四方井粘土心墙堆石坝施工期监测资料分析

熊 磊，吕笑笑，周清勇，刘 智，胡国平

（1. 江西省水利科学院，江西 南昌，330029；2. 江西省水工安全工程技术研究中心，江西 南昌，330029；3. 江西省宜春市袁州区袁北灌区管理局，江西 宜春，336028）

1 工程概况

四方井水利枢纽工程位于赣江流域袁河支流温汤河下游，主坝为粘土心墙堆石坝，坝顶高程155.80m（黄海高程，下同），防浪墙顶高程157.00m，坝顶宽8.0m，坝轴线长338.00m。坝基开挖底高程104.50m，最大坝高51.30m。正常蓄水位152.00m，设计洪水位153.93m（P=1%），校核洪水位154.38m（P=0.05%）。

主坝分心墙、反滤层、过渡层、坝壳堆石四大区。心墙顶宽为4.0m，顶高程为155.80m，心墙上、下游坡度均为1:0.25，最大底宽为30m，心墙基础设置帷幕灌浆、固结灌浆和C25 混凝土基础。心墙上、下游设反滤保护层，反滤层水平厚度分别为3.0m，外侧坡度为1:0.25。反滤层外侧为过渡层，过渡料146.3m 以下为2.0m，以上为1.0m，外侧坡度为1:0.25。

2 测点布置方案

江西省宜春市四方井水利枢纽工程粘土心墙堆石坝设置的监测项目有：主坝表面变形监测、坝体内部沉降变形、渗流压力监测及心墙土压力监测等[1-3]，监测断面布置图见图1（以断面坝纵0+130 为例），监测项目符合设计要求[4-6]，各项目的测点布置如下：

图1 监测断面布置图（以断面坝纵0+130 为例）

2.1 主坝表面变形监测测点布置

表面变形包括坝面的水平位移与垂直位移监测，为同一测点布设。布置为四条观测断面：坝横0+129.5m为8 个；坝横0+142.5m 为9 个；坝横0+004.0m 为10个；0-006.0m 为10 个。共布设37 个测点。水平位移采用视准线法；垂直位移采用精密水准法。

2.2 内部变形测点布置

内部变形监测有：心墙内部水平位移（上下游方向、轴向）与心墙内部沉降监测；下游侧心墙与下游堆石区水平位移与沉降监测；心墙与坝肩错动变形。

2.2.1 心墙内部水平位移与心墙内部沉降监测

心墙内部水平位移（上下游方向）与心墙内部沉降采用测斜沉降管监测，坝轴线上共在坝纵0+130m、坝纵0+190m、坝纵0+250m 设置3 个监测断面。心墙轴向水平位移变形采用土体位移计串监测，共设置2 组土体位移计串，每组含6 支位移计，总跨度60m，起始点位于左右岸坝肩坝轴线位置，埋设高程134.50m。

2.2.2 下游侧心墙与下游堆石区水平位移与沉降监测

下游侧心墙与下游堆石区水平位移与沉降采用水管式沉降仪与水平位移计监测，共设置2 个监测断面（坝纵0+130m 与坝纵0+250m）。每个断面于126.00m高程布置3 套、136m 高程布置2 套、148m 高程布置2套水管式沉降仪与水平位移计。

2.2.3 心墙与坝肩错动变形

心墙与左右岸坝肩压浆板间相对位移采用位错计观测。共设置位错计2 支，位于左右坝肩轴线位置，埋设高程134.50m。

2.3 渗流监测

主坝渗流与绕坝渗流采用渗压计监测。布置3 个监测横断面（坝纵0+130m、坝纵0+190m、坝纵0+250m）与1 个坝轴线监测断面（坝横0+000.0m）。绕坝渗流共布置10 个测点，左右岸各5 个。

2.4 土压力监测

土体压力采用土压力计监测。在坝纵0+130m 断面高程109m 压浆板与粘土接触面布置2 个测点，高程123m 与高程140m 各布置2 个测点。

3 施工期监测资料分析

3.1 坝体内部沉降变形

主坝下游侧心墙与下游堆石区的沉降、水平位移采用水管式沉降仪与水平位移计进行监测，共设置2个监测断面，每个断面于不同高程设3 层测点。由于当前观测房尚未完工，水平位移尚无法观测，施工期只对坝体内部沉降进行观测。各测点以仪器、管路安装埋设完成日期为起测时间点，因此测点测值为相对起测时间的沉降增量。实测坝体沉降施工期测值如图2 所示。

图2 下游侧心墙与下游堆石区沉降测值

由图2 可以看出：（1）各测点测值主要受填筑过程影响，施工期各测点部位沉降量随着坝体填筑迅速增长；大坝填筑到坝顶后，沉降增速迅速降低，沉降变形趋于稳定；（2）从测值量上来看，观测期最大沉降量为295mm（坝纵0+130m 断面V2-6 测点，约1/3 坝高位置，堆石区中部），约占最大坝高的0.58%。施工期主坝下游侧心墙与下游堆石区沉降总体与施工过程相吻合，大坝沉降量较小，压实性能良好，符合混凝土面板堆石坝施工期的一般沉降规律。

