丰满大坝新坝施工期变形监测资料分析

李作光，李英杰

（丰满发电厂，吉林省吉林市 132108）

1 工程概况

吉林丰满水电站全面治理（重建）工程是按恢复电站原任务和功能，在原丰满大坝下游120m处新建一座大坝，并利用原丰满三期工程。治理工程实施后，不改变水库主要特征水位，不新增库区征地和移民。

吉林丰满水电站全面治理（重建）工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、生态环境保护、水产养殖和旅游等综合利用，供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。水库正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水库总库容103.77亿m3。

枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统、原三期电站组成。新建大坝坝轴线位于原丰满大坝坝轴线下游120m。

新建大坝由左岸挡水坝段、溢流坝段、厂房坝段及右岸挡水坝段组成，共分56个坝段，坝顶高程269.50m，最大坝高94.50m，坝顶全长1068m。溢流坝段布置于主河床，其上布置9孔开敞式溢流堰。厂房坝段布置于主河床偏右岸，布置6孔坝式发电引水进水口。6台水轮发电机组布置于右岸坝后厂房内。

新建大坝2014年9月开始基础开挖，截至2017年5月10，重建工程各坝段浇注高程见表1。

大坝安全监测施工安装工程现已开展的监测项目主要有大坝应力应变监测及温度监测、大坝裂缝监测、大坝渗流监测、发电厂房及开关站监测、引水坝段压力钢管监测、消力池部位监测、老坝F67断层锚索监测等7个监测项目。截至2017年4月底，大坝安全监测施工安装工程共计安装埋设监测仪器321支/套，其中测缝计121支，渗压计52支，多点位移计8套，温度计50支，三向应变计（差阻试）6套，五向应变计（差阻试）8套，无应力计（差阻试）14套，锚索测力计5台，钢筋计19支，钢板计17支，裂缝计15支 ，锚杆应力计6支。

本文只针对新坝施工期变形项目进行监测资料分析。

2 施工期变形监测资料分析

2.1 基岩变形

在13、23、29、32号4个主要监测坝段的坝踵和坝趾分别各埋设1组多点位移计（四点式），以观测坝踵和坝趾深处基岩的变形情况，共计8组。

表1 各坝段浇注高程Tab.1 The elevation table of each dam section

各测点从埋设后即开始观测，4个坝段从2015年7月27日～10月10日陆续埋设完成开始观测，埋设初期测次较密，后期基本为每月观测4次，满足设计要求的频次。监测仪器埋设部位、高程等见表2。

各坝段多点位移计测值过程线如图1、图2所示。

从过程线可看出：

（1）除23M1外，各测点的变形量较小，后期随着施工期荷载增加需要进一步观测以确定基岩变形量及变形规律。23号坝段坝轴线附近测点23M1在埋设初期（2015年10～11月）压缩变形量即达到2.4mm，后期变化量较小，变形量在0.5mm以内。

表2 多点位移计埋设部位、高程Tab.2 Location and elevation of multi position displacement meter

图1 13号坝段基础多点位移计垂直位移过程线（负值为压缩）Fig.1 Vertical displacement process line of 13# dam foundation （negative value is compression）

图2 23号坝段基础多点位移计垂直位移过程线（负值为压缩）Fig.2 Vertical displacement process line of 23# dam foundation （negative value is compression）

（2）13号坝段坝轴线附近及下游两个点基岩变形很小，其中13M1-1、13M1-2、13M2-1这3支传感器不稳定，测值变化较大，2017年5月孔口相对于最深处锚头垂直位移分别为-0.27mm（压缩）、0.17mm（拉伸）。

（3）23号坝段坝轴线附近及下游两个点处基岩呈压缩变形，主要产生在埋设初期，2017年5月孔口相对于最深处锚头变形分别为-3.19mm、-0.71mm。

（4）29号坝段坝轴线附近及下游两个点处基岩变形很小，2016年7月变形分别为0.55mm（拉伸）、-0.43mm（压缩）。

（5）32号坝段坝轴线附近及下游两个点处基岩呈压缩变形，2016年7月变形分别为-1.63mm、-0.90mm。图3是坝轴线附近基岩多点位移计各高程测点相对于最深点压的缩变形分布图，可以看出基岩基本处于压缩状态，靠近建基面的累计压缩量大于深处的压缩量，空间分布规律合理。

