大渡河雙江口水電站心墻堆石壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

李 菁

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)

1 工程概述

雙江口水電站系大渡河干流“三庫(kù) 22級(jí)”梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第 5級(jí)電站,是大渡河干流上游的控制性水庫(kù)。工程區(qū)位于四川省阿壩州馬爾康縣、金川縣境內(nèi)的大渡河上源足木足河與綽斯甲河匯口以下約 2 km河段,距馬爾康縣和金川縣均約45 km。雙江口水電站是以發(fā)電為主的大型水庫(kù)電站,壩址處控制流域面積 39330 km2。

電站采用大壩、首部地下引水發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方式。水庫(kù)正常蓄水位高程 2500 m,水庫(kù)總庫(kù)容約 29億 m3,具有年調(diào)節(jié)能力。電站總裝機(jī)容量為 2000 MW,多年平均年發(fā)電量 80.97億 kW·h。

雙江口水電站為Ⅰ等大(1)型工程,永久性主要建筑物為 1級(jí)建筑物,心墻堆石壩最大壩高為 314m,樞紐主要建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按 1000年一遇洪水設(shè)計(jì),可能最大洪水(PMF)校核,相應(yīng)洪水流量為 6900m3/s和 8860 m3/s。

壩頂高程 2510.00 m,基底為混凝土基座,混凝土基座橫河向?qū)?45.28m,順河向?qū)?152.80 m。基座內(nèi)設(shè)置基巖帷幕灌漿廊道,壩頂寬度 16.00m。

2 滲流滲壓的監(jiān)測(cè)目的

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),世界上已建和在建壩高在230m以上的高土石壩有 12座,其中 300m級(jí)高壩 2座。雙江口水電站心墻堆石壩高度超過(guò) 300 m,工程技術(shù)難度大,大壩在上下游水位差作用下產(chǎn)生的滲流滲壓作用顯著,因此,大壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。通過(guò)監(jiān)測(cè)壩體孔隙水壓力、壩基滲流壓力、兩岸繞壩滲流、滲流量及水質(zhì)分析等內(nèi)容,可為評(píng)價(jià)大壩防滲措施及大壩的運(yùn)行安全提供依據(jù),同時(shí)也為積累工程經(jīng)驗(yàn)提供第一手資料。

3 堆石壩滲流滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證壩體結(jié)構(gòu)布置的合理性,初步了解壩體及基礎(chǔ)在穩(wěn)定滲流期的滲漏量及滲透穩(wěn)定情況,在可研階段進(jìn)行了穩(wěn)定滲流期的壩體及壩基滲流分析。計(jì)算選取河床中壩體最大斷面進(jìn)行。穩(wěn)定滲流期上游水位為正常蓄水位高程 2500.00 m,下游水位取相應(yīng)最低水位高程 2249.50 m。采用有限元計(jì)算分析方法及固定網(wǎng)格迭代法進(jìn)行計(jì)算分析,通過(guò)心墻和壩基的單寬滲流量分別為3.65m3/d和 4.20 m3/d;心墻與混凝土基座的最大接觸坡降為 2.45,心墻其余部位水力坡降均在3.2以下。

大壩滲流監(jiān)測(cè)分為壩體孔隙水壓力監(jiān)測(cè)、壩基滲透壓力監(jiān)測(cè)、繞壩滲流監(jiān)測(cè)、基坑滲透壓力監(jiān)測(cè)、滲流量監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。滲流滲壓監(jiān)測(cè)斷面選取樁號(hào)位置為壩縱 0+418、壩縱 0+178、壩縱 0+280、壩縱 0+530四個(gè)斷面。采用滲壓計(jì)、量水堰、測(cè)壓管和分布式光纖等監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)。典型監(jiān)測(cè)儀器布置見(jiàn)圖 1和圖 2。

