印度尼西亚Jatigede大坝工程坝基渗压监测分析

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

1 工程概况

Jatigede大坝工程是“一带一路”沿线国家新建成的大型水利工程。本工程位于印度尼西亚西爪哇省的Cimanuk河上，距离Cirebon城75km。工程位于赤道附近，属热带季风气候，年平均气温26℃，年平均降雨量2880mm。每年分为雨季和旱季，旱季时段为5月至10月，其余月份为雨季。

Jatigede大坝工程控制流域面积1460km2，水库总库容10.6亿m3，为多年调节水库，死水位230.0m，正常水位260.0m。电站装机容量110MW。工程开发任务为农田灌溉，兼有防洪、城市供水、发电、旅游等综合功能。本工程属Ⅰ等大(1)型工程。枢纽主要建筑物包括：大坝、溢洪道、灌溉洞、引水发电系统等。粘土心墙堆石坝、溢洪道控制段地震设防烈度为Ⅸ度，其它建筑物的地震设防烈度为Ⅷ度。

2 坝体设计

本工程大坝坝型为粘土心墙堆石坝。坝顶高程265.0m，最大坝高110m，坝轴线长1668m。上游围堰与大坝连为一体，为大坝的一部分。围堰顶部高程204.0m，顶宽12.0m。上游坝坡在204.0m以上坡度为1∶2，以下坡度为1∶3。下游坝坡坡度为1∶1.9，设三级马道，马道宽均为6.0m，顶高程分别为235.0m、205.0m和175.0m。

坝体断面分为6个区，从中部向上、下侧均为(1)粘土心墙防渗区、(2A)、(2B)反滤料区、(3A)过渡料区、(3B)堆石区和(4)干砌石护面。

3 大坝基础处理

主河床段(含最大坝高断面)的坝基主要处理措施如下。

3.1 灌浆廊道

灌浆廊道布置在坝轴线，桩号范围为：Sta0+811.65～Sta1+222.535，两岸低矮坝段未设置灌浆廊道。在桩号Sta1+020～Sta1+170段，灌浆廊道高3.5m、宽4m，设置三排帷幕。廊道顶面与心墙建基面齐平，廊道上、下游设混凝土固结灌浆盖板。心墙底部设置1m厚高塑性粘土。

3.2 固结灌浆

混凝土固结灌浆盖板设置在灌浆廊道与两侧，上游侧宽10m，下游侧宽7m，分缝长度15m，板厚50cm，缝内填橡胶板。盖板下设置锚杆；锚杆直径φ28，长7m，间排距3m，梅花形布置，上游侧4排，下游侧3排。固结灌浆孔间、排距3m，梅花形布置，帷幕上游侧4排，下游侧3排，孔深10m。

3.3 帷幕灌浆

有廊道坝段的帷幕灌浆在灌浆廊道内进行。桩号Sta1+020～Sta1+170为主河床段，防渗帷幕三排，排距1.5m，孔距2m。中间排主帷幕深入基岩相对隔水层以下5m(透水率≤3Lu)，如相对隔水层太深，帷幕深度为相应水头的0.8倍。桩号Sta1+100最大坝高断面，灌浆帷幕为悬挂式，最大深度为90m；上、下游排帷幕深度相同，为中间排防渗帷幕深度的0.7倍，最大深度60m。

3.4 断层破碎带处理

位于坝基的F1、F2断层处理原则如下：

(1)在上游侧进行固结灌浆，封闭所有可能集中渗漏通道;

(2)在渗流出口处布置2B反滤料，保护坝基;

(3)在大坝心墙料区域的断层露头用混凝土盖板覆盖。

图1 最大坝高断面坝体结构(桩号Sta1+100、坝高110m)

4 监测时段分区

大坝从坝体填筑开始至2018年5月，主要控制时间节点如下：2012年4月23日主河床坝体开始填筑，2014年8月2日坝体填筑结束，2015年8月31日导流洞下闸、水库蓄水，2016年5月15日水库蓄水至252.0m，2016年5月15日至2018年5月库水位在243.0m～253.0m之间变动。

为了方便坝基孔隙水压力分析，监测分为三个时段：

(1)水库蓄水前期：2012年4月-2015年8月30日；

(2)水库蓄水期：2015年8月31日-2016年5月15日，库水位从164.2m上升至252.0m；

(3)水库运行期：2016年5月16日-2018年5月，库水位在243.0m～253.0m之间变动。

5 大坝基础渗压计监测分析

5.1 坝基渗透水压力监测仪器布置

大坝基础渗压通过埋设在坝基的孔隙水压力计进行监测。设置2个监测断面：桩号Sta1+100、坝高110m(FP1～FP12)和桩号Sta1+000、坝高75m(FP13～FP21)，共计21个点，监测完好率100%。本文以最大坝高(坝高110m)断面进行分析。大坝孔隙水压力计FP1～FP12布置位置详见图2，各监测点高程详见表1。