图3 不同时段上游坝基相对于最深点垂直位移分布图（负值为压缩）Fig.3 Vertical displacement distribution of the upstream dam foundation at different periods （negative for compression）

综上所述，截至2017年5月，各坝段基岩表现出一定的压缩变形，最大压缩变形为3.19mm（23号坝段），与2016年7月的2.90mm相比增加0.29mm。测值空间分布规律13、29、32号坝段基础变形较小。总的来看，基础变形量值较小，随着大坝浇筑升高，坝基压缩有所增加，但增加幅度较小，后期测值较为稳定，没有明显异常的趋势性变化[1]。

2.2 坝基与基岩接缝监测

在 6、9、13、19、23、26、29、32、40、46 号等10个典型坝段的坝踵和坝趾分别埋设了1支测缝计共20支，在11、13、14号坝段下游消力池各埋设2、5、3支测缝计共10支，以监测坝体混凝土与基岩或回填混凝土结合面的结合情况。

绘制各坝段测缝计开度与温度过程线如图4所示。

从过程线看，除了29号坝段坝趾、32号坝段坝趾、46号坝段坝踵部位测缝计29J2、32J2、46J1最大开度达到2.55mm、1.5mm、2.74mm以外，其余测缝计开度基本在0.5mm以下，主要表现为压缩，且与温度没有明显的相关关系。除上述3支测缝计外其余27支测缝计开度在-0.79～0.45mm之间，平均为-0.05mm。11、13、14号坝段下游消力池测缝计除了11XJ4最大达到0.28mm以外，其余3个测点开度均在0.1mm以内。

对开度较大坝段进行分析，29号坝段基础有F67断层穿过，基础进行了处理。坝址测缝计29J2分别在2016年8月开度由-0.39mm突然增大至1.75mm，累计张开2.14mm，期间温度变化在1℃以内。2016年11月开度又由1.74mm突然增大至2.49mm，累计张开0.75mm，期间温度基本不变。同期坝基多点位移计垂直位移表现为基础压缩0.5mm左右，可能对测缝计开度增加有一定影响，具体原因应进一步分析。近5个月以来开度基本稳定在2.55mm左右不变。

32号坝段坝址测缝计主要是埋设初期突然由2015年7月的-0.04mm增加至2015年8月的1.54mm，累计张开1.58mm，期间温度由23.5℃降低至17.5℃，初步分析应主要受温度变化影响。2015年11月以后坝踵和坝趾处测缝计变化较为稳定一致，开度变幅在0.5mm以内。

46号坝段的2支测缝计在埋设初期的2016年5月29日～2016年6月10日，随着温度下降（下降6℃左右），坝踵测缝计46J1张开1.81mm，坝趾部位测缝计46J2压缩2.08mm，与其他坝段规律及一般认识不符，需进一步查明原因。后期则较为稳定。以2016年6月12日为基准2支测缝计的变化过程线，相对于该日期开度变化分别为-0.05mm和-0.21mm，后期尚属稳定。

2.3 溢流及厂房坝段纵缝监测

在11、13、16、19号以及厂房21、23号坝段增加埋设了纵缝测缝计，观测混凝土纵向接缝变化，共计19支。

11、13、16号坝段纵缝测缝计开度与温度过程线如图5所示，21、23号厂房坝段纵缝测缝计开度与温度过程线如图6所示。

图4 23～29号坝段坝基测缝计开度与温度过程线（开度正值为张开）Fig.4 The opening and temperature process line of dam foundation of 23～29# dam section （opening value is opening）

图5 11、13、16、19号坝段纵缝测缝计开度与温度过程线（开度正值为张开）Fig.5 11、13、16、19# section longitudinal seam seam gauge opening and temperature process line （opening value is opening）