3.1 壩體孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

為考察水庫(kù)水位升降時(shí)壩體的滲透壓力變化,在正常蓄水位情況下,計(jì)算結(jié)果顯示:在滲透水流經(jīng)上游壩殼、心墻和下游壩殼進(jìn)入排水體系的流動(dòng)過(guò)程中,滲流能量主要損失在心墻中。因?yàn)樾膲B透系數(shù)比壩殼的滲透系數(shù)小很多,按達(dá)西定律,滲透量與滲透系數(shù)成正比,因此,監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中,在滲流進(jìn)、出口段,滲流各向異性明顯的填筑料處以及浸潤(rùn)線變幅較大處進(jìn)行了加密滲流監(jiān)測(cè)布置。

圖1 大壩縱剖面滲流滲壓監(jiān)測(cè)布置示意圖

圖2 大壩最大橫剖面滲流監(jiān)測(cè)布置圖

壩體孔隙水壓力監(jiān)測(cè)選取最大橫剖面(樁號(hào)壩縱 0+418)和典型剖面(壩縱 0+178、壩縱 0+280、壩縱 0+530)4個(gè)橫剖面作為監(jiān)測(cè)斷面。沿不同高程分別在上游反濾料、心墻和下游反濾料、過(guò)渡層及上游坡的正常高水位與死水位之間進(jìn)行布置,每條線上的測(cè)點(diǎn)數(shù)為 3～7個(gè),共布置了 66支滲壓計(jì)。

最大橫剖面心墻內(nèi)分別在 2450 m、2410 m、2370 m、2330m、2300 m、2280 m、2242m高程分 7層布置滲壓計(jì),每層在上游反濾料、心墻中部和下游反濾料內(nèi)分別布置了 1支滲壓計(jì),下游過(guò)渡層 2242.00 m高程布置了 1支滲壓計(jì)。

通過(guò)對(duì)以上各監(jiān)測(cè)斷面浸潤(rùn)線在不同部位,不同高程處的滲壓監(jiān)測(cè),可以建立空間滲流網(wǎng),用以準(zhǔn)確掌握壩體的滲流狀態(tài)。

3.2 壩基滲透壓力監(jiān)測(cè)

為及時(shí)了解壩基天然巖土層、人工防滲和排水設(shè)施等關(guān)鍵部位滲透壓力的分布情況,監(jiān)測(cè)不同介質(zhì)接觸面可能的滲透破壞,判斷堆石壩基礎(chǔ)的防滲狀態(tài)和排水設(shè)施的工作效能,在壩基內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì),用以監(jiān)測(cè)壩基滲透壓力的變化。

為滿足壩基防滲要求,將大壩心墻底部覆蓋層全部挖除。河床部位心墻及反濾層基礎(chǔ)開(kāi)挖至2196.00m高程。由于心墻基礎(chǔ)部位主要分布有f3、f42、f41小斷層 ,同時(shí),兩岸基巖均發(fā)育有節(jié)理裂隙,基礎(chǔ)面上可能出現(xiàn)張開(kāi)縫。為防止沿?cái)鄬訋Оl(fā)生集中滲漏,保證充填物的滲透穩(wěn)定性,在開(kāi)挖清理完畢后,作混凝土塞以封堵心墻范圍內(nèi)出露的斷層帶和張開(kāi)的節(jié)理裂隙,對(duì)于壩基防滲范圍內(nèi)的斷層帶和節(jié)理裂隙均采用帷幕灌漿處理。

