瀑布溝高堆石壩基礎(chǔ)防滲墻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

付興友，唐茂穎，楊興國(guó)，薛新華

（1.國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都，610041；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都，610065）

1 工程概況

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km。電站下游7 km處的烏斯河鎮(zhèn)成昆鐵路漢源火車(chē)站設(shè)置有本工程鐵路轉(zhuǎn)運(yùn)站，108國(guó)道通過(guò)距電站樞紐區(qū)約29 km的漢源縣城，交通方便。瀑布溝水電站以發(fā)電為主，兼有攔沙、防洪等綜合利用效益，是四川電力系統(tǒng)中骨干電站之一。電站樞紐由礫石土心墻堆石壩、左岸地下廠房系統(tǒng)、左岸岸邊開(kāi)敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸放空洞及尼日河引水工程項(xiàng)目和建筑物組成。工程等級(jí)為Ⅰ等工程，主要水工建筑物為1級(jí)。瀑布溝大壩典型剖面圖見(jiàn)圖1。

瀑布溝水電站大壩礫石土心墻下部河床覆蓋層采用兩道各厚1.2 m、中心線間隔14 m的混凝土防滲墻防滲，心墻底面（670.00 m高程）以下最大墻深76.85 m。瀑布溝水電站下游地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。設(shè)計(jì)防滲墻造孔面積18 490 m2，實(shí)際完成造孔面積19 041.75 m2。設(shè)計(jì)防滲墻成墻面積16 456 m2，實(shí)際完成防滲墻成墻面積16 420.44 m2?；A(chǔ)防滲墻上游墻與心墻間采用插入式連接，插入心墻深度為10 m，墻底設(shè)雙排帷幕灌漿，孔距2 m，最大深度為20 m；下游墻與心墻采用廊道式連接，廊道底板高程為673.0 m，墻底設(shè)雙排帷幕灌漿，孔距2 m，最大深度約100 m。防滲墻工程于2006年2月19日開(kāi)工，2006年12月3日完工，總共歷時(shí)9.5個(gè)月，累計(jì)完成造孔成槽工程量19 041.74 m2。上游墻墻下帷幕灌漿于2006年10月14日開(kāi)始施工，2007年2月10日完工。由于瀑布溝壩體高度大，壩址工程地質(zhì)復(fù)雜，近年來(lái)有許多專家學(xué)者對(duì)瀑布溝水電站進(jìn)行了有關(guān)方面的研究［1-9］。主要介紹了瀑布溝防滲墻安全監(jiān)測(cè)情況，供類似工程參考和借鑒。

圖1 瀑布溝水電站大壩典型剖面圖Fig.1 Typical profile of Pubugou hydropower dam

圖2 瀑布溝水電站下游地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological section map downstream of Pubugou hydropower station

2 大壩防滲墻安全監(jiān)測(cè)分析

大壩防滲墻安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括滲壓監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)和應(yīng)變監(jiān)測(cè)三大部分，這三部分也是決定大壩防滲墻能否安全穩(wěn)定工作運(yùn)行的關(guān)鍵。加強(qiáng)滲壓及應(yīng)力應(yīng)變的控制對(duì)工程至關(guān)重要［10］。

2.1 防滲墻監(jiān)測(cè)儀器布置

2.1.1 變形監(jiān)測(cè)

在基礎(chǔ)灌漿廊道洞內(nèi)沿軸線布置一條真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，兩端伸入到該高程左右岸灌漿平洞穩(wěn)定基礎(chǔ)部位，共布設(shè)9個(gè)測(cè)點(diǎn)，用于觀測(cè)防滲墻頂部垂直壩軸線方向和垂直變形。為監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)廊道施工期的沉降以及結(jié)構(gòu)縫的變形情況，對(duì)廊道的沉降以及結(jié)構(gòu)縫的變化情況進(jìn)行觀測(cè)。垂直位移沉降點(diǎn)水準(zhǔn)觀測(cè)共14個(gè)點(diǎn)，包括2個(gè)起算點(diǎn)，12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)；施工縫觀測(cè)在廊道下游側(cè)墻布置10套三向測(cè)縫計(jì)，另外在大壩基礎(chǔ)廊道新埋設(shè)了施工縫變形觀測(cè)標(biāo)志（SC-1型板式三向測(cè)縫計(jì)）13套，埋設(shè)主要位置在樁號(hào)0+177.1 m、0+264.2 m、0+354.2 m的拱頂、拱角及邊墻中部。

