吉勒布拉克堆石坝施工期内部沉降分析

吉宏军，何 焱，张维科，赵 阳，王春树，卞红娟

（1.江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；

2.四川省水文水资源勘测局，四川 成都 610036）

吉勒布拉克堆石坝施工期内部沉降分析

吉宏军1，何 焱2，张维科1，赵 阳1，王春树1，卞红娟1

（1.江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；

2.四川省水文水资源勘测局，四川 成都 610036）

混凝土面板堆石坝施工期的内部沉降观测可通过水管式沉降仪来实现，实时观测数据可用来指导大坝的施工进度和质量控制。以新疆吉勒布拉克水电站混凝土面板拦河大坝为例，介绍水管式沉降仪沉降测点的布置情况，阐述测点基准值的选择及技术指标的要求，根据观测数据，从相同高程处、同一观测断面处、不同沉降时间等几方面分析沉降规律，进行误差分析，并与国内外其他工程进行比较，分析统计结果说明，堆石坝施工期的内部沉降符合一般规律。

混凝土面板；堆石坝； 施工期；内部沉降 ；水管式沉降仪；沉降规律

0 引言

混凝土面板堆石坝造价低，施工相对简单，运行安全可靠，近年来得到了快速发展。混凝土面板堆石坝主要靠面板防渗，如果混凝土面板变形过大，引起开裂，防渗失效，将危及大坝自身安全，因此混凝土面板堆石坝的内部沉降观测很重要。

混凝土面板堆石坝内部沉降观测常用的仪器有：水管式沉降仪、液压式沉降仪和沉降磁环等[1]。国内面板堆石坝内部沉降大多采用水管式沉降仪进行观测。

新疆吉勒布拉克水电站混凝土面板拦河大坝也是通过在坝体内布置水管式沉降仪测点的方法，监测堆石坝体内的实际沉降量，用仪器实测数据分析堆石坝体在施工期的内部沉降变化。

1 沉降测点布置

水管式沉降仪一般水平布置在监测断面内不同高程处，同一高程测线间隔布置多个测点，测线末端布置观测房作为观测基点和场所[2]。

吉勒布拉克水电站大坝内部沉降测点按照布置原则，在大坝 0+ 261.00 m 断面 EL650.000 m 高程约 1/3 坝高处，自上游向下游布置水管式沉降仪测点ES3-8～ES3-1，共 8 支仪器；在大坝 0+ 261.00 m和 0+ 305.00 m 断面 EL686.000 m 高程约 1/2 坝高处，自上游到下游布置了 2 套内部沉降测点 ES2-6～ES2-1 及 ES5-6～ES5-1，共 12 个测点；在大坝0+ 261.00 m 和 0+ 305.00 m 断面 EL720.000 m 高程约 2/3 坝高处，自上游到下游布置 2 套内部沉降测点ES1-4～ES1-1 及 ES4-4～ES4-1，共 8 个测点。大坝内部水管式沉降仪观测点合计 28 个，2 个观测断面位于坝基稳定性相对薄弱的位置，沉降测点的安装位置能较大限度地反映大坝的内部沉降情况，所有测点的安装随着坝体的填筑进行。

2 观测成果

2.1 基准值选择及技术指标

在测点墩施工完成、坝体回填之前，用精密水准仪准确测量测点的安装高程，从而得到出水口高程，即观测房水管内液面高程，并以此作为该水管式沉降仪测点的基准值；坝体回填后尽快完成相应观测房的施工，管路加注专用液体并检查是否正常工作。水管式沉降仪的技术参数满足设计要求，具体技术指标如表1 所示。

2.2 观测数据分析

大坝施工期的沉降是由坝体压实和堆石体的流变引起的。回填土体用振动碾重复振动可使堆石坝的颗粒和块体位置重新排列，堆石体空隙减少，密度增加，并改善物理力学性质，使压缩沉降量降低，强度提高，稳定性增强。

参考相应部位观测房处的沉降观测点，在观测房内测出连通管一个端口的液面高程，便可知另一端（测点）的液面高程，某次高程测值与初始高程测值之差即为该测点的沉降量，向下沉降为正值，反之为负值。

式中：h0，hi分别为测量水管中的液面刻度的初始及第 i 次读数；H0，Hi分别为观测房基点高程的初始和第 i 次读数。

2.2.1 相同高程处的沉降规律

在 0+ 261.00 m 断面 EL650.000 m 高程处，从8 个水管式沉降仪的测量数据看，坝体内靠近上下游侧的测点部位荷载小，这些测点沉降量相对于坝轴线附近测点的沉降量要小。到目前为止，该高程ES3-4 的沉降量最大，为 0.640 m；ES3-8 沉降量最小，为 0.380 m。

