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双沟面板堆石坝蓄水期坝内水平位移分析

2014-03-23曲大力薛立梅

东北水利水电 2014年10期
关键词:堆石堆石坝蓄水

曲大力,薛立梅

(1.松辽水利委员会,吉林 长春 130021;2.中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

双沟面板堆石坝蓄水期坝内水平位移分析

曲大力1,薛立梅2

(1.松辽水利委员会,吉林 长春 130021;2.中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春 130021)

双沟混凝土面板堆石坝的水平位移采用弦式土体位移计进行监测。文章结合双沟混凝土面板堆石坝工程,通过对水平位移数据进行系统的分析和比较,分析了堆石坝在蓄水前后水平位移的变化规律,提出大坝工程蓄水期安全运行的合理建议,为同类工程提供了有益的参考。

弦式土体位移计;混凝土面板堆石坝;水平位移

混凝土面板堆石坝以其安全性、经济性、适应性较优,并能解决开挖堆渣问题等优势,在我国发展很快。坝体内部水平位移观测是堆石坝安全监测的一个重要监测项目,对于评价坝在蓄水前后的水平位移变化,监测大坝运行状态都很重要。

1 工程概况

松江河梯级水电站位于吉林省东南部山区抚松县境内的漫江及松江河上,梯级电站由小山、双沟、石龙 3 座水电站,以及松山、三道松江河 2 个引水工程组成。

双沟水电站为松江河梯级电站第二级电站,坝址位于吉林省抚松县境内的松江河上。枢纽工程由混凝土面板堆石坝、岸坡溢洪道、引水系统及发电厂房等建筑物组成。水库死水位 567.00 m,正常蓄水位 585.00 m,设计洪水位 586.58 m,校核洪水位 588.56 m,相应最大入库流量 5 766 m3/s,最大出库流量 5 000 m3/s。水库有效库容 1.47×108m3,水库总库容 3.88×108m3,为多年调节水库。

混凝土面板堆石坝最大坝高 110.50m,坝顶长294 m,坝顶宽度 10 m,坝顶高程为 590 m。坝体填筑为全断面填筑,堆石区填筑料绝大部分是中侏罗系鞍山岩。大坝主堆石体于 2005 年 10 月开始填筑,2009 年 7 月填筑至坝顶高程。

2 土体位移计的布置

在堆石体上沿上下游方向挖出一个窄而平的沟,将土体位移计的传感器放入沟中,可用于测量坝体的水平位移。

放入传感器后,填入已去掉粒径大于 20 mm石块的填土。在底部为法兰留出一个凹槽,以保证传感器相对平直。填土时的传感器以上的最初用手压实,之后才用通常方法填压。土体位移计的传感器固定在一个法兰端,法兰连接处能自由滑动。通过一定长度的传递杆连至另一个法兰端。传感器和传递杆外套一根给定长度(仪器长度)的塑料保护管来固定2个法兰端,确保连杆固定不动。土体位移计的观测电缆与沉降仪的观测电缆穿在同一个保护管内引入下游观测房。

测点的布设以上游主堆石为主,下游次堆石区为辅的原则布设。选择坝下游以 514,539,564 m的 3个高程马道所在作为监测高程,顺流向布设 3条测线。共布置弦式土体位移计 13套。仪器为进口基康仪器公司的 GK-443 型,量程20 cm,精度0.5%F.S。在监测断面所对应的下游马道的不同高程上建观测房,观测房采用全内嵌结构,在观测房的外边设置外部监测墩,使内部监测与外部监测联系起来。仪器的电缆与管路均引至下游相应高程的观测房内。

3 分层水平位移分析

1)位移计算说明。国内多数工程受现场施工条件限制,往往施工期外部变形观测投入运行的时间较晚,与堆石体内部观测不能同步进行,使得内部变形观测无法获得外部的基准,此工程也是如此。因而内部变形观测位移值的计算,以较为合理的相对值来计算。

根据堆石坝水平位移变化的一般规律,同时由于埋设仪器为全断面埋设,主堆与次堆石区全部填筑完成,坝轴线处测点的水平位移接近为零,由此计算上下游各水平位移测点的位移近似于接近测点处的绝对位移,土体位移计计算原理图,见图 1。

由于相邻各点沉降的差值不大,由此带来的测杆长度的变化忽略。

各点水平位移计算如下:

S1=△1+△2+△3 (1)

S2=△2+△3 (2)

S3=△3 (3)

S4=0(假定) (4)

S5=△4 (5)

S6=△4+△5 (6)

S7(观测房)=△4+△5+△6 (7)

位移正负号规定:向下游为正;向上游为负。

2)514 m 高程水平位移过程曲线分析。由图 3可知,在 2009 年 9 月 21 日开始蓄水,蓄水后 H 1-01,H 1-02,H 1-03 水平位移随着水位的升高向下游变化,而 H 1-05,H 1-06、测站向上游略有变化。各支仪器的水平位移变化规律性较强。自2010 年 5 月 1 日水位达到最高后水平位移也趋于平稳变化。

图1 土体位移计计算原理图

图2 514 m 高程水平位移测值过程曲线

图3 539m 高程水平位移测值过程曲线

3)539 m 高程水平位移过程曲线分析。由图 3可知,测点 H 2-01 和 H 2-02 两点的变化规律基本相同,只是位移值不同,测点 H 2-03,H 2-04 及EL539 测站水平位移则很小。从 2009 年 9 月 21 日开始蓄水后,H 2-01 和 H 2-02 位移向下游,自2010 年 5 月 1 日水位达到最高后水平位移也趋于平稳变化。

图4 564m 高程水平位移测值过程曲线

4)564 m 高程水平位移过程曲线分析。由过程线图4可知,该高程测线的各水平位移的变化规律与 514 m 高程测点完全一致,只是量值相对较小。自 2010 年 5 月 1 日水位达到最高后水平位移也趋于平稳变化。

表1 上游面测点水平位移变幅统计表

5)变幅统计表。H 1-01(高程 514)、H 2-01(高程 539)、H 3-01(高 程 564)变 幅变 化 明显,随 着高程升高变幅变小,变化规律符合大坝变形规律。

4 结论

1)大坝蓄水过程中,水平位移随着水位的升高向下游变化,靠近上游面的测点测值变幅变化大。

2)水平位移测值变幅随着高程的升高而减小。

[1]吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用[M].南京:河海大学出版社,1990.

[2]赵志仁.国外大坝安全监测及资料分析技术综述[J].水利水电技术,1988(5).

[3]张进平.大坝安全监测决策支持系统的开发.中国水利水电科学研究院学报[J].2003,1(3).

[4]郦能惠.土石坝安全监测分析评价预报系统[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

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1002-0624(2014)10-0057-02

2014-01-15

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