狭窄河谷混凝土面板坝运行监测分析

王恩辉

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程简介

新疆某混凝土面板坝位于河流出山口段，坝址区域呈基本“V”形，河床底宽8-16m，正常水位高程处谷宽约116m。水库总库容1.298×108m3，坝址区50年超越概率10%地震峰值加速度为0.2g，坝址区地震基本烈度为Ⅷ度。最大坝高101m，坝长141.3m，宽高比1.3，下游坝坡在上部约1/3坝高设置10m宽上坝道路与交通洞相接。属大(2)型工程，坝体为1级建筑物。

大坝坝顶高程1934.50m，，上游混凝土面板坡比1∶1.6，下游采用混凝土网格干砌石，坡度为1∶1.5，下游坝坡1904m高程以上设置10m宽上坝公路，1904m高程以下采用交通洞方式与上坝公路相接，同时在1890.00、1870.00m高程各设置一道2m宽的马道，下游坝坡整体综合坝坡1∶1.86。

2 坝体型设计

该工程考虑河谷底部狭窄，机械设备难以展开，河谷趾板开挖难度大，设计充分利用了沥青混凝土心墙坝设计机理，将坝体上游围堰与坝体结合设置刚性薄壁混凝土心墙作为上游围堰防渗体和坝体底部永久防渗体，刚性心墙顶部与坝体上游防渗面板连接。刚性心墙采用现浇型式，基础位于河床坚硬的岩石上，顶高程1860m，最大高度26.5m，顶宽3m，上游侧为垂直坡，下游坡度1∶0.172，刚性心墙通过3.0m宽连接板与河床趾板相接，墙体纵向10m设一条垂直伸缩缝[1]。

坝体上游截流堤顶高程1850m，自戗堤顶下游边线采用1∶2.5坡至刚性心墙顶高程1860m，填筑料质量要求和碾压标准同大坝主堆石料，坡比1∶2.5。上游围堰设计顶高程1873m，刚性心墙下游侧采用坝体填筑标准控制，上游压盖坡度1∶2.5。其中高程1860m以下为刚性心墙防渗，1860m以上利用河床防渗面板与岸坡趾板相连兼做固坡和防渗。

大坝填筑料分混凝土面板上游压盖区和混凝土面板下游坝体填筑区，压盖区分别为压重区和铺盖区，填筑区自上游向下游依次为砂砾石垫层、砂砾石过渡层、主堆石区、下游次堆石料区。坝体填筑料除下游次堆石料区采用建筑物爆破开挖利用料外，其余均采用砂砾石料填筑，其中主堆石区采用砂砾石全料，碾压渗透系数控制在10-2-10-3cm/s；垫层料、过渡料采用砂砾筛分料，碾压渗透系数控制在10-3-10-4cm/s。

混凝土面板采用C30钢筋混凝土，板厚0.3-0.65m，河床部位板宽12m，两岸坡板宽6m，板缝内设置底部止水铜片及表层GB止水。

为减少岸坡开挖，工程岸坡趾板设置贴坡式趾板，水平段长3.0m，岸坡上贴坡长度根据承受水头划分为3-4m。河谷趾板与刚性心墙墙之间设置3.0m宽混凝土连接板，协调趾墙与趾板之间变形。

图1 大坝典型剖面图

为提高岸坡部位填筑料压实度，降低变形量，将两次岸坡处砂砾垫层料和过渡料下游延伸10-70m；同时考虑趾墙下游与岩石陡坡之间间距较小，不便于分区，全部采用垫层料填筑。

3 坝体运行状态分析

本工程坝体于2010年初开始填筑，2011年11月30日填筑到顶。水库于2012年7月28日下午下闸蓄水，8月3日水位达到1923m高程，溢洪道开始过水，8月8日达到水位1927.2m，后因左岸古河槽渗水于2012年10月11日水库开始放水，至2012年11月1日水库基本放空，进行古河槽防渗墙处理。2014年二次蓄水至今基本保持在正常蓄水位附近运行。

3.1 坝体内部变形

选取河床高填筑坝段设置水管式沉降仪和引张线式位移计，监测坝体内部变形，自2011年底至今内部变形监测数据相对较稳定，沉降变形等势线图见图2，最大沉降变形发生在坝轴线下游的次堆石区，最大沉降量492mm，沉降量占填筑坝高0.5%，且已趋于稳定。