图2 基础渗压计位置详图(桩号Sta1+100、坝高110m)

FP1、FP2、FP3位于防渗帷幕前，距坝轴线6m。

FP4、FP5、FP6位于防渗帷幕后，距坝轴线6m。

FP7、FP8、FP9位于防渗帷幕后，距坝轴线25m。

FP10、FP11、FP12位于防渗帷幕后，距坝轴线62m。

大坝下游桩号Sta0+246.1设有量水堰，量水堰下设深入基岩1m的混凝土截水墙。截水墙下设固结灌浆，防止大坝渗漏水从基础渗漏，影响大坝渗漏量监测精度。量水堰为三角形，堰坎底高程为161.9m。

5.2 坝基渗透水压力曲线

根据1#监测断面(主要监测面，最大坝高断面，桩号Sta1+100)“基础渗压计FP1～FP12”2012年4月-2018年5月监测时段内的监测数据整理分析，降水量、坝体填筑、库水位及坝基渗透水压力时间曲线如图3-图6。

图3 坝基孔隙水压力(Sta1+100、高程153.0m)

图4 坝基孔隙水压力(Sta1+100、高程146.0m)

图5 坝基孔隙水压力(Sta1+100、高程139.0m)

图6 坝基孔隙水压力(Sta1+100、堆石区)

表1大坝基础孔隙水压力汇总表 单位：m

5.3 坝基孔隙水压力(FP1、FP2、FP3)分析

水库蓄水前期，FP1最大值为181.3m，FP2最大值为182.9m，FP3最大值为180.9m。水库运行期，FP1最大值为239.8m，FP2最大值为245.8m，FP3最大值为245.7m。孔隙水压力监测值规律正常。

5.3.1 水库蓄水前期

FP1、FP2、FP3监测结果显示：水库蓄水前，共经历4个旱季3个雨季，坝基孔隙水压力与时间关系曲线明显有三个波峰四个波谷，波峰对应雨季，波谷对应旱季。大坝基础帷幕上游侧孔隙水压力的波动周期与降雨变化规律一致，旱季与雨季孔隙水压力比较：旱季孔隙水压力较为稳定，而且比雨季低；雨季则随降雨条件波动。孔隙水压力的波动与坝体填筑高度无相关性。

5.3.2 水库蓄水期

水库蓄水期，随着库水位迅速上升，FP1、FP2、FP3的监测值也迅速增加，两者呈线性相关；监测值与降雨量无相关性。

5.3.3 水库运行期

水库运行期，库水位在243.0m～253.0m之间变动。FP1、FP2、FP3的监测值与库水位基本为一平行线，库水位与监测值两者差值(水位-监测值)绝大部分为7.5m～8.5m；库水位上升，监测值增大；库水位下降，监测值减少。

水库运行期，大坝基础帷幕上游侧孔隙水压力的波动周期与库水位变化规律一致：库水位上升，监测值增大，库水位下降，监测值减少；孔隙水压力与降雨无明显相关性。

5.4 坝基孔隙水压力(FP4、FP5、FP6)分析

水库蓄水前，FP4最大值为167.8m，FP5最大值为165.6m，FP6最大值为170.3m，规律正常。运行期，FP4最大值为166.5m，FP5最大值为164.1m，FP6最大值为193.9m。运行期，FP6的监测值远大于下游量水堰水位，随着时间增加，监测值不断增加，与下游其它监测点的监测值有较大差异，说明该监测点可能存在异常，不宜采用。其它孔隙水压力监测数据正常。

FP4、FP5、FP6监测结果显示：

(1)水库蓄水前，大坝基础帷幕下游侧孔隙水压力的波动周期与降雨变化规律一致，旱季与雨季孔隙水压力比较：旱季孔隙水压力较为稳定，而且比雨季低；雨季则随降雨条件波动；孔隙水压力的波动与坝体填筑高度无相关性；

(2)蓄水期，随库水位上升，FP4、FP5、FP6监测值略有增加，监测值与降雨量无相关性；

(3)运行期，随时间的增加，FP4、FP5的监测值平稳且略有降低。说明大坝基础帷幕下游侧孔隙水压力与降雨及库水位变化基本不相关；基础帷幕深度满足基础防渗边界要求，帷幕防渗效果较好，且坝下游排水通畅。

5.5 坝基孔隙水压力(FP7～FP12)分析

FP7、FP8、FP9和FP10、FP11、FP12监测结果显示：

(1)水库蓄水前和蓄水期，心墙下游侧和下游堆石区孔隙水压力的波动周期与降雨变化规律一致，旱季与雨季孔隙水压力比较：旱季孔隙水压力较为稳定，而且比雨季低；雨季则随降雨条件波动;

