大崗山拱壩初期蓄水變形監(jiān)測成果分析

袁文熠，張業(yè)輝，王 滔

（國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610041）

大崗山拱壩初期蓄水變形監(jiān)測成果分析

袁文熠，張業(yè)輝，王 滔

（國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610041）

根據(jù)大崗山水電站大壩及壩基變形成果，研究了大崗山混凝土雙曲拱壩初期蓄水的變形分布特征和發(fā)展變化規(guī)律，分析了大崗山水電站蓄水期的工作形態(tài)。監(jiān)測成果表明，大壩及壩基變形符合一般規(guī)律，量值在設計控制指標范圍以內，其變形監(jiān)測成果對其他特高拱壩具有重要的參考價值。

大崗山拱壩；初期蓄水；監(jiān)測變形成果分析

1 工程概況

大崗山水電站壩址位于大渡河中游的四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內，上游與硬梁包水電站銜接，下游與龍頭石水電站銜接。水庫正常蓄水位1 130.00 m，死水位1 120.00 m，總庫容7.42億m3，調節(jié)庫容1.17億m3，具有日調節(jié)能力。電站樞紐由混凝土雙曲拱壩、水墊塘、二道壩、右岸泄洪洞、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。其中混凝土拱壩高210 m，厚高比0.248，弧高比2.964，上游倒懸度0.136，壩身布置有4個泄洪深孔。

大崗山水電站工程地質條件復雜，施工工序復雜，管理難度較大，工程建設難點可簡要概括為“三高一大”，即高地震烈度（抗震設計烈度為8度）、高拱壩（壩高210 m）、高邊坡（邊坡開挖高度達到500 m級）、大型地下洞室群。工程于2005年開始籌建，2008年1月完成河道分流，2011年9月啟動大壩混凝土澆筑，2014年12月完成第一階段下閘蓄水，2015年7月蓄水至1 120 m，2015年10月蓄水至1 130 m。

2 變形監(jiān)測儀器布置

2.1 壩肩邊坡

（1）變形觀測墩：左岸邊坡表面設立35個外部變形測點，右岸邊坡表面設立36個外部變形測點。

（2）谷幅監(jiān)測：布置有谷幅觀測線12條，共計39測點。

2.2 壩體

（1）垂線：在拱冠14號壩段及6號、10號、19號和24號壩段5個斷面和兩岸壩肩灌漿廊道共布置7條分段的正垂線（23個測點），以較全面地觀測壩體水平位移，詳見圖1。

（2）水準點：在高程940.00 m、979.00 m、1 030.00 m、1 081.00 m廊道中，每個壩段布置一個水準點，在14號壩段各高程橫向監(jiān)測廊道上、中、下游各布設一個水準點，高程940.00 m基礎廊道、1 081.00 m上檢查廊道每個壩段布置1個水準點，水準點共計77個。在各層灌漿廊道左右岸深處各布置1個水準點，作為水準工作基點，共計8個。

圖1 大崗山壩體垂線布置圖Fig.1 Layout of plumb lines at Dagangshan dam

（3）變形觀測墩：在拱壩壩后橋及壩頂共布置水平位移測點22個，3條弦長測線，用大地測量方式觀測弦長變化。

（4）橫縫測縫計：拱壩3號、5號、7號、9號、14號、18號、21號、23號壩段共8條橫縫，按每個橫縫灌漿區(qū)布置一組（3支）測縫計，每條橫縫頂部灌區(qū)布置1支測縫計，以監(jiān)測拱壩分縫的開合度，共布置橫縫永久測縫計317支。

2.3 壩基

（1）倒垂線：布置在7條正垂線對應的壩基，其中14號拱冠壩段倒垂線采用倒垂線組（2條），其中一條錨固深度為另一條的1/2，用于監(jiān)測拱冠壩基撓度。共布置8條倒垂。

（2）石墨桿式收斂計：在左岸高程1 030.00 m、高程1 081.00 m灌漿平硐內各布置1套石墨桿式收斂計，共2套。石墨桿式收斂計沿平硐布置，約20 m布置1個測點，共21個測點。

