某混凝土面板堆石坝观测资料分析

唐红霞

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

某水库混凝土面板堆石坝主体工程于1999年3月5日开工,2000年9月19日开始面板浇筑,2002年1月工程基本建成,2002年2月2日通过蓄水验收,并于2002年2月4日下闸蓄水,2002年3月25日蓄至正常水位。大坝坝顶高程561 m,上下游坝坡均为1∶1.3,最大坝高87.0 m。面板顶端最小厚度0.3 m,底端最大厚度0.5 m,中间采用渐变方式过渡。为了了解面板堆石坝在沉降、位移、渗流等方面的变化特征,设置了坝体内部沉降、坝体表面沉降及水平位移、周边缝位移和渗流量等观测项目。

1 观测设备布置

具体观测项目有埋设在堆石体内部的水管式沉降仪的沉降观测、面板周边缝上的三向及二向测缝计的变形观测、防浪墙顶及下游马道上的表面观测标点的位移观测、大坝的渗流量观测。

大坝外部变形观测包括垂直位移观测和横向水平位移观测,该两观测项目共用同一观测点,共设11个观测点,其中位于下游坝面540 m马道上有6个(SL3-1～SL3-6),位于520m马道上有3个 (SL2-1～SL2-3),位于500 m马道上有2个 (SL1-1～SL1-2)。

水管式沉降仪埋设于坝体内部堆石体中,其中498.5 m高程上埋设4支 (SG1、SG2、SG3和SG4)、518.5 m高程上埋设4支 (SG5、SG6、SG7和SG8)和538.5 m高程上埋设2支(SG9和SG10)。面板周边缝上的三向测逢计共设5组,其中左岸 3组 (SJ4、SJ5和 SJ6),右岸 2组 (SJ1和SJ2)。另外,在河床段埋设面板周边缝二向测缝计(SJ3)。

2 水管式沉降仪观测资料分析

498.5 m高程上的4支水管式沉降仪SG1、SG2、SG3和SG4于2000年7月14日埋设完成,位于518.5m高程上的4个水管式沉降仪SG5、SG6、SG7和SG8于2000年11月2日埋设完成,538.5 m高程上的2个水管式沉降仪SG9和SG10于2001年4月7日埋设完成,自埋设之日起沉降仪即开始观测。

(1)水库蓄水前的沉降是由于坝体压实和堆石体的材料流变所引起的。在同一高程的各沉降测点中,沉降最大的均为位于坝轴线上的测点,符合大坝变形规律。水库蓄水前最大沉降发生在518.5 m高程 SG7测点,实测值为30.54 cm(2002年2月3日测得),由于该测点位于坝轴线附近,堆石层最厚,其变形最大属于正常现象,该值占最大坝高(87 m)的0.35%。根据国内外面板堆石坝的监测统计结果,施工期正常沉降量常为坝高的0.1%～0.45%[1],本工程蓄水前沉降量在此范围内。

(2)水库蓄水后,由于受库水压力作用,各测点的沉降增速加快,特别是在2002年2月4日下闸蓄水,到2002年3月25日蓄至正常蓄水位的这段时间里,库水位急剧上升,沉降增速更快。同一高程上的各测点,沉降增量最大的均为位于面板垫层处的测点。位于垫层处的3个测点(SG1、SG5和SG9)蓄水期的沉降量占目前总沉降量的20%、45%和28%。位于518.5 m高程处的SG5测点,蓄水后的沉降增量为9.82 mm,是大坝蓄水后的最大沉降增量,该值占最大坝高(87 m)的0.011 3%,国内外面板堆石坝蓄水期的沉降约为一般坝高的0.03%～0.21%[1],本工程蓄水期的沉降量低于此范围。

(3)大坝运行至今,同一高程的各测点沉降量最大值均位于坝轴线上,所有测点中最大沉降量为位于518.5m高程SG7测点测得,最大值为34.22 cm,占最大坝高(87 m)的0.39%,该值在正常范围内。该测点蓄水前沉降量为30.54 cm,占总沉降量(34.22 cm)的89%,大部分沉降发生在蓄水前,符合大坝变形一般规律。

3 表面沉降观测资料分析

大坝表面沉降位移从2002年2月1日开始观测。坝体表面各测点垂直位移最大值均发生在观测期末,位于500.0 m、520.0 m和540.0 m马道上测点测值依次增大,最大值出现在540.0 m马道上的SL3-3测点处。

坝体表面沉降最大值为65 mm(SL3-3处),占最大坝高 (87 m)的0.07%,根据国内外面板堆石坝的监测统计结果,运行期正常沉降量常为坝高的0.03%～0.21%,本工程沉降量在正常范围之内[2]。