2.1.2 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

為了解基礎(chǔ)混凝土防滲墻的受力情況，在下游墻（主防滲墻）樁號(hào)0+240.00 m和0+310.00 m監(jiān)測(cè)斷面，618.00 m、645.00 m和671.00 m高程處各布設(shè)一組雙向混凝土應(yīng)變計(jì)，同時(shí)布置1套無(wú)應(yīng)力計(jì)，共10支應(yīng)變計(jì)和4支無(wú)應(yīng)力計(jì)。在上游墻（輔防滲墻）樁號(hào)0+240.00 m監(jiān)測(cè)斷面，671.00 m、645.00 m和618.00 m高程各布設(shè)一組雙向混凝土應(yīng)變計(jì)，同時(shí)布置1套無(wú)應(yīng)力計(jì)，共6支應(yīng)變計(jì)和1支無(wú)應(yīng)力計(jì)。

2.1.3 滲壓觀測(cè)

上游防滲墻以前、兩道防滲墻之間以及下游防滲墻以后布置滲壓計(jì)14支，用于防滲墻防滲性能的觀測(cè)。

2.2 防滲墻應(yīng)力應(yīng)變分析

下游防滲墻應(yīng)變計(jì)的布置大致分布在高程671 m、高程645 m和高程618 m這三個(gè)高程上，且分別在防滲墻軸線的偏上游和偏下游0.4 m進(jìn)行成對(duì)布置，以便檢驗(yàn)防滲墻是否均勻受壓。成對(duì)應(yīng)變計(jì)之間布置有無(wú)應(yīng)力計(jì)，以便與應(yīng)變計(jì)配合。限于篇幅，僅列出下游防滲墻（樁號(hào)0+240.00）應(yīng)變監(jiān)測(cè)成果，見(jiàn)圖3。

圖3 下游防滲墻應(yīng)變監(jiān)測(cè)成果（樁號(hào)0+240.00）Fig.3 Monitored strain of cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

由圖3可以看出，下游防滲墻各部位的應(yīng)變均為壓應(yīng)變，最大壓應(yīng)變?yōu)?26.7個(gè)微應(yīng)變，說(shuō)明壩基混凝土防滲墻仍有較大的強(qiáng)度富余度。

2.3 防滲墻滲壓分析

在兩道防滲墻之間，樁號(hào)0+240.00和樁號(hào)0+310.00斷面分別埋設(shè)兩支滲壓計(jì)，分別埋設(shè)于同一孔中兩不同高程處。限于篇幅，僅列出0+240.00處的防滲墻滲壓監(jiān)測(cè)成果，見(jiàn)圖4。

圖4 兩道防滲墻之間壩基滲壓監(jiān)測(cè)成果（樁號(hào)0+240.00）Fig.4 Monitored seepage pressure at dam foundation be?tween the two cutoff walls(stake mark 0+240.00)

由圖4可以看出，兩墻之間的滲壓計(jì)換算水位基本上介于上游水位和下游水位之間，變化過(guò)程線隨上下游水位的變化而變化且變化幅度較上游水位小，由此推斷上游防滲墻起到了一定的防滲效果。

2.4 防滲墻變形分析

在下游防滲墻部位沿兩主要監(jiān)測(cè)斷面各布置一測(cè)斜管用于防滲墻的撓度觀測(cè)，目前0+310.00斷面采用活動(dòng)式測(cè)斜儀，0+240.00斷面測(cè)管于2008年5月進(jìn)行固定式測(cè)斜儀替換。樁號(hào)0+240.00斷面的活動(dòng)式測(cè)斜最后一次測(cè)數(shù)時(shí)間為5月9日，5月9日A向（順河向）最大累積位移為朝向下游31.24 mm，發(fā)生在最高測(cè)點(diǎn)高程670.5 m處；B向（垂直河向）最大累積位移為朝向右岸9.44 mm。替換的固定式測(cè)斜儀測(cè)點(diǎn)間距（每隔10 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)）過(guò)大，測(cè)值的連續(xù)性、規(guī)律性一直較差，因此可信度不高。例如，IN11、IN12（高程647～656 m）測(cè)點(diǎn)測(cè)值在2008年11月末和2009年4月底變形量發(fā)生突變，原因難以推理，可能是儀器原因所致，監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 下游防滲墻活動(dòng)式測(cè)斜監(jiān)測(cè)成果（樁號(hào)0+240.00）Fig.5 Monitoring results by movable inclinometer at the cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

