面布置

圖2 福堂水電站沿閘軸線剖面

表2 河床覆蓋層地層巖性

滲流控制主要是控制閘壩地基不被滲流沖蝕破壞,或減少漏水,而滲漏水量往往是一個次要問題。降低閘壩地基中的滲壓水頭,減少建筑物基礎(chǔ)下的揚壓力,有利于閘壩等建筑物的穩(wěn)定,從而有效地減小地基中的滲透坡降、滲透流速、滲透力、出逸坡降和接觸坡降等不利因素,達到有效地防止管涌發(fā)生和減少滲透水量的目的。

3.2.2 基礎(chǔ)處理設(shè)計

福堂水電站閘基覆蓋層深厚,結(jié)構(gòu)及組成復(fù)雜,層厚分布變化幅度較大,存在不均勻沉陷問題;同時,第④層砂層埋深較淺,強度指標(biāo)低,在Ⅷ度地震下有可能發(fā)生液化,如采用保留④層砂層方案,因閘底板建基高程最低離砂層頂面僅 2m左右,基礎(chǔ)軟弱面的承載力將存在一定問題,且不均勻變形也會引起一些問題。

為防止施工中基坑排水時可能發(fā)生管涌破壞,在閘壩上、下游進行各 4排、上游深度 8～15m、下游深度 7.0m的固結(jié)灌漿處理,灌漿孔穿過第④層深入第③層約 1m左右;同時,沿鋪蓋齒槽截斷第④層或作局部灌漿處理,封閉第④層,防止第④層可能產(chǎn)生的液化和因液化導(dǎo)致的局部沉降等問題。對取水口和閘基底板基礎(chǔ)范圍下臥的第④層,采取了挖除回填處理,開挖深度至高程 1242.5m和 1239.5m,深入第③層約 0.5m,采用低標(biāo)號混凝土回填。

對鋪蓋右岸⑤層內(nèi)液化厚砂層進行了振沖碎石樁采用密實法進行置換處理,樁間距 2m×2m,樁深2～8m。

原設(shè)計防滲墻位于閘壩前緣,由于施工平臺高程太低,施工降水措施不力,導(dǎo)向槽內(nèi)大量涌水,泥漿固壁失效,槽壁垮塌嚴(yán)重,閘基下部土體遭到嚴(yán)重破壞,防滲墻位置被迫上移到鋪蓋處。由于原防滲墻造孔中回填了大量黏土護壁,槽孔形成不同深度,方量不等的黏土樁及黏土墻,在閘基下形成軟弱夾層。為了徹底清理淤泥、浮渣,對已造孔進行固灌處理,并在灌前進行高壓沖洗,而后在廊道內(nèi)進行了 2次補強灌漿。

3.2.3 閘基防滲設(shè)計

閘基防滲主要解決兩個關(guān)鍵問題:一是滲透流量控制,防止水量的過多損失;二是閘基滲透穩(wěn)定控制,主要是防止閘基土層發(fā)生滲透破壞,保證建筑物的安全。同時也需考慮經(jīng)濟合理的原則。

設(shè)計過程中對閘壩基礎(chǔ)進行了二維和三維滲流分析,通過分析認(rèn)為:

(1)各種組合下的滲流量都很小,約為岷江枯水期多年平均流量的 3‰,滲透損失并不是閘基防滲的重點。

(2)在各層內(nèi)滲透坡降均不大,一般都在允許值內(nèi),但由于水頭損失絕大部分(約 80%左右)消耗在相對隔水層內(nèi),造成了其層內(nèi)坡降值增大,局部超過了地質(zhì)部門建議的允許值 0.25～0.30,但根據(jù)工程類比后認(rèn)為仍可滿足要求?；A(chǔ)出逸坡降為0.023,小于地質(zhì)建議值 0.12～0.15,能滿足要求。

(3)水平鋪蓋防滲長度的敏感性分析表明,大幅增加鋪蓋長度,對滲流成果的改善微弱。因此對有水平相對隔水層的覆蓋層基礎(chǔ),其設(shè)置的鋪蓋長度不宜太長。對福堂水電站鋪蓋長度超過 40m以后的部分重在考慮結(jié)構(gòu)布置需要及抗磨蝕要求,經(jīng)分析后確定,鋪蓋有效長度為 35m。垂直防滲消殺水頭的效果較為明顯,特別是截斷強透水層時能消殺 80%以上的水頭。在一定程度反映出此類基礎(chǔ)以垂直防滲為主、水平防滲為輔的特點。