（3）基巖測縫計：在除2號、3號、25號、26號、27號、28號以外的壩段壩基位置，沿順河向上、中、下各布置1支，布置埋入式振弦式基巖測縫計共63支，施工期在14號橫縫基礎置換塊增加3支測縫計，基巖測縫計共計66支。

3 分期蓄水過程

水電站初期蓄水時，較高的庫水水頭作用會對水工建筑物、壩肩邊坡、庫岸邊坡、拱壩抗力體等的穩(wěn)定性帶來不小的影響。為此，在結合國內同類型電站蓄水經驗的基礎上，大崗山水電站首次蓄水采取了分期蓄水的原則。按照導流洞可敞泄水位1 010 m、死水位1 120 m及正常蓄水位1 130 m三個階段分期蓄水，并在各階段水位適當停留，動態(tài)監(jiān)測大壩及近岸邊坡的情況。大崗山水電站分期蓄水過程見圖2。

圖2 大崗山水電站蓄水歷時過程線Fig.2 Stages of water storage of Dagangshan dam

4 監(jiān)測成果分析

4.1 壩肩邊坡變形

外觀監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，左、右岸壩肩邊坡外觀測點水平位移變化較小，基本表現(xiàn)為向山體內變形。谷幅測數(shù)據(jù)顯示，上下游側谷幅線均表現(xiàn)為拉伸狀態(tài)。下閘蓄水至今，上下游側谷幅線均表現(xiàn)為少量回彈，且上游側回彈量大于下游側，谷幅測線變形歷時曲線見圖3。

圖3 1 165 m高程谷幅測線變形歷時曲線Fig.3 Variation of valley width at elevation 1 165 m

4.2 水平位移

垂線監(jiān)測成果顯示，大壩水平位移與庫水位變化相關性明顯，庫水位抬升階段，壩體徑向位移整體表現(xiàn)為向下游變位。壩體徑向變位表現(xiàn)為14號拱冠梁壩段最大，向兩岸遞減，高高程向低高程遞減；切向位移表現(xiàn)為左岸壩段向左岸變位、右岸壩段向右岸變位。水位蓄至1 130 m高程以后，壩體水平位移隨水位小幅波動變化。根據(jù)壩體有限元計算成果［1］，蓄水過程中各特征水位下的位移預測值見表1，14號壩段垂線位移沿高程分布見圖4，14號壩段垂線水平位移變化過程線見圖5。

表1 14號壩段各測點順河向預測位移值Table 1 Predicted displacement on different elevations of dam block No.14

2014年12月30日第一階段蓄水開始至2015年10月31日，壩體徑向累計位移在3.82～78.76 mm之間（14號壩段1 135 m高程累計徑向位移最大）。2015年5月29日～7月17日，壩體徑向最大累計位移量66.65 mm，發(fā)生在14號拱壩段1 135 m高程；2015年7月17日～10月31日，壩體徑向最大累計位移量78.76 mm，發(fā)生在14號拱壩段1 135 m高程。

圖4 14號壩段垂線水平位移沿高程分布圖Fig.4 Distribution of displacement on different elevations of dam block No.14

圖5 14號壩段垂線水平位移過程線Fig.5 Horizontal displacement of dam block No.14

2014年12月30日第一階段蓄水開始至2015年10月31日，垂線各測點切向位移分布總體以河床壩段（14號、15號壩段）為界，左岸壩段向左岸變形、右岸壩段向右岸變形，量值相對較小。向右岸變形最大（-22.73 mm）的為19號壩段1 135 m高程，向左岸變形最大（24.25 mm）的為10號壩段1 135 m高程。2015年5月29日～7月17日，壩體切向最大累計位移量20.67 mm，發(fā)生在10號拱壩段1 135 m高程；2015年7月17日～10月31日，壩體切向最大累計位移量24.25 mm，發(fā)生在10號拱壩段1 135 m高程。

4.3 垂直位移

廊道水準監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水位抬升過程中，大壩各高程垂直位移主要表現(xiàn)為上抬。水位蓄至1 130 m高程以后，垂直位移隨水位上升而小幅抬升。壩體上抬變形表現(xiàn)為深孔壩段變形量最大，向兩岸遞減，1 030 m高程廊道典型水準點垂直位移分布見圖6。