图6 21号厂房坝段纵缝测缝计开度与温度过程线（开度正值为张开）Fig.6 21# plant dam longitudinal seam measuring joint opening degree and temperature process line（ opening value is opening）

从过程线可看出，各测点接缝基本表现为张开，与温度呈一定的负相关关系，即温度降低，接缝开度增加，温度升高，接缝开度减小[1]。从量值上看，11、13、16号坝段开度最大在0.82～2.78mm之间，目前接缝开度在0.31～1.70mm之间。21、23号厂房坝段纵缝最大在0.11～1.34mm之间，目前接缝开度在-1.68～1.52mm之间。

综上，截至2017年4月，各坝段纵缝主要表现为张开，目前接缝开度一般在2mm以内，与温度具有一定的相关性，没有明显异常的趋势性发展。

2.4 左右岸坝段与基岩接缝监测

在左岸6、7号坝段，右岸45、47号坝段的基础混凝土与岸坡基岩之间界面上各增设了3～5支测缝计，共计15支。各测缝计开度和温度过程线如图7～图8所示。

从过程线可看出，左岸6、7号坝段与2016年8月埋设，目前接缝变化值较小。其中，6号坝段接缝呈持续压缩变化，最大压缩-0.35mm，当前3支测缝计压缩在-0.03～-0.34mm之间；7号坝段接缝基本在0.05mm内稳定变化。

右岸45、47号坝段在2015年8月安装以后直到2016年6月之前其开度量值很小，基本均在0.1mm以内，且变化一致、稳定。2016年6～7月，45号坝段45GJ1、45GJ2两个测点分别为压缩0.35mm、张开0.66mm，而45GJ2基本在0.1mm以内变化，接合面开度变化不一致。2017年4月，45GJ1、45GJ2这个测点开度又分别张开0.35mm、0.77mm，目前45GJ2接缝张开1.20mm，量值尚属不大，可进一步观测。47号坝段接缝开度在0.40mm以内稳定变化。

2.5 29～32号挡水坝段坝趾混凝土与下游基岩结合面监测

在29、30、31、32号坝段坝趾与下游基岩结合的斜面上，每个坝段增设2～3支测缝计结合面开合度的变化，目前共布设9支测缝计。各测缝计开度与温度过程线如图9所示。

从过程线可看出，4个坝段与下游面接缝开度最大在0～1.29mm之间，张开主要发生在埋设初期的2015年7～10月温度下降时期。2017年4月开度在-0.57mm～0.60mm之间，平均开度0.10mm，所有测点当前已基本稳定。

2.6 大坝横缝监测

在 13～14号、19～20号、22～23号、26～27号、29～30号、32～33号、39～40号、45～46号坝段的横缝之间不同高程的上、下游侧各埋设1支测缝计监测横缝开合度的变化，目前共埋设27支测缝计。

各测缝计最大开度在0.03～2.59mm之间，最小开度在-0.04～-1.01mm之间，当前开度在-1.00～2.59mm之间，平均开度0.31mm。27个测点中15个测点表现为压缩，开度为-1.00～-0.04mm；12个测点目前为张开，开度在0.03～2.59mm，平均张开1.04mm。

有5个测点的开度在1mm以上，分别是13号坝段13J4、19号坝段19J4、23号坝段23J4、26号坝段26J4和40号坝段40J4，开度为1.28～2.59mm，这5支测缝计开度与温度过程线如图10所示。从过程线上看，张开主要发生在2017年3～4月温度下降时期；目前除19J4还有一定发展之外，其余测点已基本稳定。

图7 左岸6、7号坝段坝基接缝测缝计开度与温度过程线（开度正值为张开）Fig.7 Measurement of joint opening and temperature of dam foundation joint of dam section 6# and 7# on the left bank（opening value is opening）

图8 右岸45、47号坝段坝基接缝测缝计开度与温度过程线（开度正值为张开）Fig.8 Measurement of joint opening and temperature of dam foundation joint of dam section 45# and 47# on the right bank（opening value is opening）

图9 29～32号坝段坝趾与下游基岩结合面测缝计测值过程线（开度正值为张开）Fig.9 Measuring line of joint measurement between dam toe of 29～32# dam and downstream Bedrock （opening value is opening）