在 0+ 261.00，0+ 305.00 m 断面 EL686.000 m 高程处，从 12 个测点测量数据来看，沉降仍然遵循荷载越大沉降量越大的规律，并且 0+ 261.00 m 断面（最大坝高断面）沉降略大于 0+ 305.00 m 断面沉降量。其中 0+ 261.00 m 断面 ES2-4 测点最大沉降量为 1.175 m，0+ 305.00 m 断面 ES5-6 测点沉降最小，为 0.373 m。观测成果表明大坝轴线附近沉降量最大，向上下游侧沉降量逐渐减小。

在 0+ 261.00，0+ 305.00 m 断面 EL720.0 m 高程处，水管式沉降仪观测房于 2013 年 6 月安装完成。对于 8 个测点，从观测台水位高程与安装时的沉降头水位高程比较来看，位于坝轴线附近的 ES1-2和 ES4-2 沉降量最大，分别为 0.922 和 0.853 m；位于坝轴线下游的测点沉降量次之；轴线上游的沉降量最小，其中 ES1-4 沉降为 0.344 m，ES4-4 沉降量为 0.188 m。

从实测数据可以看出，相同高程处因坝轴线附近坝体的压缩性大于坝体上下游侧，所以坝轴线附近测点的沉降量大于坝体上下游测点的沉降量。

2.2.2 同一观测断面处的沉降规律

从 0 ＋ 261.00 m 观测断面的 EL650.000，EL686.000，EL720.000 m 3 个高程的沉降观测成果看，位于中部高程的坝轴线附近沉降量最大。该观测断面 EL686.000 m 高程沉降变形最大沉降量为1.175 m，发生在坝轴线上游的第 1 个测点（横向桩号 0～40）；坝轴线处的沉降量为 1.143 m。

从 0 ＋ 305.00 m 观测断面的 EL686.000，EL720.000 m 2 个高程的沉降观测成果看，两者最大沉降量比较接近。该观测断面 EL686.000 m 处沉降量最大为 0.949 m，发生在坝轴线部位；EL720.000 m处沉降量最大为 0.853 m，也发生在坝轴线部位。0+ 261.00 和 0+ 305.00 m 断面沉降分布如图1 和 2所示。

通常坝体最大沉降量发生在坝体中部，即 h =（1/2）H 时（h 表示沉降量最大位置的坝体高度；H表示坝体最大高度）[4]。从不同高程沉降测点的最大沉降量数据可以看出，随着坝体填筑加高、洒水碾压加强，坝体内部测点的压缩性均大于近坝基部分堆石体的压缩性；2 个断面坝体内部沉降量均大于坝基部分的沉降量，这也符合一般沉降规律。各测点最大沉降量统计信息如表2～4 所示。

2.2.3 不同沉降时间的沉降规律

大坝各个部位的沉降主要发生在大坝填筑初期。从发生最大变形的 ES2-3 和 ES2-4 这 2 个测点看，到 2013 年 6 月，最大沉降量分别为 1.143 和1.175 m。这 2 个测点埋设时间为 2012 年 5 月 26 日，在观测房形成之前（2012 年 9 月 2 日），大坝在不断地加高碾压至 EL740.000 m 高程时，测点沉降量相对较大，分别为 0.749，0.769 m，3 个月时间内的沉降占累计沉降量的 65.5%，65.4%。从 2012 年 9 月到 2013 年 6 月的 10 个月的时间内大坝主体已基本完成，碾压施工集中在坝顶部分，荷载较小，此时的沉降量相对较小，占总沉降量的 34.5%，34.6%，表明沉降变形主要集中在大坝填筑初期，目前沉降量趋于稳定。

EL650.000 m 高程的水管式沉降仪随着大坝的施工而沉降，其中大坝上游侧测点沉降略小于大坝下游侧测点，2012 年 10 月当大坝堆砌碾压到EL720.000 m 高程处，EL650.000 m 高程的各个测点沉降量比碾压前要大，碾压过程中该高程坝体下游侧测点 ES3-1，ES3-2 出现短暂的抬升现象，这 2 处的抬升情况与常规略有不同，需连续关注。随着大坝的加高，EL650.000 m 高程处的各测点沉降逐渐稳定，其他部位的沉降变形也趋于稳定。

