呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩施工期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析*

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(1.中國水利水電科學(xué)研究院北京中水科工程總公司，北京 100038；2.中國長江三峽集團公司，北京 100038)

呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩施工期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析*

武學(xué)毅1，李忠彬2，熊成林1，任家正1

(1.中國水利水電科學(xué)研究院北京中水科工程總公司，北京 100038；2.中國長江三峽集團公司，北京 100038)

經(jīng)對呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩施工期長序列監(jiān)測資料進行分析，發(fā)現(xiàn)堆石壩施工期相對沉降量最大為858mm，約占壩高1.2%。其中填筑期最大沉降量為724mm，發(fā)生在10環(huán)附近，占施工期總沉降量的84.4%，相對穩(wěn)定期最大沉降量為193mm，發(fā)生在頂部，占施工期總沉降量的22.4%，不同高程壩體沉降總體表現(xiàn)為靠近壩軸線大，靠近兩壩坡小。壩體水平位移在12mm以內(nèi)。壩體與壩基間剪切位移已基本趨于收斂，最大值在16mm以內(nèi)。壩基總體表現(xiàn)為無水壓狀態(tài)，繞壩滲流水位總體較低。壩頂鋼筋籠內(nèi)鋼筋應(yīng)力變化主要受溫度影響。結(jié)果表明：目前該電站上水庫堆石壩各監(jiān)測物理量處于穩(wěn)定狀態(tài)或已基本趨于收斂，堆石壩總體處于安全狀態(tài)。

安全監(jiān)測；呼蓄電站；堆石壩；施工期；數(shù)據(jù)分析

1 工程概況

呼和浩特抽水蓄能電站位于呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫工程等組成。其中上水庫位于料木山頂峰的東北側(cè)，地層巖性主要為呂梁期片麻狀黑云母花崗巖和第四系殘坡積物及少量的沖洪積物,建筑物主要包括瀝青混凝土面板堆石壩、庫盆和排水系統(tǒng)。瀝青混凝土堆石壩壩頂高程為1943.0m，最大填筑厚度為71m，上、下游壩坡均為1∶1.75，瀝青混凝土面板下依次為3.0m寬墊層、3.0m寬過渡層，過渡層后為主堆石區(qū)，主堆石區(qū)在壩軸線外與次堆石區(qū)相接。全庫盆采用瀝青混凝土防滲，防滲面積約為24.48萬m2。

堆石壩施工期壩體變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，將為判定壩體穩(wěn)定、面板攤鋪時間提供決策依據(jù)[2-6]，也將對設(shè)計方案反饋分析提供數(shù)據(jù)支撐[7]。

2 監(jiān)測儀器布置

呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩主要對壩體變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等方面進行了監(jiān)測布置，共布設(shè)有5個主要監(jiān)測斷面。監(jiān)測斷面位置及監(jiān)測項目統(tǒng)計情況見下表，上水庫典型監(jiān)測斷面圖見下頁圖1。

上水庫壩體壩基監(jiān)測斷面位置及監(jiān)測項目統(tǒng)計表

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 壩體分層沉降

3.1.1 沉降時間分布

呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩于2011年7月開始填筑，同年12月基本填筑到頂，從壩體整個施工過程看，壩體相對沉降主要發(fā)生在填筑期(從開始填筑至填筑基本完成為填筑期，填筑期至蓄水前為相對穩(wěn)定期，以下同)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，填筑期壩體月沉降量最大可達400mm，總體在16～350mm之間；相對穩(wěn)定期壩體月沉降量大幅降低，2012年2月～2013年1月平均月沉降量總體在0～8mm之間，2013年4月至蓄水前(2013年8月底)平均月沉降量總體在0～2mm之間。其中2011年12月～2012年2月、2013年1～4月，受冬季寒冷氣候影響管內(nèi)出現(xiàn)凍堵，無法取得監(jiān)測數(shù)據(jù)，該段時間內(nèi)的沉降可能是由于冰雪融化，導(dǎo)致沉降管周圍部分細(xì)骨料雪水浸潤后流失到周圍填筑粗骨料內(nèi)所致，但該現(xiàn)象不影響總體沉降變形趨勢。壩體沉降、填筑時間過程線見圖2。