大部分开度较小，或埋设时间较短。开度与温度有一定相关性，温度降低时开度增加。开度空间分布没有明显规律[4，5]。

2.7 常态混凝土和碾压混凝土结合面监测

在13、19、23、26、29、32、40号等坝段坝体上游常态混凝土和碾压混凝土之间的界面结合缝上分198、209、225、240m高程每个坝段埋设2～3支裂缝计，目前已埋设24支。

图10 5支开度在1mm以上横缝测缝计开度及温度过程线（开度正值为张开）Fig.10 The opening of the 5 joints is more than 1mm.The opening and temperature process of the transverse seam measuring gauge（opening value is opening）

各测缝计开度与温度过程线如图11所示。裂缝计测量值较小，最大开度0.39mm，最小压缩0.70mm，当前测值在-0.53～0.27mm之间，主要表现为压缩，表明坝体上游常态混凝土和碾压混凝土之间的界面结合较好。从过程线上看，开度与温度没有明显相关性。19号坝段、26号坝段目前测量开度分别为0.27mm和0.06mm，后期可进一步关注变化情况。

8、19、22号坝段新埋设的3支裂缝计未张开，测值稳定。

综上所述，截至2017年5月，坝体上游常态混凝土和碾压混凝土之间的界面结合缝开度在-0.53～0.27mm之间，除19号坝段、26号坝段目前测量开度分别为0.27mm和0.06mm外，其余坝段均表现为闭合，且与温度没有明显的相关关系，变化较为稳定，表明界面结合较好[2，3]。

3 结束语

通过对大坝基础埋设的多点位移计和基础以及各接缝的测缝计进行分析，大多数测点测值基本可靠，精度满足分析要求。

各坝段基岩表现出一定的压缩变形，其中23号坝段最大压缩变形为3.19mm，其余坝段基础变形量值较小，随着大坝浇筑升高，坝基压缩有所增加，但增加幅度较小，后期测值较为稳定，未见明显异常的趋势性变化。

6～46号坝段坝基混凝土与基岩接缝开度较小或处于闭合状态，目前开度大都在0.5mm以内或呈压缩，且测值变化较为稳定。

11～19号坝段纵缝主要表现为张开，目前接缝开度一般在2mm以内，与温度具有一定的相关性，没有明显异常的趋势性发展。

29～32号挡水坝段坝趾与下游基岩面接缝表现一定程度张开，目前最大开度在0.63～1.06mm之间，除32号坝段32J2开度目前仍在缓慢发展之外，其他测点近期已趋于稳定。

大坝横缝开度在-1.00～2.59mm之间，平均开度为0.31mm。27个测点中12个测点测值为张开，开度在0.03～2.59mm之间，平均张开1.04mm。15个测点测值为闭合，测值在-1.00～-0.04mm。5支开度在1mm以上测点张开主要发生在2017年3～4月温度下降时期。除19J4还有一定发展之外，其余测点已基本稳定。

图11 26～32号坝段常态、碾压混凝土界面裂缝计测值过程线（开度正值为张开）Fig.11 26～32# dam section normal，RCC interface crack measurement value process line （opening value is opening）

坝体上游常态混凝土和碾压混凝土之间的界面结合缝开度在-0.53～0.27mm之间，除19号坝段、26号坝段目前测量开度分别为0.27mm和0.06mm外，其余坝段均表现为闭合，且与温度没有明显的相关关系，变化较为稳定，表明界面结合较好。

总体来看，基岩主要表现为压缩，基岩与基础混凝土接缝一般表现为压缩或开度较小的稳定状态。各坝段纵缝及各坝段纵缝主表现一定程度张开，后期变化稳定。横缝边大部分开度较小或呈闭状态，部分开度1mm以上测点主要在2017年3～4月温度下降时期有所张开。坝体上游常态混凝土和碾压混凝土之间的界面结合大部分表现为闭合，表明界面结合较好。大坝基岩变形、各种接缝变形基本处于正常状态。