圖6 下游防滲墻固定式測(cè)斜監(jiān)測(cè)成果（樁號(hào)0+240.00）Fig.6 Monitoring results by fixed inclinometer at the cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

由監(jiān)測(cè)成果可知：同一測(cè)點(diǎn)的兩支應(yīng)變計(jì)測(cè)值相差較小且變化規(guī)律一致，表明防滲墻未出現(xiàn)明顯的彎曲現(xiàn)象，應(yīng)變空間分布與墻體與兩側(cè)覆蓋層的摩阻力有關(guān)。兩墻之間的滲壓換算水位介于上游水位與下游水位之間，下游防滲墻之后的滲壓變化與下游水位相關(guān)，帷幕后的滲壓監(jiān)測(cè)水位低于上游水位，由此可以判定兩道防滲墻與帷幕均起到了較好的防滲作用。根據(jù)防滲墻活動(dòng)式測(cè)斜（水平位移）監(jiān)測(cè)成果可知，A向（順河向）最大累積位移均發(fā)生在最高測(cè)點(diǎn)處且均朝向下游方向，B向（垂直河向）位移變化則較A向位移的規(guī)律性差。

3 結(jié)論及建議

瀑布溝壩體高度大，壩址工程地質(zhì)復(fù)雜，主要介紹了瀑布溝防滲墻安全監(jiān)測(cè)情況，經(jīng)過(guò)對(duì)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）同一測(cè)點(diǎn)的兩支應(yīng)變計(jì)測(cè)值相差較小且變化規(guī)律一致，表明防滲墻未出現(xiàn)明顯的彎曲現(xiàn)象，應(yīng)變空間分布與墻體與兩側(cè)覆蓋層的摩阻力有關(guān)；

（2）兩墻之間的滲壓換算水位介于上游水位與下游水位之間，下游防滲墻之后的滲壓變化與下游水位相關(guān)，帷幕后的滲壓監(jiān)測(cè)水位低于上游水位，由此可以判定兩道防滲墻與帷幕均起到了較好的防滲作用；

（3）根據(jù)防滲墻活動(dòng)式測(cè)斜（水平位移）監(jiān)測(cè)成果可知，A向（順河向）最大累積位移均發(fā)生在最高測(cè)點(diǎn)處且均朝向下游方向，B向（垂直河向）位移變化則較A向位移的規(guī)律性差。

由于瀑布溝心墻堆石壩壩高接近200 m，且地處深厚的覆蓋層上，壩基和壩體的變形均較大，埋設(shè)在壩基處和壩體內(nèi)部的儀器電纜的走向及保護(hù)尤為重要，尤其在沉降變形不一、變形較大的部位，必須考慮電纜的正確走向并預(yù)留出足夠的電纜裕度以防被壩體的沉降變形破壞。同時(shí)，瀑布溝水庫(kù)為高壩大庫(kù)，經(jīng)歷了兩次蓄水過(guò)程，應(yīng)密切注意各建筑物監(jiān)測(cè)情況。

[1]朱晟,周建波.粗粒筑壩材料的動(dòng)力變形特性[J].巖土力學(xué),2010,31(5):1375-1380.

[2]顧淦臣.土石壩地震工程[M].南京:河海大學(xué)出版社,1989.

[3]林鵬,王仁坤,李慶斌,等.汶川8.0級(jí)地震對(duì)典型高壩結(jié)構(gòu)安全的影響分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(6):1261-1268.

[4]徐晗,汪明元,程展林,等.深厚覆蓋層300 m級(jí)超高土質(zhì)心墻壩應(yīng)力變形特征[J].巖土力學(xué),2008,29(11):64-68.

[5]潘家錚.土石壩[M].北京:水利電力出版社,1981.

[6]盧廷浩,汪榮大.瀑布溝土石壩心墻應(yīng)力變形分析[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,1998,26(2):41-44.

[7]杜延齡.土質(zhì)防滲體高土石壩關(guān)鍵技術(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),1996,18(1):20-28.

[8]王玉龍.瀑布溝水電站是發(fā)展四川經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵工程[J].水力發(fā)電,2000,12:5-7.

[9]白永年,傅文洵.對(duì)土壩劈裂灌漿幾個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)[J].水利建設(shè)與管理,2003,14(5):55-57.

[10]中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.瀑布溝水電站工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2001.