吉勒布拉克堆石壩施工期內(nèi)部沉降分析

吉宏軍，何 焱，張維科，趙 陽(yáng)，王春樹(shù)，卞紅娟

（1.江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；

2.四川省水文水資源勘測(cè)局，四川 成都 610036）

吉勒布拉克堆石壩施工期內(nèi)部沉降分析

吉宏軍1，何 焱2，張維科1，趙 陽(yáng)1，王春樹(shù)1，卞紅娟1

（1.江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；

2.四川省水文水資源勘測(cè)局，四川 成都 610036）

混凝土面板堆石壩施工期的內(nèi)部沉降觀測(cè)可通過(guò)水管式沉降儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)可用來(lái)指導(dǎo)大壩的施工進(jìn)度和質(zhì)量控制。以新疆吉勒布拉克水電站混凝土面板攔河大壩為例，介紹水管式沉降儀沉降測(cè)點(diǎn)的布置情況，闡述測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)值的選擇及技術(shù)指標(biāo)的要求，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，從相同高程處、同一觀測(cè)斷面處、不同沉降時(shí)間等幾方面分析沉降規(guī)律，進(jìn)行誤差分析，并與國(guó)內(nèi)外其他工程進(jìn)行比較，分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明，堆石壩施工期的內(nèi)部沉降符合一般規(guī)律。

混凝土面板；堆石壩； 施工期；內(nèi)部沉降 ；水管式沉降儀；沉降規(guī)律

0 引言

混凝土面板堆石壩造價(jià)低，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，近年來(lái)得到了快速發(fā)展。混凝土面板堆石壩主要靠面板防滲，如果混凝土面板變形過(guò)大，引起開(kāi)裂，防滲失效，將危及大壩自身安全，因此混凝土面板堆石壩的內(nèi)部沉降觀測(cè)很重要。

混凝土面板堆石壩內(nèi)部沉降觀測(cè)常用的儀器有：水管式沉降儀、液壓式沉降儀和沉降磁環(huán)等[1]。國(guó)內(nèi)面板堆石壩內(nèi)部沉降大多采用水管式沉降儀進(jìn)行觀測(cè)。

新疆吉勒布拉克水電站混凝土面板攔河大壩也是通過(guò)在壩體內(nèi)布置水管式沉降儀測(cè)點(diǎn)的方法，監(jiān)測(cè)堆石壩體內(nèi)的實(shí)際沉降量，用儀器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析堆石壩體在施工期的內(nèi)部沉降變化。

1 沉降測(cè)點(diǎn)布置

水管式沉降儀一般水平布置在監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)不同高程處，同一高程測(cè)線間隔布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)線末端布置觀測(cè)房作為觀測(cè)基點(diǎn)和場(chǎng)所[2]。

吉勒布拉克水電站大壩內(nèi)部沉降測(cè)點(diǎn)按照布置原則，在大壩 0+ 261.00 m 斷面 EL650.000 m 高程約 1/3 壩高處，自上游向下游布置水管式沉降儀測(cè)點(diǎn)ES3-8～ES3-1，共 8 支儀器；在大壩 0+ 261.00 m和 0+ 305.00 m 斷面 EL686.000 m 高程約 1/2 壩高處，自上游到下游布置了 2 套內(nèi)部沉降測(cè)點(diǎn) ES2-6～ES2-1 及 ES5-6～ES5-1，共 12 個(gè)測(cè)點(diǎn)；在大壩0+ 261.00 m 和 0+ 305.00 m 斷面 EL720.000 m 高程約 2/3 壩高處，自上游到下游布置 2 套內(nèi)部沉降測(cè)點(diǎn)ES1-4～ES1-1 及 ES4-4～ES4-1，共 8 個(gè)測(cè)點(diǎn)。大壩內(nèi)部水管式沉降儀觀測(cè)點(diǎn)合計(jì) 28 個(gè)，2 個(gè)觀測(cè)斷面位于壩基穩(wěn)定性相對(duì)薄弱的位置，沉降測(cè)點(diǎn)的安裝位置能較大限度地反映大壩的內(nèi)部沉降情況，所有測(cè)點(diǎn)的安裝隨著壩體的填筑進(jìn)行。

2 觀測(cè)成果

2.1 基準(zhǔn)值選擇及技術(shù)指標(biāo)