(4)增加防滲墻墻深對滲透坡降在一定深度范圍內(nèi)有較明顯的改善,但如果深入第①層內(nèi)后則改善作用就不明顯了,所以對于懸掛式防滲墻的深度不宜太深,但防滲墻底的坡降較為集中,為避免對相對隔水層第②層的影響,要求防滲墻深入第①層一定深度。

(5)比較敏感的是第①層與第②層的滲透系數(shù)之比:第②層系相對隔水層,防滲墻穿過第②層深入層厚較深的第①層后,第①層即作為防滲墻的依托,其與第②層滲透系數(shù)的比值較小時對滲流成果坡降值有較明顯的改善。

(6)根據(jù)河床質(zhì)的沉積情況,山區(qū)河流呈現(xiàn)多層性地基較多。對于沉積層次明顯的成層地基和帶有連續(xù)或不連續(xù)的多層隔水或不隔水夾層,其水平透水性遠大于垂直向的透水性,故宜優(yōu)先采用垂直防滲截斷靠近地面的強透水層。這種方式遠勝于水平防滲的效果,同時可采用一定的水平防滲作為輔助性防滲措施,在下游采取一些排水、反濾措施。這種以垂直防滲為主,與水平防滲和排水、反濾措施相結(jié)合的綜合防滲方式,對呈多層性地基的防滲效果是顯著的。

通過分析比較,福堂電站閘壩最終采用以下防滲方案:針對福堂電站滲流計算中反映出基礎(chǔ)地層內(nèi)的坡降較大,盡可能以不液化的相對隔水層作為防滲依托層,采用防滲墻深入第①層內(nèi)上部的方案,墻底高程在 1205m左右,鋪蓋有效長度確定為35m。同時,為避免水流入滲淘蝕,在鋪蓋上游端增設(shè)淺齒槽防護;在護坦底部,鋪設(shè)級配良好的反濾料,結(jié)合防沖要求及解決淺埋深的第④層砂層液化問題,在護坦末端設(shè)置防沖深齒槽,齒槽深度 9m。

3.2.4 閘基沉降變形計算

福堂電站閘基深厚砂卵石覆蓋層中分布有②、④兩層粉砂土,砂土厚薄差異大,彈性模量值低,而且覆蓋層沿閘基縱橫向分布變化較大,建閘后基礎(chǔ)可能產(chǎn)生較大沉陷量及沉降差,造成閘室之間、閘室與擋水壩間、閘室與鋪蓋及護坦之間的錯動,進而危及閘壩的安全。

在覆蓋層厚度變化較大及在邊塊基巖分界處、建筑物分縫處存在沉降差,幅值一般小于 1.5cm;沿閘軸線剖面,沖沙閘、表孔溢流壩和泄洪閘對應(yīng)位置覆蓋層較深、基巖分界坡度較陡,每個閘室段自身沉降差為 0.3～1.5cm,而右岸擋水壩與泄洪閘間,由于受陡峭基巖變化影響,不均勻沉降差為 2.9～3.8cm。塊體沉降差和塊間沉降差均在規(guī)范建議值范圍內(nèi)。

沿河床縱剖面,完建期主要受結(jié)構(gòu)自重不同的影響,各建筑物沉降值在 2.8～5.02cm,相互間的沉降差 1.25～3.8cm;蓄水期主要受水荷載影響,塊體結(jié)構(gòu)沉降值為 1.2～5.26cm,相互之間的沉降差為0.28～1.5cm。沉降差都在規(guī)范建議值范圍內(nèi)。

3.3 運行期閘壩滲流及變形監(jiān)測成果

3.3.1 滲流監(jiān)測

閘壩的滲流監(jiān)測主要通過埋設(shè)在閘基的 19個測壓管進行揚壓力監(jiān)測。測壓管于 2003年 10月29日安裝完畢開始觀測,除蓄水階段發(fā)現(xiàn)安裝于排沙閘和沖砂閘之間的測壓管出現(xiàn)異常和庫水位相關(guān)外,其余測壓管水位均和上游庫水位沒有明顯關(guān)系,而接近或略低于下游水位。此后對有異常部位進行灌漿處理后,該部位測壓管觀測值也趨于正常。河床段觀測揚壓力水頭一般在 11～13m,兩岸受岸坡地下水影響揚壓力水頭略高達到 14～16m。

上游滲透壓力通過防滲體系的折減程度一般用滲壓系數(shù) α表示:

式中 H——測壓管水位;

H上——上游庫水位;

