河南省出山店水库混凝土坝施工期安全监测及成果分析

2020-05-21李宝亭成荣亮

治淮 2020年3期

李宝亭成荣亮

（1.出山店水库建设管理局信阳 464000 2.水利部大坝安全管理中心南京 210029 3.南京水利科学研究院南京 210029）

1 引言

根据2018年全国水利发展统计公报，全国已建成各类水库98822 座，水库总库容8.953×1011m³。水库为关系国计民生的重要基础设施，在防洪、供水、发电、航运、环境与生态保护等方面发挥着无可替代的巨大作用[1]。工程实践表明，通过对水库大坝进行现场检查和仪器监测，实时整编和分析监测资料，可及时发现水库大坝的异常，预测大坝的未来安全性态和发展趋势，因此，应定期依据监测资料分析和评价大坝状态，控制大坝运行，防止灾害的发生[2,3]。20世纪90年代以后，我国大中型水库工程普遍开展了大坝安全监测工作。

出山店水库是国务院172 项重大节水供水项目之一，2014年开工建设，2019年下闸蓄水。出山店水库工程按照《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）、《混凝土坝安全监测技术规范》（SL601-2013）、《土石坝安全监测资料整编规程》（DL/T 5256-2010）和《混凝土坝安全监测资料整编规程》（DL/T5209-2005）,开展了施工期安全监测工作，并依据监测数据和变化规律评价工程的运行状态，监测成果为指导设计和建设管理单位科学管理提供了可靠的依据。

2 工程概况

出山店水库位于河南省信阳市境内，坝址在京广铁路以西14km 的出山店村附近，距信阳市约15km，控制流域面积2900km2，是一座以防洪为主、结合供水、灌溉、兼顾发电等综合利用的大型水利枢纽工程，水库总库容12.51 亿m3（防洪库容6.91 亿m3，兴利库容1.45 亿m3）。工程规模为大（Ⅰ）型，工程等别为I 等，其主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3 级。大坝型式为混合坝型，主要建筑物有主坝、1#、2#、3#、4#副坝、南、北灌溉洞、电站等。主坝轴线长3690.57m，其中土坝段长3261m，坝基采用挤密砂桩和塑性混凝土防渗墙处理；混凝土坝段长429.57m（含连接坝段），从左岸至右岸分别为：连接坝段、溢流坝段、底孔坝段、电站坝段和右岸非溢流坝段。为了便于施工，混凝土坝共划分为24 个坝段。

3 混凝土坝监测仪器布置情况

在设计时利用模糊层次聚类的混凝土坝安全监测系统评价指标[4]布设了较为完善的安全监测设施。混凝土坝段监测仪器种类和数量见表1。

混凝土坝布置了八个主要监测断面、七个辅助监测断面。本文选取7#、11#、14#和18#坝段4 个主要监测断面进行论述。

表1 混凝土坝段安全监测仪器统计表

（1）7#坝段：坝基布置7 支渗压计、4 套三向应变计、4 支无应力计、1 支测缝计、2 支基岩变位计和1 支压应力计，下游消力池内布置18 支锚筋计。

（2）11#坝段：坝基布置7 支渗压计、4 套三向应变计、4 支无应力计、1 支测缝计、2 支基岩变位计、3 支温度计和1 支压应力计，下游消力池内布置18支锚筋计。

（3）14#坝段：坝基布置7 支渗压计、1 套三向应变计、1 支无应力计、2 支测缝计、2 支基岩变位计、3 支温度计和1 支压应力计，下游消力池内布置18支锚筋计，坝段分缝处布置8 支、断层处布置3 支测缝计，坝体布置16 支钢筋计。

（4）18#坝段：坝基布置3 支渗压计、1 套三向应变计、1 支无应力计、2 支测缝计、2 支基岩变位计、3 支温度计和1 支压应力计，坝体分6 层布设20 支温度计。