(2)蓄水期，随库水位上升，FP7～FP12的监测值略有增加，监测值与降雨量无相关性；

(3)运行期，FP7～FP12的监测值平稳且略有降低。表明：大坝基础帷幕下游侧和下游堆石区孔隙水压力与降雨量及库水位变化基本不相关，孔隙水压力随库水位升降无明显相关性；说明下游坝基监测范围内无集中渗流，且坝下游排水通畅。

5.6 坝基孔隙水压力FP1、FP4、FP7和FP10分析

坝体填筑至坝顶后，不同典型时间点坝基孔隙水压力FP1、FP4、FP7和FP10的曲线见图7。

5.6.1 水库蓄水前期

水库蓄水前选取的典型时间为2014/7/11、2015/7/2。坝基孔隙水压力心墙中部高、两侧低；受库水位顶托，孔隙水压力上游侧高于下游侧。

5.6.2 水库蓄水期

水库蓄水期选取的典型时间为2016/1/1、2016/4/1。随着库水位迅速上升，帷幕前的孔隙水压力FP1的监测值也迅速增加；帷幕后的点FP4、FP7、FP10基本不变，说明坝基帷幕防渗效果好，且坝下游排水通畅。

图7 FP1、FP4、FP7和FP10不同典型时间点坝基孔隙水压力曲线

5.6.3 水库运行期

水库运行期选取的典型时间为2016/5/30、2017/5/30、2017/9/30、2018/4/30。帷幕前的监测点FP1，库水位高时监测值较大；库水位低时监测值较小(时间上略有延后)。帷幕后的点FP4、FP7、FP10，库水位变动时，监测值基本不变且很小，说明坝基帷幕防渗效果好，且坝下游排水通畅。

6 坝底面的渗透压力强度系数

选取大坝蓄水两年多最新的且坝基渗透已经稳定的时间点2018年5月1日，作为坝基渗透的典型剖面进行分析。FP1、FP4、FP7的埋设高程为153.0m，FP10的埋设高程为146.0m。本工程坝基设置三排帷幕灌浆，没有设置排水孔。

图8 2018年5月1日坝基渗压曲线

从坝基渗压曲线可以算出：

(1)坝底面上游处的扬压力作用水头

H1=库水位-153.0=252.28-153.0=99.28m

(2)坝底面下游处的扬压力作用水头

H2=下游水位-153.0=HFP10-153.0=159.26-153.0=6.26m

(3)上下游水头差

H=H1-H2=99.28-6.26=93.02m

(4)渗透压力强度系数

α=(HFP4-HFP10)/H=(163.85-159.26)/93.02=4.59/93.02=0.05

本工程稳定渗流期坝底面的渗透压力强度系数α为0.05，远小于规范的推荐值(根据《水工建筑物荷载设计规范》(SL 744-2016)及《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077-1997),实体重力坝坝基设置防渗帷幕及排水孔时，渗透压力强度系数α=0.25)。说明帷幕防渗效果好，且坝下游排水通畅。

图9 坝底面的渗透压力强度系数

7 大坝基础渗压计监测结论

7.1 帷幕前的点(FP1、FP2、FP3)监测结论

水库蓄水前期，大坝基础帷幕上游侧孔隙水压力的波动周期与降雨变化规律一致，与坝体填筑高度无相关性；水库蓄水期，孔隙水压力随库水位上升而线性增大，与降雨量无相关性；水库运行期，孔隙水压力随库水位上升而增大，随库水位下降而降低，孔隙水压力与降雨无明显相关性。

说明基础帷幕深度满足基础防渗边界要求，防渗效果良好。

7.2 帷幕后的点(FP4、FP5、FP7～FP12)监测结论

水库蓄水前和蓄水期，心墙下游侧和下游堆石区孔隙水压力的波动周期与降雨变化规律一致，旱季孔隙水压力较为稳定，而且比雨季低，雨季则随降雨条件波动；运行期，孔隙水压力与降雨及库水位变化无明显相关性。

说明下游坝基监测范围内无集中渗流，且坝下游排水通畅。

7.3 大坝基础渗压计监测结论

本工程稳定渗流期坝底面的渗透压力强度系数α为0.05，远小于规范的推荐值。说明河床坝段的坝体，坝基悬挂式防渗帷幕的深度和厚度满足基础防渗边界要求，且防渗效果较好；下游坝基无集中渗流，且坝下游排水通畅。坝基监测结果表明：悬挂式防渗帷幕的深度和厚度、坝下游排水体设计和施工质量均达到且超过了设计的预期效果。

结合坝体心墙孔隙水压力、变形、土应力和渗流量等监测数据，表明坝体设计是安全、经济合理和技术先进的，且坝体填筑质量良好，坝体运行状态优。