新疆某電站非溢流壩段監(jiān)測(cè)分析

田 偉

(新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

1 工程概況

新疆某水庫(kù)工程規(guī)模屬大(2)型，工程等別為II等。由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成。最大壩高51m，水庫(kù)總庫(kù)容1．21億m3，裝機(jī)容量141MW。工程擋水建筑物(大壩)為混合壩型，壩長(zhǎng)963．10m，壩頂高程為916．0m，防浪墻頂高程917．2m;最大壩高51m，壩頂寬度為8m。大壩左岸樁號(hào)0+000．00～0+496．00，為碾壓混凝土重力壩;樁號(hào)0+496～0+556為碾壓混凝土重力壩與粘土心墻壩結(jié)合段;樁號(hào)壩0+556．00～壩0+963．10，為右岸階地，采用粘土心墻壩。碾壓混凝土重力壩共分為30個(gè)壩段，一般壩段寬15米，采用永久橫縫。粘土心墻壩與碾壓混凝土重力壩，采用插入式連接方式。

碾壓混凝土重力壩，壩體上游面880．00m高程至壩頂916．00m高程為垂直面，880．00m高程至壩基為1∶0．2的斜坡面。壩體下游面908．667m以上為垂直面，以下由半徑為8．0m的園弧與下游1∶0．75的壩坡連接至壩基。壩基最低高程為866．20m。

該電站于2009年1月6日開(kāi)始下閘蓄水，3月18日水庫(kù)水位達(dá)到912．07米，5月中旬、7月上旬、12月底，2009年庫(kù)水位4次達(dá)到912．0米。

2 非溢流壩段安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.1 變形監(jiān)測(cè)

非溢流壩段(0+158．0m)斷面變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:位移監(jiān)測(cè);接縫、裂縫監(jiān)測(cè)。在非溢流壩段(10壩段)866．2m高程，距基礎(chǔ)上游面2m處布置了1組4點(diǎn)式基巖變位計(jì)M2和1支裂縫計(jì)K12，以監(jiān)測(cè)基巖變位情況和壩體混凝土與壩基的接縫情況。

2.2 滲流監(jiān)測(cè)

非溢流壩段基礎(chǔ)上游面附近866．2m高程，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì)P10。867．2m高程墊層與碾壓混凝土結(jié)合面中部，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì) P11。在874．0m高程壩體上游面，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì)P12、P13、P14。

2.3 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)

應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:壩體混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、表面溫度、壩體溫度、壩基邊界及基巖溫度監(jiān)測(cè)。在872．8m高程，距上游面5m處安裝埋設(shè)了S5-3應(yīng)變計(jì)組。在874．0m高程，距上游面4m處安裝埋設(shè)了S5-4應(yīng)變計(jì)組。在866．2m高程(基礎(chǔ)面高程)，沿基礎(chǔ)面從上游到下游布置了5支溫度計(jì) T18、T19、T20、T21、T22。在 874．0m高程安裝埋設(shè)了3支壩體溫度計(jì)T23、T24、T25。在885．0m高程安裝埋設(shè)了3支壩體溫度計(jì)T26、T27、T28和5支壩面溫度計(jì)TS1～TS5。在898．0m高程安裝埋設(shè)了3支壩體溫度計(jì)T29、T30和1支壩面溫度計(jì)TS6。在910．0m高程安裝埋設(shè)1支壩體溫度計(jì)T31。在基礎(chǔ)面中間，安裝埋設(shè)了一組基巖溫度計(jì)Tr1、Tr2、Tr3、Tr4。非溢流壩段監(jiān)測(cè)儀器布置方式如圖1所示。

圖1 非溢流壩段監(jiān)測(cè)儀器布置圖

3 非溢流壩段監(jiān)測(cè)分析

3.1 非溢流壩段變形監(jiān)測(cè)分析

在非溢流壩段866．2m高程，距基礎(chǔ)上游面2m處布置了1組4點(diǎn)式基巖變位計(jì)M2(孔深10m、7．5m、5m、2．5m)和1支裂縫計(jì)K12，以監(jiān)測(cè)基巖變位情況和壩體混凝土與壩基的接縫情況。

