印度尼西亚Jatigede大坝工程坝体应力分析

2020-01-13

四川水利 2019年6期

(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 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。

为了方便坝体应力分析，监测时段分为以下四个时段：

(1)坝体填筑期：2012年4月-2014年8月2日；

(2)填筑完工期：2014年8月3日-2015年8月30日；

(3)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；

(4)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。

4 大坝坝体应力监测分析

4.1 坝体应力监测仪器布置

大坝的坝体应力由界面土压力计进行监测。共布置2个监测断面(桩号1+100、桩号1+000)，设置12个“界面土压力计”。1#监测断面(主要监测断面，最大坝高断面，桩号1+100，坝高110m)共设置6个“界面土压力计”，埋设位置详见图1。EPC.1、EPC.3布置在心墙上游侧，EPC.2、EPC.4布置在心墙下游侧；EPC.5、EPC.6布置在心墙内建基面上。2#监测断面(次要监测断面，桩号1+000，坝高75m)共设置6个“界面土压力计”。EPC.7、EPC.9布置在心墙上游侧，EPC.8、EPC.10布置在心墙下游侧；EPC.11、EPC.12布置在心墙内建基面上。

测点EPC.3在2014年4月8日以后损坏，没有监测数据。其它11个点监测正常，仪器完好率为91.6%。

图1 1#监测断面界面土压力计布置(桩号1+100，坝高110m)

4.2 坝体应力监测曲线

根据1#监测断面“界面土压力计”EPC.1～EPC.6，2012年4月-2018年5月监测时段内的监测数据整理分析如下：

(1)降水量、坝体填筑、库水位及坝体应力时间曲线(EPC.1、EPC.2)

EPC.1、EPC.2埋设高程为201.5m，分别位于心墙的上、下游侧边界。

图2 1#断面EPC.1、EPC.2监测点应力曲线

(2)降水量、坝体填筑、库水位及坝体应力时间曲线(EPC.3、EPC.4)

EPC.3、EPC.4埋设高程为171.5m，分别位于心墙的上、下游侧边界。EPC.3在2014年5月1日后损坏，没有监测值。

图3 1#断面EPC.3、EPC.4监测点应力曲线

(3)降水量、坝体填筑、库水位及坝体应力时间曲线(EPC.5、EPC.6)

EPC.5、EPC.6埋设高程为155.6m，位于心墙内的建基面上。

图4 1#断面EPC.5、EPC.6监测点应力曲线

4.3 坝体应力(EPC.1-EPC.6)监测分析

4.3.1 EPC.1、EPC.2监测分析

测点EPC.1水库蓄水前的最大压力值为409kPa，监测时间为2014年7月1日；下闸蓄水后的最大值为752kPa，监测时间为2016年5月3日。测点EPC.2蓄水前的最大压力值为666kPa，监测时间为2014年7月7日；下闸蓄水后的最大值为751kPa，监测时间为2016年12月4日。

(1)坝体填筑期：经历2个旱季2个雨季。坝体应力EPC.1、EPC.2随坝体填筑高度增加迅速上升。中途雨季(2012年12月13日-2013年4月30日，坝顶高程为218.88m～219.0m)坝体填筑停止时，坝体应力在2013年1月4日升到一个高值，随时间的增加，后监测值略微平缓下降。坝体应力的波动与坝体填筑高度相关性较好，与降雨不相关。

(2)填筑完工期：即坝体填筑结束至水库下闸蓄水之间的时间段，经历2个旱季1个雨季。坝顶不再加载，EPC.1、EPC.2监测值随监测时间的增长逐渐减小。坝体应力的波动与降雨不相关。

(3)水库蓄水期：库水位上升至仪器埋设高程201.5m后，随着库水位快速上升，EPC.1、EPC.2监测值也快速增加。心墙上游侧的点监测值增加较大，心墙下游侧的点监测值增加较小。EPC.1、EPC.2的监测值与库水位呈线性相关，与降雨量无相关性。

(4)水库运行期：监测时段内库水位在233.0m～253.0m之间变动。随着时间的增加，EPC.1、EPC.2的监测值整体平缓下降；库水位上升时，监测值缓慢增加，库水位下降时，监测值缓慢下降。EPC.1、EPC.2的监测值与库水位相关，与降雨量无相关性。

4.3.2 EPC.3、EPC.4监测分析

测点EPC.3的最大应力值为1005kPa，监测时间为2014年3月31日，2014年4月8日以后仪器损坏，没有监测数据。测点EPC.4下闸蓄水前的最大压力值为997kPa，监测时间为2014年7月1日；下闸蓄水后的最大压力值为941kPa，监测时间为2016年5月13日。

(1)坝体填筑期：坝体应力EPC.3、EPC.4随坝体填筑高度增加迅速上升。中途雨季坝体填筑停止时，随时间的增加，坝体应力监测值略微平缓下降。坝体应力的波动与坝体填筑高度相关性较好，与降雨不相关。

(2)填筑完工期：坝顶不再加载，EPC.4监测值随监测时间的增长逐渐减小。坝体应力的波动与降雨不相关。

(3)水库蓄水期：库水位上升至仪器埋设高程171.5m后，随着库水位快速上升，EPC.4监测值也快速增加。EPC.4的监测值与库水位呈线性相关，与降雨量无相关性。

(4)水库运行期：监测时段内库水位在233.0m～253.0m之间变动。EPC.4的监测值随着时间的增加，监测值整体逐渐下降；库水位上升时，监测值缓慢增加，库水位下降时，监测值缓慢下降。EPC.4的监测值与库水位相关，与降雨量无相关性。

4.3.3 EPC.5、EPC.6监测分析

下闸蓄水前，测点EPC.5的最大压力值为1414kPa，监测时间为2014年7月1日；测点EPC.6的最大压力值为1753kPa，监测时间为2014年7月3日。下闸蓄水后EPC.5的最大监测值为1549kPa，监测时间为2016年5月13日；EPC.6的最大监测值为1740kPa，监测时间为2016年5月13日。

(1)坝体填筑期：坝体应力EPC.5、EPC.6随坝体填筑高度增加迅速上升。中途雨季坝体填筑停止时，坝体应力监测值基本保持不变。坝体应力的波动与坝体填筑高度相关性较好，与降雨不相关。

(2)填筑完工期：坝顶不再加载，EPC.5、EPC.6的监测值随监测时间的增长逐渐减小。坝体应力的波动与降雨不相关。

(3)水库蓄水期：随着库水位快速上升，EPC.5、EPC.6的监测值缓慢增加。EPC.5、EPC.6的监测值与库水位呈线性相关，与降雨量无相关性。

(4)水库运行期：监测时段内库水位在233.0m～253.0m之间变动。EPC.5、EPC.6的监测值随着时间的增加，监测值整体逐渐下降；库水位上升，监测值缓慢增加，库水位下降，监测值缓慢下降。EPC.5、EPC.6的监测值与库水位相关，与降雨量无相关性。