堆石坝沥青混凝土筑心墙形变的监测研究

刘洋

【摘要】沥青混凝土心墙形变研究监测案例坝简述；沥青混凝土心墙形变监测系统的布设；沥青混凝土心墙的测量结果与分析。本文对堆石坝沥青混凝土筑心墙形变开展监测研究，重点对该坝沥青混凝土心墙的水平向位移，心墙相对过渡料间的位错变形以及沥青混凝土心墙的内部应力应变的监测数据开展分析，以为同类工程应用提高技术参考。

【关键词】沥青混凝土；堆石坝；心墙形变；监测；分析研究

1、沥青混凝土心墙形变研究监测案例坝简述

案例坝系某水电第六级水库电站的坝工程，该水电工程的主要功能是发电和防洪，没有漂木航运或灌概等其它特别综合利用要求。具有多年水调节能力，总库容2.98亿m3；坝前死水位为2600.0m，常规蓄水位为2650.0m，多年平均流量为14.5m/s，流域面积坝址以上为323km2；该电站的水轮机装配高程2005.2m，电站额定水头580m，最小水头546.7m，最大水头644.8m；电站额定发电引用流量为47.24mVs，其中最大发电引用流量为52.66mVs；案例坝纵剖面。

案例坝系沥青混凝土心墙型堆石坝，其前轴线长度为411m，上游坡度为1：2，下游坡度为1：1.8，坝体高程124.5m，坝体顶宽度为14m。下游坝趾设压重区，平均长约215m，厚度22m。心墙下游的底部填筑体均采取了基础排水和反滤措施。该坝沥青混凝土心墙底宽1.2m，顶宽0.6m，心墙的底部设计为钢筋混凝土基座。心墙基础防渗设计为帷幕灌浆和防渗墙方式，防渗轴主体线长860m。

2、沥青混凝土心墙形变的监测系统设置

为获得有分析参考价值的典型检测数据，我们在0+220.50坝位断面，从▽2538.00起始，间隔每5-10米，沿沥青混凝土心墙下游壁置放单向固定式测斜仪，一共15支，用来进行沥青混凝土心墙在上下游方向上的水平移位测量

此外，为实施沥青混凝土心墙相对过渡料间的位错变形测量，分别对0+120.00m坝位断面上游和下游两侧，针对不同的心墙高程，设计布置6支位错计。为测量沥青混凝土心墙相对过渡料的竖向位移，我们把位错计下端固定在过渡料内，上端则固定在沥青混凝土的心墙上。为测量沥青混凝土心墙的内部应力应变，我们在0+120.00、0+220.00、0+320.00、0+153.00和0+270.00坝位断面，以上、下游侧沥青混凝土心墙壁面的不同高程，设计布置了由测缝计改装的单向应变计38支。

3、沥青混凝土心墙的测量结果与分析

3.1心墙的水平向位移测量

沥青混凝土心墙在水平向，总体由上游向下游方向发生位移。其中向上游的偏移量最大值，发生在坝体下部▽2538.00的IN15位置，其测量值是-8.13mm；其向下游偏移量最大值发生在中部▽2572.00的IN09位置，其测量值是114.83mm。其中2013年至2014年7月间，发生最大变幅量为90.55mm，变动幅度较大，分析为仪器本身的测量问题，不应是沥青混凝土心墙真实的位移反应。

3.2沥青混凝土心墙相对过渡料间的位错变形

0+120.00m坝位断面的沥青混凝土心墙相对过渡料间的位错变形检测成果，表1所示：

测量结果揭示：0+120.00m坝位断面位错均为承受压应力，这意味此处沥青混凝土心墙的压缩性位移强于过渡料沉降。这个位错在施工期間变化明显，水坝建成后运行期间则位错开始变得稳定，并且这个变化状态与库水位无关。同样的过程测量0+220.00m和0+320.00m坝位断面，测量结果揭示：0+220.00m和0+320.00m坝位断面错计亦全部受压，意味发生在该处心墙的压缩量亦较过渡料的沉降量都要大，也都是水坝建成后运行期间则位错开始变得稳定，并且这个变化状态与库水位无关。

3.3沥青混凝土心墙的内部应力应变

对坝0+120.00、0+220.00、0+320.00和0+153.00、0+270.00断面沥青混凝土心墙，每处设置10支应变计，进行断面心墙的应变过程测量。比如0+120.00m断面处的测量，获得测值成果以及过程线。沥青混凝土心墙的内部力应变日测，如2014-7-1日的实测数据，具体如表3-2所示：

对0+120.00m检测断面的监测成果揭示：0+120.00m检测断面在施工期间，其沥青混凝土心墙的应变状态主要是随着填建筑体高程的增加而向着压应力的方向应变发展，并且其应变幅度很明显；在大坝筑填完工以后，该应变则随时间推移均向压应变方向略微变化，不过变化幅度降低很快，此间的库水位对这种变化影响不明显，截至检测截止日，应变过程己逐渐趋于稳定。从数字资料上看，▽2609.05上、下游各侧的sx01和sx02，▽2599.05的上游一侧的sx05，▽2594.5的下游侧sx08，相对来看，应力变化较为明显。对0+220.00m检测断面的监测成果揭示：除了▽2563的sx14有拉应变的微小变化外，其它都是压应力应变，其中sx15和sx25自监测开始至今，基本上没有变化。此部分其余心墙，施工期间，心墙的应变状态主要是随着填建筑体高程的增加而向着压应力的方向应变发展，并且其应变幅度很明显；在大坝筑填完工以后，该应变则随时间推移均向压应变方向略微变化，而且应变主要发生在蓄水初期，呈上游侧压应变小于下游侧压应变的规律，这有可能是因为水压的弯矩作用力所导致。截至检测截止日，此处上游侧的应变过程己逐渐趋于稳定，下游侧的压应变仍还随着时间的推移有增加趋势，不过增加的幅度较小。对0+322.00m检测断面的监测成果揭示：在施工期，施工期间，心墙的应变状态主要是随着填建筑体高程的增加而向着压应力的方向应变发展，并且其应变幅度很明显。在大坝筑填完工以后，该应变则随时间推移均向压应变方向变化，不过变化幅度不大。

结论：

沥青混凝土心墙应力应变呈现压应变多拉应变少的规律，而且应变具有随时间推移而缓慢増大的趋势，但其増幅始终较小，而且这个过程中水库水位产生的影响一直较小。0+220坝位断面为最深河床部位，测量结果反映，该处沥青混凝土心墙应变，其上游侧小于下游侧。大坝施建到蓄水过程中出现下游侧的应变较大，意味针对沥青混凝土心墙，水压弯矩作用仍然存在，其领受水压弯矩作用与一般大坝的弯矩受力变化规律相符合。

参考资料：

[1] 张克.沥青混凝土心墙堆石坝的实践与发展[J].东北水利水电，2011（12）.

[2] 王为标.土石坝沥青混凝土防渗技术的应用和发展[J].水力发电学报，2004（6）.

[3] 鲁超.沥青混凝土心墙模型水力劈裂的试验研究[D].西安理工大学，2010.

[4] 韦伯文.沥青混凝土心墙试验分析及施工质量拉制[D].西安理工大学，2009.