在測(cè)點(diǎn)墩施工完成、壩體回填之前，用精密水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)點(diǎn)的安裝高程，從而得到出水口高程，即觀測(cè)房水管內(nèi)液面高程，并以此作為該水管式沉降儀測(cè)點(diǎn)的基準(zhǔn)值；壩體回填后盡快完成相應(yīng)觀測(cè)房的施工，管路加注專用液體并檢查是否正常工作。水管式沉降儀的技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，具體技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

大壩施工期的沉降是由壩體壓實(shí)和堆石體的流變引起的?；靥钔馏w用振動(dòng)碾重復(fù)振動(dòng)可使堆石壩的顆粒和塊體位置重新排列，堆石體空隙減少，密度增加，并改善物理力學(xué)性質(zhì)，使壓縮沉降量降低，強(qiáng)度提高，穩(wěn)定性增強(qiáng)。

參考相應(yīng)部位觀測(cè)房處的沉降觀測(cè)點(diǎn)，在觀測(cè)房?jī)?nèi)測(cè)出連通管一個(gè)端口的液面高程，便可知另一端（測(cè)點(diǎn)）的液面高程，某次高程測(cè)值與初始高程測(cè)值之差即為該測(cè)點(diǎn)的沉降量，向下沉降為正值，反之為負(fù)值。

式中：h0，hi分別為測(cè)量水管中的液面刻度的初始及第 i 次讀數(shù)；H0，Hi分別為觀測(cè)房基點(diǎn)高程的初始和第 i 次讀數(shù)。

2.2.1 相同高程處的沉降規(guī)律

在 0+ 261.00 m 斷面 EL650.000 m 高程處，從8 個(gè)水管式沉降儀的測(cè)量數(shù)據(jù)看，壩體內(nèi)靠近上下游側(cè)的測(cè)點(diǎn)部位荷載小，這些測(cè)點(diǎn)沉降量相對(duì)于壩軸線附近測(cè)點(diǎn)的沉降量要小。到目前為止，該高程ES3-4 的沉降量最大，為 0.640 m；ES3-8 沉降量最小，為 0.380 m。

在 0+ 261.00，0+ 305.00 m 斷面 EL686.000 m 高程處，從 12 個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，沉降仍然遵循荷載越大沉降量越大的規(guī)律，并且 0+ 261.00 m 斷面（最大壩高斷面）沉降略大于 0+ 305.00 m 斷面沉降量。其中 0+ 261.00 m 斷面 ES2-4 測(cè)點(diǎn)最大沉降量為 1.175 m，0+ 305.00 m 斷面 ES5-6 測(cè)點(diǎn)沉降最小，為 0.373 m。觀測(cè)成果表明大壩軸線附近沉降量最大，向上下游側(cè)沉降量逐漸減小。

在 0+ 261.00，0+ 305.00 m 斷面 EL720.0 m 高程處，水管式沉降儀觀測(cè)房于 2013 年 6 月安裝完成。對(duì)于 8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，從觀測(cè)臺(tái)水位高程與安裝時(shí)的沉降頭水位高程比較來(lái)看，位于壩軸線附近的 ES1-2和 ES4-2 沉降量最大，分別為 0.922 和 0.853 m；位于壩軸線下游的測(cè)點(diǎn)沉降量次之；軸線上游的沉降量最小，其中 ES1-4 沉降為 0.344 m，ES4-4 沉降量為 0.188 m。

從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，相同高程處因壩軸線附近壩體的壓縮性大于壩體上下游側(cè)，所以壩軸線附近測(cè)點(diǎn)的沉降量大于壩體上下游測(cè)點(diǎn)的沉降量。

2.2.2 同一觀測(cè)斷面處的沉降規(guī)律

從 0 ＋ 261.00 m 觀測(cè)斷面的 EL650.000，EL686.000，EL720.000 m 3 個(gè)高程的沉降觀測(cè)成果看，位于中部高程的壩軸線附近沉降量最大。該觀測(cè)斷面 EL686.000 m 高程沉降變形最大沉降量為1.175 m，發(fā)生在壩軸線上游的第 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)（橫向樁號(hào) 0～40）；壩軸線處的沉降量為 1.143 m。

從 0 ＋ 305.00 m 觀測(cè)斷面的 EL686.000，EL720.000 m 2 個(gè)高程的沉降觀測(cè)成果看，兩者最大沉降量比較接近。該觀測(cè)斷面 EL686.000 m 處沉降量最大為 0.949 m，發(fā)生在壩軸線部位；EL720.000 m處沉降量最大為 0.853 m，也發(fā)生在壩軸線部位。0+ 261.00 和 0+ 305.00 m 斷面沉降分布如圖1 和 2所示。