2.3 测量数据误差分析

实测数据与理论计算数据较为接近，施工过程中的不确定因素造成实测数据与理论数据不可能完全一致，而且实际测量过程中也无法避免产生一定的误差。

水管式沉降仪一般在大坝填筑到一定高程后才开始埋设仪器测点，对埋设测点高程以下的部分则无法进行测量。从多个面板堆石坝实测资料来看，受坝后观测房施工的影响，沉降初次观测时间一般要比测点安装时间晚 1～2 个月，这样观测房施工期间的水管式沉降仪测点无法观测导致测点沉降明显偏小[2]，而且测点安装到观测房施工完成阶段的沉降量变化过程也无法获得。

按照现行规范要求，为保证观测质量，现场埋设水管式沉降仪设备时仍有相当一部分工程采用整体坡降法埋设，即从上游测点到下游观测房的坡降一般为 1% 左右[3]。堆石坝的分段施工对整体坡降的控制带来一定的困难，若测点之间不均匀沉降量较大，管路形成倒坡，延缓排水速度甚至造成排水不畅，这也给水管式沉降仪的测量带来一定的误差。

水管式沉降仪的观测一般利用观测房内的基准点，基准点是利用水准法测量的，水准法测量一般存在 2 mm 左右的误差，加上水管刻度尺读数误差，水管式沉降仪的测量误差一般在 3 mm 左右。

测量误差始终存在，只有在施工和测量的过程中严格按照规范及设计要求操作，才能尽可能地减小测量误差。

2.4 与国内其他工程的比较统计

吉勒布拉克混凝土面板堆石坝的内部沉降规律与国内外诸多工程内部沉降规律相符，类似工程沉降量统计如表5 所示。

从国内外多个面板堆石坝内部沉降量比较可以看出，已建工程中巴西的 Areia 坝、天生桥一级、小山的沉陷略大，其余工程沉降量均较小。表5 显示大多数堆石坝在施工期因为堆石体流变性较大，所以沉降量也较大；蓄水前大坝已基本碾压完成，坝体结构相对稳定，蓄水期坝体内部沉降量较小。

3 结语

吉勒布拉克水电站混凝土面板拦河大坝施工期长，强度高，观测数据表明大坝目前的最大沉降量为 1.175 m（发生在坝体中间高程、坝轴线附近），最大沉降量占总坝高的比例为 0.83%（最大坝高以 140.3 m 计），与设计沉降值基本接近。坝体内部最大沉降测点位于坝体内中间高程位置，施工期的沉降量大于蓄水期的沉降量，目前来看吉勒布拉克大坝内部沉降量符合一般规律。施工期内部沉降观测数据为大坝的施工进度和质量控制提供了可靠的依据；但大坝刚建成不久，堆石坝体还不是很稳定，内部沉降还有待长期观察。

[1] 贡保臣，刘爱梅，陆声鸿，等.堆石坝内部沉降观测方法浅析[J].水力发电，2007 (10): 98.

[2] 顾永明，陈树联，王伟.面板堆石坝坝体沉降监测方法技术总结[J].西北水电，2011 (1): 67-68.

[3] 李之中，李杰，郑水华，等.水管式沉降仪的几点改进措施[J].水电自动化与大坝监测，2010 (6): 31-32.

[4] 闫生存，胡颖，常晓林，等.面板堆石坝沉降估算方法探讨[J].人民长江，2004 (5): 12.

Inside Settlement Analysis of Gilles Braque Rockfill Dam during Construction Period

JI Hongjun1, HE Miao2, ZHANG Weike1, ZHAO Yang1, WANG Chunshu1, BIAN Hongjuan1

(1.Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China;
2.Bureau of Sichuan Hydrology and Water Resources Survey, Chengdu 610036, China)

Inside settlement observation of concrete block rockfill dam during construction period can be done by hydraulic overflow settlement gauge.Real-time observation data can be used to guide the dam's construction schedule and quality control.Taking Xinjiang Gilles Braque hydropower station concrete block rockfill dam as an example, it introduces measuring point arrangement of the gauge, describes the selection of reference value and the requirement of technical index of measuring point.According to the observed data, it analyses settlement rule from several aspects, such as the same height, the same observation section, different settling time.It carries out the error analysis, and compares with other projects at home and abroad.The statistical analysis results show that inside settlement of the rockfill dam during construction period is accordance with general rules.

concrete face; rockfill dam; construction period; inside settlement; hydraulic overflow settlement gauge; settlement rule

TV641.4

A

1674-9405(2014)06-0040-04

2014-04-06

吉宏军（1984－），男，江苏海安人，本科，主要研究方向：大坝安全监测。