图2 坝体内部沉降变形等势线图

根据监测资料分析，施工期、竣工期坝体均产生自中轴线向两边的顺河向水平位移，并在中轴线两侧达到峰值区；库区蓄水后，坝体向下游的水平位移量明显增加，向上游的水平位移减小；但整体位移量均不大，最大水平位移量均发生约占坝体1/2坝高的中轴线偏上游侧，蓄水前为向上游偏移35.3mm，蓄水后向下游偏移45.9mm。

坝体顺坝轴线向水平位移，由布置于坝体两岸坡的2点式位移计监测，位移计布设高程1910m的坝轴线上，坝体填筑过程中，纵向位移缓慢增长，2011年11月30日大坝填筑到顶后，坝体纵向位移开始趋于稳定，水库开始蓄水后，坝体内部纵向位移均有少量增长，但增加幅度很小，最大变化3.11mm。右侧监测数据较左侧较左侧偏大，目前已趋于稳定，监测数据40.28mm。坝体内部纵向位移受坝体填筑高度及坝体内部沉降影响较大，水库蓄水对坝体内部纵向位移影响甚微。

3.2 坝体渗流

在刚性心墙底部帷幕灌浆前后布置了3只渗压计，其中1支于帷幕前，2支位于帷幕后，顺河向沿主河床基岩线间隔40m布设1支渗压计，监测坝体顺河向扬压力变化，另在两岸坡及河床趾板下游共布设6支渗压计，监测趾板结构缝止水效果。水库初次蓄水前后心墙帷幕前后的渗压计与库水位基本同步，趾板后渗压计与库水位相差约20m水头，坝基渗压计测值很小，最大14.35kPa，坝后量水堰测值最大为25L/s。水库2次蓄水后心墙底部上游侧部位渗压计损坏，其余渗压计测值较初次蓄水变化不大，同时都随库水位的变化有所变化，坝后量水堰测值在12.1L/s-18.6L/s。由此可见坝体渗漏量不大，刚性心墙、趾板及面板整体防渗效果良好[2]。

3.3 面板应变

在坝体中间主河床部位混凝土面板沿高程设置2向应变计，监测面板应变情况。从监测成果看蓄水前面板水平向及顺坡向应力应变均以拉应变为主，水平向最大值为52.79με，顺坡向最大值77.42με，蓄水至正常蓄水位时混凝土面板受水压力作用，水平向及顺坡向均测得压应变值，最大压应变位于河床底部，最大值为-241.59με，混凝土面板应变量较不大，面板工作正常。

3.4 结构缝开合度

1)面板缝：

根据埋设的混凝土面板板间缝测缝计监测成果，在首次蓄水前板间缝均呈张开状态，但开合度较小，均在1.0mm以内，且变幅很小，开合度变化量在0.5mm以内。2012年 7月28日开始蓄水至8月5日达到最高水位期间，板间缝开合度略有增加，但变幅变化为超3.0mm，蓄水至稳定后开合度基本保持稳定。板间缝开合度随水位起伏略有变化，变幅在0.5mm以内，均在设计允许范围内。

2)周边缝：

趾板浇筑过程中，在岸坡趾板、河床趾板、刚性心墙与连接板、连接板与趾板之间共设置10支向测缝计。但水库蓄水发现刚性心墙与连接板间测缝计损坏，由于测缝计处于上游盖重料下部，无法进行更换，未能对刚性心墙顶部开合度进行监测。其余测缝计在两次蓄水前后开合度基本稳定，岸坡周边缝水平张开均不超20mm，沉降不超25mm；连接板与趾板结构缝水平张开不足10mm，沉降约53mm均，其结构开合度均在设计允许范围内。

4 结 语

项目建设采用上游围堰和坝体的结合，设置刚性心墙作为坝体永久防渗兼做围堰防渗体的方案，即解决了河谷底部场内狭窄施工机械难以布置的困局，同时克服了狭窄河谷趾板开挖难以协调的复杂性，优化了面板整体体型改善面板受力。从运行几年来的监测数据反映，坝体变形、渗流、面板应力应变及结构缝的开合度均在设计允许范围内，坝体运行正常，不仅为该工程的设计、施工提供了可靠依据，其研究成果也加深对面板堆石坝坝体结构优化的深入研究，可对以后类似工程提供一定的参考借鉴。