圖1 上水庫典型監(jiān)測斷面布置

圖2 壩體沉降與填筑時間過程線

蓄水前堆石壩相對沉降總量在278～858mm之間，最大相對沉降量約占壩高的1.2%。其中，填筑期(開始填筑到2011年12月)相對沉降量在160～724mm之間，最大沉降量占最大總沉降量的84.4%(858mm)；相對穩(wěn)定期(2011年12月～2013年8月)相對沉降量在10～193mm，最大沉降量占最大總沉降量的22.4%(858mm)。

由壩體相對沉降隨時間變化監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，堆石壩填筑期沉降量可達總沉降量的84%；壩體填筑基本完成后，第一年內(nèi)壩體月沉降量總體在0～8mm之間，第二年壩體月沉降量總體在0～2mm之間。

3.1.2 沉降空間分布

3.1.2.1 沉降變形垂向分布

壩體沉降變形垂向分布主要采用沉降測斜管監(jiān)測。蓄水前堆石壩相對沉降總量在278～858mm之間，沉降最大位置在10環(huán)，大致在壩高的1/2～2/3處，壩體分層沉降分布見圖3。壩體總沉降量扣除填筑期沉降量為相對穩(wěn)定期沉降量，該時期沉降分布見圖4。由圖4可以看出，相對穩(wěn)定期壩體沉降主要集中在頂部，相對穩(wěn)定期沉降垂向分布不同于填筑期沉降垂向分布，主要是受填筑時間影響。

圖3 壩體分層沉降分布

圖4 相對穩(wěn)定期沉降

3.1.2.2 沉降變形水平向分布

壩體沉降變形水平向分布主要采用水管式沉降儀監(jiān)測數(shù)據(jù)。蓄水前壩體兩個監(jiān)測斷面上、中、下三層相對沉降量分別為96mm和122mm、101mm和96mm、72mm和78mm。壩體分層沉降分布見圖5和圖6，壩體沉降等勢線見圖7和圖8。

圖5 壩體0+274.0監(jiān)測斷面沉降分布 單位：mm

圖6 壩體0+094.0監(jiān)測斷面沉降分布 單位：mm

圖7 壩體0+274.0監(jiān)測斷面沉降等值線 單位：mm

圖8 壩體0+094.0監(jiān)測斷面沉降等值線 單位：mm

由圖5、圖6可知，壩體沉降主要表現(xiàn)為中間大(靠近壩軸線)、兩側(cè)(壩坡)小。由于觀測房修建較晚，水管式沉降儀采集的數(shù)據(jù)實為壩體進入相對穩(wěn)定期后的沉降數(shù)據(jù)，與沉降測斜管取得的同時期數(shù)據(jù)基本吻合(10～193mm)。

3.2 壩體水平位移

在壩體兩壩頭和大壩圓弧段中部的壩下游靠近壩頂位置，以及二、三號沖溝之間山梁斷面壩下游中部位置共布置了5套垂直測斜管(安裝固定式測斜儀)監(jiān)測壩體水平位移。蓄水前大部分測斜管管口位移值在12mm以內(nèi)，表明大壩填筑過程中水平向位移較小。

3.3 壩體與壩基剪切位移

堆石壩壩基與壩體填筑料間的剪切位移由土體位移計獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測成果表明：堆石壩壩基與壩體填筑料間剪切位移總體較小，剪切位移在-0.7～15.8mm之間，且位移變化與壩體填筑具有較好的相關(guān)性，目前壩基剪切變形已趨于收斂。典型位移時間過程線見圖9。

圖9 典型壩基剪切位移與壩體填筑時序曲線(Ⅲ斷面、ST3-3測點)

3.4 滲流

為監(jiān)測堆石壩填筑施工期及蓄水運行后壩基滲透水壓力，在壩基和壩后堆渣體布置有滲壓計。此外，為監(jiān)測庫盆蓄水后繞壩滲流情況，在壩體兩側(cè)布置有繞壩滲流測壓管監(jiān)測設(shè)備。