4 表面水平位移观测资料分析

大坝表面沉降位移从2002年2月1日开始观测。坝面各测点水平位移均朝下游变形,主要是由于水荷载作用引起。同一高程处的各测点,河床段水平位移要大于两岸段。这些特点均符合大坝表面水平位移的一般规律。

大坝表面水平位移最大值为22.5 mm(位于SL2-1测点处)(见表1),该值在正常范围内[2-4]。

表1 各测点最大值分析

5 周边缝测缝计观测资料分析

周边缝测点位移的符号规定如下:开合度(x向变形)以张拉为正,剪切位移 (y向变形)以左侧坐标板下滑为正,沉降(z向变形)以面板下沉为正。

各三向测缝计安装示意图如图1所示。在x向为正值(面板受拉),位于右岸的SJ1、SJ2两测缝计在y向为负值(面板向下游切错),位于左岸的SJ4～SJ6 3支测缝计在y向为正值(面板向下游切错),各测缝计在z向均为正值(面板下沉)。从三向测缝计反映出的位移方向来看,符合大坝在蓄水后的面板变形特点。

图1 三向测缝计安装示意图

从三向测缝计测值来看,各测缝计在x方向张开变形最大值为7.45 mm,发生在SJ4测点 (2003年4月26日测得);在y方向剪切变形最大值为10.6mm,发生在SJ5测点(2003年6月12日测得);在z方向沉降变形最大值为69.34 mm,发生在SJ5测点 (2003年6月12日测得)。

二向测缝计SJ3位于河床段,主要测周边逢开合度(x向变形)和面板下沉(z向变形),水库蓄水以后,SJ3二向测缝计x向张开,z向下沉,两向变形均较稳定。x向最大值为5.72 mm(2004年9月11日测得),z向最大值为12.85 mm(2004年7月21日测得),变形量在正常范围之内[2～4]。

6 渗流量观测资料分析

在离下游坝脚不远处设混凝土量水堰,从2002年2月9日开始观测堰上水头,由堰上水头计算渗流量。

选择当日的渗流量和库水位进行逐年一元二次回归分析,回归模型如下:

上式中:Q为总渗流量(L/s),H为当天库水位(m),A、B、C为系数。

回归系数见表2所示。

表2 渗流量逐年回归系数

水库运行至今,日平均库水位为538.73 m,根据上述模型求得在该水位下历年渗流量,如图2所示。从图来看,渗流量逐年减小,到目前已稳定下来,且在2009年大坝渗流量仅为3.60 L/s,大坝防渗效果较好。

图2 逐年渗流量过程线图

7 结 论

(1)蓄水前坝内垂直位移最大值位于坝轴线上,最大值为30.54 cm(SG7测点,2002年2月3日测得)占最大坝高 (87 m)的0.35%。蓄水后最大沉降增量为9.82 mm,位于518.5m高程处的SG5测点。大坝运行至今,坝内总沉降量最大值位于坝轴线上,最大沉降量为34.22 cm(SG7测点测得),蓄水前沉降量为30.54 cm,占总 沉降量 (34.22 cm)的89%,大部分沉降发生在蓄水前。

(2)坝体表面各测点垂直位移最大值为65 mm(位于540.0m马道上的SL3-3测点处),占最大坝高(87 m)的0.07%,根据国内外面板堆石坝的监测统计结果,运行期正常沉降量常为坝高的0.03%～0.21%,本工程沉降量在正常范围之内。

(3)坝体表面各测点水平位移均朝下游变形,最大值为22.5 mm(位于SL2-1测点处),该值在正常范围之内。

(4)各周边缝测缝计在水库蓄水以后,变形趋势随水位变化规律性较好,各测逢计变形趋势正常。大坝蓄水后周变缝有所张开,面板向下沉降,面板工作正常。

(5)渗流量逐年减小,到目前已稳定下来。经回归分析,在库水位为538.73 m时,2009年的渗流量仅为3.60 L/s,大坝防渗效果较好。

(6)从大坝各项观测成果分析来看,目前大坝运行正常。

[1]郭震,朱岳明,肖志乔.溪口蓄能电站上库面板堆石坝观测资料分析 [J].红水河,2004(1):52-63.

[2]国家电力公司.DL/T 5016—1999混凝土面板堆石坝设计规范[S].北京:中国电力出版社,2000.

[3]水利部,电力工业部.SL 60—94土石坝安全监测技术规范[S].北京:水利水电出版社,1994.

[4]赵魁芝,李国英,沈珠江.天生桥混凝土面板堆石坝面板原型观测资料分析[J].水利水运工程学报,2001(3):38-44.