3.2 心墙内部沉降变形

心墙内部沉降采用测斜沉降管监测，共设置3 个监测断面：坝纵0+130m 断面、坝纵0+190m 断面、坝纵0+250m 断面。测点位于各断面坝轴线位置，测值见图3。

图3 心墙内部沉降变形测值曲线

由图3 可以看出，各测点沉降随时间均有明显增长，其中填筑初期沉降增量较大，后期增幅降低。观测期最大沉降测值为CX1-3 的281mm，约占最大坝高的0.5%，施工期心墙内部沉降总体与施工过程相吻合，心墙内部沉降量较小，压实性能良好，符合混凝土面板堆石坝施工期的一般沉降规律。

3.3 心墙内部水平位移（上下游方向）

心墙内部水平位移（上下游方向）采用测斜沉降管监测，共设置3 个监测断面：坝纵0+130m 断面、坝纵0+190m 断面、坝纵0+250m 断面。测点位于各断面坝轴线位置，测值见图4。

由图4 可以看出，坝体填筑期各测点水平位移均较小，观测期最大测值为65mm，填筑后期心墙内部水平位移趋于稳定。

图4 心墙内部上下游方向水平位移测值曲线

3.4 心墙轴向水平位移

心墙轴向水平位移变形采用土体位移计串监测，位移计串埋设于近左右岸坝肩60m 范围心墙内，埋设高程近1/2 坝高处。从图5 可以看出各测点心墙累积轴向位移均指向河道中心，且位移量沿程增大。测值变化主要受填筑过程影响，埋设初期，填筑速度快，测点测值增速较大。各测点最大测值为80.19mm（W6（2-6）测点），最大变形量约占最大坝高的0.16%，变形量不大。

图5 主坝心墙轴向水平位移实测过程线

3.5 心墙-坝肩相对位移

心墙与左右岸坝肩间的相对位移通过位错计观测。位错计埋设于近1/2 坝高处。实测近左右岸坝肩与心墙间相对位移如图6 所示。

由图6 可以看出，各测点心墙与坝肩之间的相对位移逐渐增大。测值变化主要受填筑过程影响，埋设初期，填筑速度快，测点测值增速较大。2020 年春节及疫情防控期间，施工停滞，测值增速较低。随着2020 年5月份后坝体逐渐填筑到顶，增速放缓。各测点最大测值为21.99mm（WC2 测点），由于心墙存在沉降，实际测值受沉降影响，测值总体正常。

图6 心墙与坝肩相对位移实测过程线

3.6 孔隙水压力

坝基渗压计测值过程线如图7（a）、（b）、（c）、（d）所示。由图中可以看出，施工期各测点测值总体保持稳定，填筑过程中测点部位未观测到明显超静孔隙水压力；坝基孔压坝纵0+130.0m 防渗帷幕后P2-8 测点为最大测值（108.99kPa），且高于防渗帷幕前P2-7 测点；坝纵0+190.0m 防渗帷幕前测点P3-5 明显高于帷幕后测点P3-6；坝纵0+250.0m 防渗帷幕前测点P4-5孔压水位明显低于帷幕后测点P4-6。水库尚未蓄水，造成这种差异的主要原因是测点部位的地质条件不同。如P4-6 测点，现场施工时发现，测点下游侧约2m 处基岩有明显泉水出渗，表明测点附近基岩裂隙水丰沛。

图7 主坝渗压计实测过程线

施工期各测点测值总体保持稳定，最大测值为108.99kPa（P2-8 测点），孔压分布与现场工况（帷幕前孔压高于帷幕后孔压）相吻合，符合一般分布规律。

3.7 心墙土压力

心墙土体压力通过土压力计监测。土压力计埋设于坝纵0+130m 断面109m、123m、140m 高程心墙上下游侧近反滤层位置。实测心墙土压力如图8 所示。由图可以看出土体压力随埋设高度降低明显增加，同高程的测值相对接近，符合心墙土体压力的一般分布规律。

图8 心墙土体压力实测过程线

3.8 主坝表面变形

主坝表面变形因部分基点建成较晚，测次较少。目前主坝实测最大沉降变形为30mm 左右（河道断面位置），略大于同期内部沉降变形。最大水平位移约10mm左右，水平位移与沉降变形均较小。

4 结 论

以江西省宜春市四方井水利枢纽粘土心墙堆石坝施工期变形、应力监测资料为基础，对其主要监测断面的变形特征和应力分布进行了分析，主要结论如下：

（1）坝体沉降整体规律性良好，堆石区沉降略大于心墙沉降量。

（2）心墙内部水平位移、轴向位移及心墙-坝肩相对位移填筑初期增量较大，后期增幅降低，且测值均较小，测值总体正常。

（3）施工期孔隙水压力各测点测值总体保持稳定，孔压分布与现场工况相吻合，符合孔压一般分布规律。

（4）心墙土压力随埋设高度降低明显增加，同高程的测值相对接近，符合心墙土压力的一般分布规律。