雙溝面板堆石壩蓄水期壩內(nèi)水平位移分析

曲大力，薛立梅

（1.松遼水利委員會，吉林 長春 130021；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長春 130021）

雙溝面板堆石壩蓄水期壩內(nèi)水平位移分析

曲大力1，薛立梅2

（1.松遼水利委員會，吉林 長春 130021；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長春 130021）

雙溝混凝土面板堆石壩的水平位移采用弦式土體位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。文章結(jié)合雙溝混凝土面板堆石壩工程，通過對水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和比較，分析了堆石壩在蓄水前后水平位移的變化規(guī)律，提出大壩工程蓄水期安全運(yùn)行的合理建議，為同類工程提供了有益的參考。

弦式土體位移計(jì)；混凝土面板堆石壩；水平位移

混凝土面板堆石壩以其安全性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性較優(yōu)，并能解決開挖堆渣問題等優(yōu)勢，在我國發(fā)展很快。壩體內(nèi)部水平位移觀測是堆石壩安全監(jiān)測的一個重要監(jiān)測項(xiàng)目，對于評價壩在蓄水前后的水平位移變化，監(jiān)測大壩運(yùn)行狀態(tài)都很重要。

1 工程概況

松江河梯級水電站位于吉林省東南部山區(qū)撫松縣境內(nèi)的漫江及松江河上，梯級電站由小山、雙溝、石龍 3 座水電站，以及松山、三道松江河 2 個引水工程組成。

雙溝水電站為松江河梯級電站第二級電站，壩址位于吉林省撫松縣境內(nèi)的松江河上。樞紐工程由混凝土面板堆石壩、岸坡溢洪道、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等建筑物組成。水庫死水位 567.00 m，正常蓄水位 585.00 m，設(shè)計(jì)洪水位 586.58 m，校核洪水位 588.56 m，相應(yīng)最大入庫流量 5 766 m3/s，最大出庫流量 5 000 m3/s。水庫有效庫容 1.47×108m3，水庫總庫容 3.88×108m3，為多年調(diào)節(jié)水庫。

混凝土面板堆石壩最大壩高 110.50m，壩頂長294 m，壩頂寬度 10 m，壩頂高程為 590 m。壩體填筑為全斷面填筑，堆石區(qū)填筑料絕大部分是中侏羅系鞍山巖。大壩主堆石體于 2005 年 10 月開始填筑，2009 年 7 月填筑至壩頂高程。

2 土體位移計(jì)的布置

在堆石體上沿上下游方向挖出一個窄而平的溝，將土體位移計(jì)的傳感器放入溝中，可用于測量壩體的水平位移。

放入傳感器后，填入已去掉粒徑大于 20 mm石塊的填土。在底部為法蘭留出一個凹槽，以保證傳感器相對平直。填土?xí)r的傳感器以上的最初用手壓實(shí)，之后才用通常方法填壓。土體位移計(jì)的傳感器固定在一個法蘭端，法蘭連接處能自由滑動。通過一定長度的傳遞桿連至另一個法蘭端。傳感器和傳遞桿外套一根給定長度（儀器長度）的塑料保護(hù)管來固定2個法蘭端，確保連桿固定不動。土體位移計(jì)的觀測電纜與沉降儀的觀測電纜穿在同一個保護(hù)管內(nèi)引入下游觀測房。

測點(diǎn)的布設(shè)以上游主堆石為主，下游次堆石區(qū)為輔的原則布設(shè)。選擇壩下游以 514，539，564 m的 3個高程馬道所在作為監(jiān)測高程，順流向布設(shè) 3條測線。共布置弦式土體位移計(jì) 13套。儀器為進(jìn)口基康儀器公司的 GK-443 型，量程20 cm，精度0.5%F.S。在監(jiān)測斷面所對應(yīng)的下游馬道的不同高程上建觀測房，觀測房采用全內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，在觀測房的外邊設(shè)置外部監(jiān)測墩，使內(nèi)部監(jiān)測與外部監(jiān)測聯(lián)系起來。儀器的電纜與管路均引至下游相應(yīng)高程的觀測房內(nèi)。