4 混凝土坝施工期观测情况

仪器埋设安装严格按照规程规范和设计要求进行。埋设后按照设计要求和相应规范规定频次进行施工期观测。

（1）渗压计观测：渗压计埋设后，采用相应的二次读数仪表进行观测，渗压测点观测2 次/旬。

（2）土压力计观测：土压力计埋设后，采用相应的二次读数仪表进行观测，土压力测点观测4 次/月。

（3）测缝计、应力应变等内观仪器观测：钢筋应力计、测缝计和应变计埋设后24h 内，每隔4h 测1 次，之后每天观测3 次，直至混凝土达到最高水化热温升为止；以后每天观测1 次，持续2 周；之后每周观测2 次，持续2 周；之后每周观测1 次。

5 混凝土坝施工期监测成果与分析

本文主要对出山店水库混凝土坝坝基渗透压力、基岩变形、内部应力和温度等监测成果进行分析，运用过程线和特征值的方法[5]进行资料分析。

图1 混凝土坝11#坝段渗压计过程线图

5.1 渗透压力监测成果与分析

混凝土坝坝基共布置37 支渗压计，分布在1#、4#、7#、11#、14#、16#、18#和22#坝段，用于观测混凝土坝基渗透压力。每个坝段的渗压计布置在一个纵断面，顺着水流从上游至下游布置。此次主要对11#坝段坝基渗透压力监测成果进行分析。

P04BD11 渗压计损坏，其余6 支正常运行。通过对比图1 和表2 可以得出：①渗压计测值均是逐渐增大，与上游水位一致性较好，表明坝基渗压计运行状态良好；②2017年5月上下游围堰拆除后，每支渗压计水位大幅度上升。③顺水流方向渗压计的规律为：P1（防渗帷幕前）接近上游水位，P5接近下游水位，P2、P3最小，P5大于P2、P3，符合坝基渗流的一般规律。④防渗帷幕后的渗压水头明显小于防渗帷幕前，防渗帷幕起到了防渗效果。

5.2 基岩变形监测成果与分析

在7#、11#、14#、16#和18#坝段基岩坝轴线上游2.5m 和坝轴线下游18.5m 处（16 号坝段为下游38.0m）各布置一套基岩变位计，截至2019年12月1日5 个断面基岩变位计进行了资料整编分析。

由图2 和表3 可以看出：①基岩变位计测值均很小，表明基岩变形小；②测值很稳定，表明基岩变形计运行状态良好；③基岩变位计2017年3月后均为负值，与基岩受压一致；④10 支基岩变位计的测值趋势性一致，规律性好。

5.3 内部应力监测成果与分析

在7#、11#、14#和18#混凝土坝段坝轴线下游各布置1 支压应力计，用于混凝土内部应力的观测。截至2019年12月1日，最大压应力为337.04kPa，目前趋于稳定，变化过程见图3。

土压力计安装在4 个坝段溢流面下6m 处，从图3 和表4 可以看出：混凝土压应力计测值随着坝体升高测值增大，目前测值逐渐趋于稳定，符合混凝土施工期土压力变化的一般规律。

表2 混凝土11#坝段坝基渗压计特征值统计表

图2 混凝土坝段基岩变位计过程线图

图3 混凝土坝段压应力计过程线图

图4 混凝土11#坝段温度计图

5.4 内部温度监测成果与分析

混凝土坝11#、14#和18#内部共布置26 支温度计，截至2019年12月1日，最高温度47.20℃，当前温度为10.20℃～24.80℃，坝内温度趋于平稳。11#坝段的温度计观测资料分析如图4。

6 结论

（1）坝基渗压计测值均是逐渐增大，与上游水位一致性较好，2017年5月上下游围堰拆除后，每支渗压计水位大幅度上升。顺水流方向渗压计的规律为：P1接近上游水位，P5接近下游水位，P2、P3最小，P5大于P2、P3，符合坝基渗流的一般规律。防渗帷幕后的渗压水头明显小于防渗帷幕前，防渗帷幕起到了防渗效果。

（2）基岩变形为-1.89～0.69mm，目前基岩变位计测值为负值，与基岩受压一致，坝基变形很小且变形基本趋于稳定。