非溢流壩段(10壩段)K12、M2在安裝埋設(shè)后測(cè)值基本沒(méi)有變化，非溢流壩段在2007年7月6日開(kāi)始進(jìn)行固結(jié)灌漿后，K12張開(kāi)了0．1mm。在灌漿壓力的作用下，由于軟弱夾層或者基巖較破碎，M2-1(10m)的錨固點(diǎn)下沉了 3．0mm、M2-2(7．5m)的錨固點(diǎn)下沉了3．6mm、M2-3(5．0m)的錨固點(diǎn)下沉了 3．3mm、M2-4(2．5m)的 錨 固 點(diǎn) 下 沉 了0．8mm。2007年7月份以后由于壩體繼續(xù)澆筑(荷載增加)，到2009年4月20日為止，M2-1壓縮了2．7mm，M2-2壓縮到了 0．4mm，M2-3 壓縮到了1．3mm，M2-4和基礎(chǔ)面安裝的K12基本沒(méi)有變化。由于混凝土已經(jīng)澆筑到頂，從2009年4月到12月各測(cè)值已趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖2。

3.2 非溢流壩段混凝土應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)分析

872．8m高程，距上游面5m處安裝埋設(shè)了S5-3應(yīng)變計(jì)組。在874．0m高程，距上游面4m處安裝埋設(shè)了S5-4應(yīng)變計(jì)組(注:-1為上下游方向，-3為垂直方向，-5為左右岸方向)。

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出:庫(kù)水位變化對(duì)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化基本沒(méi)有影響，測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化主要受溫度影響。S5-3應(yīng)變計(jì)組安裝埋設(shè)后，上、下游方向和左、右岸方向都處于較小的拉應(yīng)變狀態(tài)，垂直方向處于壓應(yīng)變狀態(tài)。2009年1月初到2009年12月底，三個(gè)方向的應(yīng)變變化規(guī)律相同，而且應(yīng)變變幅很小。測(cè)點(diǎn)處溫度變化范圍在12．0～15．2℃，上、下游方向應(yīng)變?cè)?～7με范圍內(nèi)變化，左、右岸方向應(yīng)變?cè)?15～-20με范圍內(nèi)變化，垂直方向應(yīng)變?cè)?44～-53με范圍內(nèi)變化。S5-4應(yīng)變計(jì)組，三個(gè)方向的應(yīng)變變化規(guī)律相同，都處于較小的壓應(yīng)變狀態(tài)。測(cè)點(diǎn)處溫度變化范圍在11．6～14．9℃，上、下游方向應(yīng)變?cè)?20～-30με范圍內(nèi)變化，左、右岸方向應(yīng)變?cè)?5～-15με范圍內(nèi)變化，垂直方向應(yīng)變?cè)?21～-28με范圍內(nèi)變化。測(cè)值都在正常范圍內(nèi)，見(jiàn)圖3。

圖2 M2、K12基礎(chǔ)變形過(guò)程線

圖3 S5-4五向應(yīng)變計(jì)組應(yīng)變過(guò)程線

圖4 非溢流壩段溫度監(jiān)測(cè)成果圖

在圖4中，沒(méi)有括號(hào)的數(shù)據(jù)為最高溫度，有括號(hào)的數(shù)據(jù)為2009年12月底的測(cè)點(diǎn)溫度。非溢流壩段的最高溫度為37．0℃。

2007年4月下旬，在基礎(chǔ)面(866．2m)安裝埋設(shè)了1組基巖溫度計(jì)Tr1、Tr2、Tr3、Tr4，分別距基礎(chǔ)面10m、7．5m、5．0m和2．5m。安裝埋設(shè)后各測(cè)點(diǎn)溫度逐漸上升，2008年7月份到2009年底，基巖溫度緩慢下降。2008年底，Tr1、Tr2、Tr3、Tr4 的 溫 度 分 別 為:13．9℃、14．1℃、14．8℃ 和15．4℃。2009年底，Tr1、Tr2、Tr3、Tr4的溫度分別為:13．5℃、13．6℃、14．0℃ 和 14．4℃，見(jiàn)圖 5。壩基溫度主要受壩體混凝土澆筑水化熱產(chǎn)生熱量的影響而上升，溫度隨著基巖深度的增加而減小。