綜合建筑物地下輪廓形狀、壩基地質(zhì)條件、地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及防滲和排水型式等情況,監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)將最大橫剖面樁號(hào)壩縱 0+418(圖 2)和典型剖面壩縱 0+178樁號(hào)、0+280樁號(hào)、0+530樁號(hào)4個(gè)橫剖面作為監(jiān)測(cè)斷面。測(cè)點(diǎn)布置:根據(jù)壩基的不同地質(zhì)條件,在心墻及上下游壩基處分別安裝埋設(shè)滲壓計(jì),用以監(jiān)測(cè)壩基滲透壓力情況。在(壩)0+418.00最大橫剖面防滲帷幕下游測(cè)鉆孔,布置滲壓計(jì) 4支,監(jiān)測(cè)帷幕灌漿后不同高程滲透壓力情況。在左右岸灌漿廊道及基礎(chǔ)廊道內(nèi)布置測(cè)壓管,深入建基面以下 1m。另外,沿基礎(chǔ)廊道,在混凝土面板與心墻接觸面上布置分布式光纖 3000 m,用以判斷其滲流狀況。共布置了 33根測(cè)壓管,74支滲壓計(jì),3000m分布式光纖。

通過(guò)上述監(jiān)測(cè)布置,可基本構(gòu)成壩基監(jiān)測(cè)空間網(wǎng)格,特別是通過(guò)上下游滲透壓力監(jiān)測(cè),可了解壩基的防滲施工效果,為大壩在各種工況下的安全運(yùn)行提供技術(shù)支持。

3.3 繞壩滲流監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)壩肩繞壩滲流情況,沿滲透較集中的滲水層進(jìn)行繞壩滲流測(cè)點(diǎn)布置。擬在左、右岸灌漿廊道內(nèi)各布置 1個(gè)繞壩滲流測(cè)點(diǎn),在帷幕后沿流線方向分別布置 9個(gè)繞滲測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)在靠近壩肩位置布置較密,向下游方向逐漸變稀,以監(jiān)測(cè)大壩蓄水后的繞壩滲流情況,施工期采用水位計(jì)進(jìn)行人工觀測(cè),運(yùn)行期安裝滲壓計(jì),并接入自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)。

3.4 滲流量監(jiān)測(cè)

對(duì)壩體、壩基的滲流量采用分別量測(cè)的方式。在下游壩趾附近排水溝內(nèi)及左岸 2450.00 m高程廊道、2400.00m高程廊道、2350.00m高程廊道和2280.00m高程廊道的集水井,右岸2450.00 m高程廊道、2390.00 m高程廊道、2330.00m高程廊道和 2270.00m高程廊道的集水井,基礎(chǔ)廊道兩端積水井及中部各設(shè) 1個(gè)量水堰和量水堰計(jì),共設(shè)置 13個(gè)量水堰和量水堰計(jì),用以檢驗(yàn)排水設(shè)備和防滲結(jié)構(gòu)的工作情況。

此外,在運(yùn)行期定期人工采集量水堰、繞壩滲流監(jiān)測(cè)孔、壩體排水孔及庫(kù)區(qū)等部位的水樣,對(duì)滲流水和上游庫(kù)水的水樣進(jìn)行 PH值、總堿度、總硬度、離子和礦化度等水質(zhì)分析,以期為大壩的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行反饋信息。

3.5 基坑滲流滲壓監(jiān)測(cè)

由于雙江口水電站堆石壩工程巨大,在施工期基坑內(nèi)積水排干后,圍堰內(nèi)外的水位差增大,此時(shí)滲流量相應(yīng)增大,對(duì)基坑邊坡和底部的動(dòng)水壓力加大,有引起管涌或流土等嚴(yán)重后果的危險(xiǎn)。為了解基坑內(nèi)的滲壓,在基坑內(nèi),沿兩岸岸坡共布置 21支滲壓計(jì)以監(jiān)測(cè)基坑內(nèi)滲壓變化情況,可采用人工測(cè)量滲流量的方法,在施工期監(jiān)測(cè)基坑內(nèi)滲流量的變化,為施工期的安全提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì),可獲得壩體孔隙水壓力、壩基滲透壓力、繞壩滲流等監(jiān)測(cè)成果,達(dá)到了解心墻防滲效果、基礎(chǔ)的防滲狀態(tài)和排水設(shè)施的工作效能以及壩肩繞壩滲流情況的監(jiān)測(cè)目的。