監(jiān)測成果表明：目前壩基及壩后堆渣體各測點滲壓較小或無水壓，滲壓值在0～2.2kPa之間。大壩繞壩滲流測壓管中均有一定水位，測值在1862.5～1914.4m之間，水位變化總體受降雨影響。

3.5 應(yīng)力應(yīng)變

在堆石壩壩頂下游側(cè)鋼筋籠內(nèi)布置有鋼筋計監(jiān)測鋼筋應(yīng)力。監(jiān)測成果表明：當(dāng)前鋼筋應(yīng)力在-22.39～21.98MPa之間，鋼筋應(yīng)力變化與溫度呈負(fù)相關(guān)性。典型鋼筋應(yīng)力溫度時序曲線見圖10。

圖10 鋼筋應(yīng)力計Rm1-3測點位移過程線

4 結(jié) 論

以長系列監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，對呼和浩特抽水蓄能電站上水庫堆石壩監(jiān)測資料進行分析。結(jié)果表明：

a.堆石壩最大沉降量約占壩高1.2%，且沉降變形主要發(fā)生在填筑期。填筑期沉降量在278～858mm之間，最大沉降部位為壩高1/2～2/3處，最大沉降量占最大總沉降量的84.4%；相對穩(wěn)定期壩體沉降量為10～193mm，最大沉降部位為壩頂，沉降自上而下呈遞減分布，最大沉降量占最大總沉降量的22.4%。壩體沉降總體表現(xiàn)為中間大(靠近壩軸線)、兩側(cè)小(壩坡)。

b.壩基與壩體填筑料間剪切位移已基本趨于收斂，位移值在15.8mm以內(nèi)。

c.壩基及壩后堆渣體基礎(chǔ)總體處于無水壓狀態(tài)，滲壓值在0～2.2kPa之間；繞壩滲流測壓管中水位較低，水位變化主要受降雨影響。

d.壩體鋼筋應(yīng)力在22MPa以內(nèi)，應(yīng)力變化與溫度呈負(fù)相關(guān)性。

[1] 武學(xué)毅，李賀新，任家正,等.呼和浩特抽水蓄能電站上水庫工程蓄水驗收安全監(jiān)測報告[R].北京：北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，2013.

[2] 張琰，張丙印，謝遵黨,等.寶泉瀝青混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形分析[C]//中國土木工程學(xué)會第十屆力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議論文集.重慶：中國土木工程學(xué)會，2007.

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AnalysisofMonitoringDataDuringConstructionStageofReservoirRock-fillDaminHohhotPumpedStoragePowerStation

WU Xue-yi1, LI Zhong-bin2, XIONG Cheng-lin1, REN Jia-zheng1

(1.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchBeijingZhongshuikeEngineeringCorporation,Beijing100038,China; 2.ChinaThreeGorgesCorporation,Beijing100038,China)

Long sequence monitoring data in construction stage of reservoir rock-fill dam on Hohhot Pumped Storage Power Station is analyzed. It is discovered that maximum relative subsidence during rock-fill dam construction stage is 858mm, accounting for 1.2% of dam height. Wherein, the maximum settlement during the filling stage is 724mm near the 10th ring, accounting for 84.4% of total settlement in the construction period. Maximum settlement of relative stability stage is 193mm on the top, accounting for 22.4% of total settlement in the construction stage. Dam settlement with different elevations is generally performed as high settlement near the dam axis and low settlement near two dam slopes. Horizontal displacement of the dam is within 12mm. Shear displacement between the dam and the dam foundation has been converged basically. The dam foundation is generally manifested as no water pressure state. Seepage water level around the dam is lower as a whole. Steel bar stress change in the reinforced steel cage at the top of dam is mainly affected by temperature. The results show that: all monitoring physical quantities of reservoir rock-fill dam on the power station are stable or have been basically converged at present. The rock-fill dam is safe.

safety monitoring; Hohhot Pumped Storage Power Station; rock-fill dam; construction stage; data analysis

*本研究為基金項目：北京中水科水電科技開發(fā)有限公司科研專項(JC-13-ZY-16)

TV641.4

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1673-8241(2014)08-0058-05