安裝埋設(shè)在基礎(chǔ)面的溫度計(jì)T18、T19、T20、T21、T22，安裝后溫度上升，但由于墊層混凝土澆筑較薄，且上層混凝土澆筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)，受環(huán)境溫度影響，最高溫度只達(dá)到最高值23℃，2007年7月初以后各測(cè)點(diǎn)溫度逐漸下降。2008年12月底，溫度分別為:13．1℃、15．6℃、17．1℃、14．9℃、12．3℃，中心溫度與上游溫差3．5℃。2009年12月底，溫 度 分 別 為:12．4℃、13．9℃、14．7℃、13．7℃、13．5℃，中心溫度與上游溫差 2．3℃。2007年8月中旬，在874．0m高程安裝埋設(shè)了4支溫度計(jì):S5-4-1、T23、T24、T25，(S5-4-1為應(yīng)變計(jì)兼測(cè)溫度)，安裝后溫度迅速上升，最高溫度達(dá)到30℃。2007年9月底以后各測(cè)點(diǎn)溫度逐漸下降。2008年12月底，溫度分別為:14．8℃、18．3℃、18．9℃、17．2℃。2009年 12月底，溫度分別為:11．6℃、15．3℃、15．7℃、14．7℃，見(jiàn)圖 6。2008年5月底，在898．0m高程安裝埋設(shè)了3支溫度計(jì)T29、T30、TS6，安裝后最高溫度達(dá)到 33．0℃。2008年12月底，溫度分別為:25．3℃、19．5℃、13．1℃。2009年 12月底，溫度分別為:13．7℃、13．8℃、8．6℃。2008年 7月底在 910．0m 高程安裝埋設(shè)了溫度計(jì)T31，入倉(cāng)溫度24．0℃，最高溫度達(dá)到 37．0℃。2008年 12月底，溫度為 17．7℃。2009年12月底，溫度為14．5℃。測(cè)點(diǎn)溫度受后續(xù)混凝土澆筑熱量影響，碾壓混凝土總體有再次或連續(xù)升溫，且初次水化熱后降溫不太明顯。碾壓混凝土的降溫比較緩慢，壩體中心溫度降幅要小于周邊溫度降幅。

圖5 Tr1、Tr2、Tr3、Tr4基巖溫度過(guò)程線

圖6 S5-4-1、T23～25溫度過(guò)程線

在非溢流壩段上游面874．0～910．0m高程，每隔6m安裝了1支水庫(kù)溫度計(jì) Tw1、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5、Tw6、Tw7，共7支。2009年底溫度分別 為:8．7℃、 8．0℃、 2．5℃、 2．9℃、 4．5℃、6．4℃、8．3℃。

在0+158．0m斷面(非溢流壩段)基礎(chǔ)上游面附近866．2m高程，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì) P10。在867．2m高程墊層與碾壓混凝土結(jié)合面中部，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì)P11。在874．0m高程壩體上游面，安裝埋設(shè)了滲壓計(jì)P12、P13、P14。

到2009年12月底為止，監(jiān)測(cè)成果表明，除安裝埋設(shè)在0+158．0斷面、866．2m高程基礎(chǔ)上游面附近P10的滲透壓力，隨庫(kù)水位上升而上升外，初步分析壩基與壩體結(jié)合處有細(xì)微裂縫存在，其他測(cè)點(diǎn)處的滲透壓力變化不大。截止2009年12月底庫(kù)水位上升到912．2m時(shí)，P10測(cè)點(diǎn)處的滲透壓力達(dá)到了 0．391Mpa。

4 結(jié)束語(yǔ)

到2009年12月底，在壩體自重荷載和水庫(kù)蓄水的作用下，非溢流壩段基礎(chǔ)壓縮量為2．7mm。三個(gè)方向的應(yīng)變變化規(guī)律相同，都處于較小的拉或壓的正常應(yīng)變狀態(tài)?；炷羶?nèi)部最高溫度37．0℃，其他測(cè)點(diǎn)都在33．3℃以下。P10測(cè)點(diǎn)附近壩基與壩體之間有細(xì)微裂縫存在，滲透壓力達(dá)到了391KPa，其他測(cè)點(diǎn)的滲透壓力變化不大。綜上所述，通過(guò)對(duì)山口電站大壩應(yīng)力應(yīng)變、滲透壓力與壩體溫度等項(xiàng)目進(jìn)行闡述與分析，結(jié)果表明大壩各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常，水庫(kù)大壩處于安全狀態(tài)。研究結(jié)果為掌握大壩的工作性狀與加強(qiáng)大壩安全管理提供了重要科學(xué)依據(jù)。

［1］《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［S］DL/T5178-2003，中國(guó)電力出版社，2003．

［2］《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程》［S］DL/T5209-2005，中國(guó)電力出版社，2005．

［3］趙志仁．大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)．黃河水利出版社，2002．

［4］碾壓混凝土壩安全監(jiān)測(cè)理論和方法［J］．水利學(xué)報(bào)，2002，9．