通常壩體最大沉降量發(fā)生在壩體中部，即 h =（1/2）H 時(shí)（h 表示沉降量最大位置的壩體高度；H表示壩體最大高度）[4]。從不同高程沉降測(cè)點(diǎn)的最大沉降量數(shù)據(jù)可以看出，隨著壩體填筑加高、灑水碾壓加強(qiáng)，壩體內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的壓縮性均大于近壩基部分堆石體的壓縮性；2 個(gè)斷面壩體內(nèi)部沉降量均大于壩基部分的沉降量，這也符合一般沉降規(guī)律。各測(cè)點(diǎn)最大沉降量統(tǒng)計(jì)信息如表2～4 所示。

2.2.3 不同沉降時(shí)間的沉降規(guī)律

大壩各個(gè)部位的沉降主要發(fā)生在大壩填筑初期。從發(fā)生最大變形的 ES2-3 和 ES2-4 這 2 個(gè)測(cè)點(diǎn)看，到 2013 年 6 月，最大沉降量分別為 1.143 和1.175 m。這 2 個(gè)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)間為 2012 年 5 月 26 日，在觀測(cè)房形成之前（2012 年 9 月 2 日），大壩在不斷地加高碾壓至 EL740.000 m 高程時(shí)，測(cè)點(diǎn)沉降量相對(duì)較大，分別為 0.749，0.769 m，3 個(gè)月時(shí)間內(nèi)的沉降占累計(jì)沉降量的 65.5%，65.4%。從 2012 年 9 月到 2013 年 6 月的 10 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)大壩主體已基本完成，碾壓施工集中在壩頂部分，荷載較小，此時(shí)的沉降量相對(duì)較小，占總沉降量的 34.5%，34.6%，表明沉降變形主要集中在大壩填筑初期，目前沉降量趨于穩(wěn)定。

EL650.000 m 高程的水管式沉降儀隨著大壩的施工而沉降，其中大壩上游側(cè)測(cè)點(diǎn)沉降略小于大壩下游側(cè)測(cè)點(diǎn)，2012 年 10 月當(dāng)大壩堆砌碾壓到EL720.000 m 高程處，EL650.000 m 高程的各個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降量比碾壓前要大，碾壓過(guò)程中該高程壩體下游側(cè)測(cè)點(diǎn) ES3-1，ES3-2 出現(xiàn)短暫的抬升現(xiàn)象，這 2 處的抬升情況與常規(guī)略有不同，需連續(xù)關(guān)注。隨著大壩的加高，EL650.000 m 高程處的各測(cè)點(diǎn)沉降逐漸穩(wěn)定，其他部位的沉降變形也趨于穩(wěn)定。

2.3 測(cè)量數(shù)據(jù)誤差分析

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)較為接近，施工過(guò)程中的不確定因素造成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不可能完全一致，而且實(shí)際測(cè)量過(guò)程中也無(wú)法避免產(chǎn)生一定的誤差。

水管式沉降儀一般在大壩填筑到一定高程后才開(kāi)始埋設(shè)儀器測(cè)點(diǎn)，對(duì)埋設(shè)測(cè)點(diǎn)高程以下的部分則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。從多個(gè)面板堆石壩實(shí)測(cè)資料來(lái)看，受壩后觀測(cè)房施工的影響，沉降初次觀測(cè)時(shí)間一般要比測(cè)點(diǎn)安裝時(shí)間晚 1～2 個(gè)月，這樣觀測(cè)房施工期間的水管式沉降儀測(cè)點(diǎn)無(wú)法觀測(cè)導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)沉降明顯偏小[2]，而且測(cè)點(diǎn)安裝到觀測(cè)房施工完成階段的沉降量變化過(guò)程也無(wú)法獲得。

按照現(xiàn)行規(guī)范要求，為保證觀測(cè)質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)水管式沉降儀設(shè)備時(shí)仍有相當(dāng)一部分工程采用整體坡降法埋設(shè)，即從上游測(cè)點(diǎn)到下游觀測(cè)房的坡降一般為 1% 左右[3]。堆石壩的分段施工對(duì)整體坡降的控制帶來(lái)一定的困難，若測(cè)點(diǎn)之間不均勻沉降量較大，管路形成倒坡，延緩排水速度甚至造成排水不暢，這也給水管式沉降儀的測(cè)量帶來(lái)一定的誤差。