文山州自動區(qū)域站前期數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性不強，文中采用2012年以后的數(shù)據(jù)可靠性較大的站點數(shù)據(jù)進行分析，統(tǒng)計時段不長，統(tǒng)計特征代表性具有一定局限，有待隨著數(shù)據(jù)增加不斷完善提高其可用性。雷電特征僅從雷電次數(shù)和強度方面進行分析，未來有待進一步結(jié)合雷暴和雷擊災(zāi)害等進行風(fēng)險分析為防雷減災(zāi)工作提供更多參考。

H下——下游水位。

通過對近五年的觀測成果分析,閘壩河床壩段的滲壓系數(shù)很小,一般都小于 0.1,閘壩兩岸坡壩段的滲壓系數(shù)較高但一般也只有 0.2～0.3,這說明福堂電站防滲體系的防滲效果明顯。閘基揚壓力中的主要部分是浮托力,河床壩段的滲透壓力較小。

在閘壩兩側(cè)岸坡上還設(shè)置了 8個繞壩滲流測孔,幾年的觀測資料反映繞壩滲流地下水位與庫水位相關(guān)性不大,而與降水關(guān)系密切,說明福堂電站兩岸的防滲帷幕設(shè)置是成功的。

3.3.2 變形監(jiān)測

(1)水平位移。閘壩的水平位移通過設(shè)置在閘頂上的引張線上的測點進行觀測。長時間的觀測成果反映了以下規(guī)律:

位移隨季節(jié)變化,夏季向上游位移,冬季向下游位移。2004年 8～11月測得閘壩向上游最大位移量達到 8mm,此后幾年夏季向上游的位移量均未超過 4.0mm。自有監(jiān)測資料起,冬季閘壩向下游的位移量最大值沒有超過 4mm。

位移的分布,閘壩中部位移大,兩端位移小,最大年變幅也發(fā)生在閘壩中部,2004年 12月之后最大年變幅一般不超過 6mm。

閘壩左、右岸水平位移不對稱,右岸位移大于左岸位移。

通過幾年的監(jiān)測資料分析,閘壩水平位移及相鄰壩段之間的水平位移差均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

(2)垂直位移。閘壩的垂直位移通過設(shè)置在閘首的水準(zhǔn)監(jiān)測線進行監(jiān)測。自 2004年 2月水準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)投入觀測以來,閘壩的垂直位移測值規(guī)律性較好。從位移隨時間變化的規(guī)律來看,表現(xiàn)為冬季沉降量增加,夏季沉降量減少;從分布來看,閘壩中部沉降大,兩岸壩段小。圖 3是福堂電站閘首垂直位移分布圖。從圖中可以看出閘壩最大沉降僅10mm左右,滿足規(guī)范要求。

3.4 結(jié) 論

2008年5月12日14時 28分四川汶川發(fā)生 Ms=8.0級地震,導(dǎo)致岷江上游河段山體垮塌,大中型水電站機組停運,交通中斷,但擋水壩無一潰決,整體穩(wěn)定。福堂水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)岷江上游河段,閘首距離本次汶川大地震震中僅30余公里,屬于本次地震烈度 X度的范圍。在汶川大地震發(fā)生后,壩體主體結(jié)構(gòu)完好,僅附屬結(jié)構(gòu)和一些次要結(jié)構(gòu)受到損害,初步評估福堂水電站閘壩僅為“輕微震損”。地震后福堂閘首所有泄洪閘均能正常開啟,說明閘首變形不大,基礎(chǔ)處理方案的實施是成功的。從目前檢查情況看,基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)未受到明顯破壞,局部經(jīng)加強處理后能恢復(fù)至與震前情況一樣。

圖3 閘首垂直位移分布

從福堂水電站閘壩連續(xù)幾年的運行情況和在“5·12”大地震中的受損情況來看,福堂電閘閘首的防滲設(shè)計和基礎(chǔ)處理方案是安全、可靠、成功的,后期運行中應(yīng)注意加強觀測。

4 幾點認(rèn)識

(1)本文列舉的工程,均系深厚覆蓋層上的閘壩經(jīng)受住了遠超設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的強震考驗,表明采用現(xiàn)行水電工程設(shè)計理論和方法可確保工程安全可靠。

(2)建在西南地區(qū)高山峽谷地區(qū)河流深厚覆蓋層上的閘壩采用以混凝土防滲墻的垂直防滲手段為主、輔以水平覆蓋防滲的方案是可行的。

(3)在水電工程運行過程中,應(yīng)加強基礎(chǔ)滲流和應(yīng)力的監(jiān)測。

(4)加強對水電工程地震監(jiān)測臺網(wǎng)的建設(shè)、運行和管理,強化地震應(yīng)急機制的建設(shè)與管理。