3 分層水平位移分析

1）位移計(jì)算說明。國內(nèi)多數(shù)工程受現(xiàn)場施工條件限制，往往施工期外部變形觀測投入運(yùn)行的時間較晚，與堆石體內(nèi)部觀測不能同步進(jìn)行，使得內(nèi)部變形觀測無法獲得外部的基準(zhǔn)，此工程也是如此。因而內(nèi)部變形觀測位移值的計(jì)算，以較為合理的相對值來計(jì)算。

根據(jù)堆石壩水平位移變化的一般規(guī)律，同時由于埋設(shè)儀器為全斷面埋設(shè)，主堆與次堆石區(qū)全部填筑完成，壩軸線處測點(diǎn)的水平位移接近為零，由此計(jì)算上下游各水平位移測點(diǎn)的位移近似于接近測點(diǎn)處的絕對位移，土體位移計(jì)計(jì)算原理圖，見圖 1。

由于相鄰各點(diǎn)沉降的差值不大，由此帶來的測桿長度的變化忽略。

各點(diǎn)水平位移計(jì)算如下：

S1=△1+△2+△3 （1）

S2=△2+△3 （2）

S3=△3 （3）

S4=0（假定） （4）

S5=△4 （5）

S6=△4+△5 （6）

S7（觀測房）=△4+△5+△6 （7）

位移正負(fù)號規(guī)定：向下游為正；向上游為負(fù)。

2）514 m 高程水平位移過程曲線分析。由圖 3可知，在 2009 年 9 月 21 日開始蓄水,蓄水后 H 1-01，H 1-02，H 1-03 水平位移隨著水位的升高向下游變化，而 H 1-05，H 1-06、測站向上游略有變化。各支儀器的水平位移變化規(guī)律性較強(qiáng)。自2010 年 5 月 1 日水位達(dá)到最高后水平位移也趨于平穩(wěn)變化。

圖1 土體位移計(jì)計(jì)算原理圖

圖2 514 m 高程水平位移測值過程曲線

圖3 539m 高程水平位移測值過程曲線

3）539 m 高程水平位移過程曲線分析。由圖 3可知，測點(diǎn) H 2-01 和 H 2-02 兩點(diǎn)的變化規(guī)律基本相同，只是位移值不同，測點(diǎn) H 2-03，H 2-04 及EL539 測站水平位移則很小。從 2009 年 9 月 21 日開始蓄水后，H 2-01 和 H 2-02 位移向下游，自2010 年 5 月 1 日水位達(dá)到最高后水平位移也趨于平穩(wěn)變化。

圖4 564m 高程水平位移測值過程曲線

4）564 m 高程水平位移過程曲線分析。由過程線圖4可知，該高程測線的各水平位移的變化規(guī)律與 514 m 高程測點(diǎn)完全一致，只是量值相對較小。自 2010 年 5 月 1 日水位達(dá)到最高后水平位移也趨于平穩(wěn)變化。

表1 上游面測點(diǎn)水平位移變幅統(tǒng)計(jì)表

5）變幅統(tǒng)計(jì)表。H 1-01（高程 514）、H 2-01（高程 539）、H 3-01（高 程 564）變 幅變 化 明顯，隨 著高程升高變幅變小，變化規(guī)律符合大壩變形規(guī)律。

4 結(jié)論

1）大壩蓄水過程中，水平位移隨著水位的升高向下游變化，靠近上游面的測點(diǎn)測值變幅變化大。

2）水平位移測值變幅隨著高程的升高而減小。

［1］吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］.南京：河海大學(xué)出版社，1990.

［2］趙志仁.國外大壩安全監(jiān)測及資料分析技術(shù)綜述［J］.水利水電技術(shù),1988（5）.

［3］張進(jìn)平.大壩安全監(jiān)測決策支持系統(tǒng)的開發(fā).中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報［J］.2003，1（3）.

［4］酈能惠.土石壩安全監(jiān)測分析評價預(yù)報系統(tǒng)［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

TV5

B

1002－0624（2014）10－0057－02

2014-01-15