水管式沉降儀的觀測(cè)一般利用觀測(cè)房?jī)?nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是利用水準(zhǔn)法測(cè)量的，水準(zhǔn)法測(cè)量一般存在 2 mm 左右的誤差，加上水管刻度尺讀數(shù)誤差，水管式沉降儀的測(cè)量誤差一般在 3 mm 左右。

測(cè)量誤差始終存在，只有在施工和測(cè)量的過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求操作，才能盡可能地減小測(cè)量誤差。

2.4 與國(guó)內(nèi)其他工程的比較統(tǒng)計(jì)

吉勒布拉克混凝土面板堆石壩的內(nèi)部沉降規(guī)律與國(guó)內(nèi)外諸多工程內(nèi)部沉降規(guī)律相符，類似工程沉降量統(tǒng)計(jì)如表5 所示。

從國(guó)內(nèi)外多個(gè)面板堆石壩內(nèi)部沉降量比較可以看出，已建工程中巴西的 Areia 壩、天生橋一級(jí)、小山的沉陷略大，其余工程沉降量均較小。表5 顯示大多數(shù)堆石壩在施工期因?yàn)槎咽w流變性較大，所以沉降量也較大；蓄水前大壩已基本碾壓完成，壩體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，蓄水期壩體內(nèi)部沉降量較小。

3 結(jié)語(yǔ)

吉勒布拉克水電站混凝土面板攔河大壩施工期長(zhǎng)，強(qiáng)度高，觀測(cè)數(shù)據(jù)表明大壩目前的最大沉降量為 1.175 m（發(fā)生在壩體中間高程、壩軸線附近），最大沉降量占總壩高的比例為 0.83%（最大壩高以 140.3 m 計(jì)），與設(shè)計(jì)沉降值基本接近。壩體內(nèi)部最大沉降測(cè)點(diǎn)位于壩體內(nèi)中間高程位置，施工期的沉降量大于蓄水期的沉降量，目前來(lái)看吉勒布拉克大壩內(nèi)部沉降量符合一般規(guī)律。施工期內(nèi)部沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)為大壩的施工進(jìn)度和質(zhì)量控制提供了可靠的依據(jù)；但大壩剛建成不久，堆石壩體還不是很穩(wěn)定，內(nèi)部沉降還有待長(zhǎng)期觀察。

[1] 貢保臣，劉愛(ài)梅，陸聲?shū)櫍?堆石壩內(nèi)部沉降觀測(cè)方法淺析[J].水力發(fā)電，2007 (10): 98.

[2] 顧永明，陳樹(shù)聯(lián)，王偉.面板堆石壩壩體沉降監(jiān)測(cè)方法技術(shù)總結(jié)[J].西北水電，2011 (1): 67-68.

[3] 李之中，李杰，鄭水華，等.水管式沉降儀的幾點(diǎn)改進(jìn)措施[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2010 (6): 31-32.

[4] 閆生存，胡穎，常曉林，等.面板堆石壩沉降估算方法探討[J].人民長(zhǎng)江，2004 (5): 12.

Inside Settlement Analysis of Gilles Braque Rockfill Dam during Construction Period

JI Hongjun1, HE Miao2, ZHANG Weike1, ZHAO Yang1, WANG Chunshu1, BIAN Hongjuan1

(1.Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China;
2.Bureau of Sichuan Hydrology and Water Resources Survey, Chengdu 610036, China)

Inside settlement observation of concrete block rockfill dam during construction period can be done by hydraulic overflow settlement gauge.Real-time observation data can be used to guide the dam's construction schedule and quality control.Taking Xinjiang Gilles Braque hydropower station concrete block rockfill dam as an example, it introduces measuring point arrangement of the gauge, describes the selection of reference value and the requirement of technical index of measuring point.According to the observed data, it analyses settlement rule from several aspects, such as the same height, the same observation section, different settling time.It carries out the error analysis, and compares with other projects at home and abroad.The statistical analysis results show that inside settlement of the rockfill dam during construction period is accordance with general rules.

concrete face; rockfill dam; construction period; inside settlement; hydraulic overflow settlement gauge; settlement rule

TV641.4

A

1674-9405(2014)06-0040-04

2014-04-06

吉宏軍（1984－），男，江蘇海安人，本科，主要研究方向：大壩安全監(jiān)測(cè)。