4.4 傾斜變形

14號壩段橫向廊道共布置了15個水準點，通過上、下游水準點沉降差及兩點間距進行壩體傾斜監(jiān)測。水位蓄至1130m高程以后，高程940m、979 m、1 030 m和1 081 m分別累計向下游傾斜1′27.31″、1′17.20″、37.43″和18.94″。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隨著水位抬升，大壩各高程均表現(xiàn)為向下游傾斜變形；蓄水至1 130 m高程后，壩體傾斜變形變化較小。14號壩段橫向廊道水準點傾角變化過程線見圖7。

圖6 1 030 m廊道垂直位移過程線Fig.6 Vertical displacement of corridor on elevation 1 030 m

圖7 14號壩段橫向廊道水準點上下游傾角變化過程線Fig.7 Inclination of benchmark in horizontal corridor of dam block No.14

4.5 弦長觀測

大壩1 030 m、1 081 m和1 135 m高程共布置了3條弦長測線。采用大地測量方式觀測下游弦長變化。壩后弦長測線于2014年11月份取得基準值并投入觀測，水位蓄至1 130 m高程以后，高程1 135 m弦長測線累計變化-14.88 mm，表現(xiàn)為拉伸變形，符合一般變形規(guī)律。高程1 135 m弦長測線變化過程線見圖8。

4.6 橫縫觀測

大壩共設28條橫縫，灌區(qū)高度9～12 m，分為21層，共計365個灌區(qū)，共埋設了永久測縫計317支。截至2015年10月31日，大壩已灌區(qū)橫縫增開度在-1.42～1.07 mm之間。98.4%的橫縫測點增開度小于0.3 mm，其中87.9%的測點增開度小于0，處于壓緊狀態(tài)。蓄水以來，各壩段橫縫主要呈壓緊變化趨勢。

4.7 壩基變形

4.7.1 水平變形

在庫水位抬升過程中，壩基徑向位移整體表現(xiàn)為向下游變位，壩基切向位移表現(xiàn)為左岸壩段向左、右岸壩段向右變位；水位蓄至1 130 m高程以后，壩基水平位移變化趨于穩(wěn)定。截至2015年10月31日，14號壩段940 m高程，徑向累計位移量25.04 mm；壩基切向位移最大變形發(fā)生在10號壩段940 m高程，累計位移量4.45 mm。壩基徑向位移變化過程線見圖9。

4.7.2 收斂變形

在大壩左岸1 030 m及1 081 m灌漿平洞內各布置了1套石墨桿收斂計。水位抬升過程中，高程1 030 m和1 081 m均表現(xiàn)為受壓縮變形，水位蓄至1 130 m高程以后，壓縮變形變化趨于穩(wěn)定。左岸高程1 030 m及1 081 m石墨桿收斂計位移過程線見圖10和圖11。

4.7.3 壩基接縫

為監(jiān)測基礎與壩體交接部位、壩踵及兩岸壩肩穩(wěn)定，大壩1～29號壩段共計埋設基巖測縫計66支。截至2015年10月31日，蓄水至1 130 m后各壩段基巖測縫計開合度變化量在-5.31～0 mm之間。隨著水位抬升，13～17號壩段上游側壩基測縫計壓縮量小幅減小，其他各部位均主要表現(xiàn)為繼續(xù)呈壓縮變形。最大變化發(fā)生在16號壩段下游側，蓄水后累計變化-4.31 mm，各壩段混凝土與基巖處于壓緊狀態(tài)。16號壩段基巖測縫計開合度過程線見圖12。

圖8 高程1 135 m弦長測線變化過程線Fig.8 Chord length on elevation 1 135 m

圖9 大壩壩基徑向位移變化過程線Fig.9 Radial displacement of dam base

圖10 左岸1 030 m灌漿平洞石墨桿收斂計位移過程線Fig.10 Convergence displacement of grouting tunnel on left bank on elevation 1 030 m

圖11 左岸1 081 m灌漿平洞石墨桿收斂計位移過程線Fig.11 Convergence displacement of grouting tunnel on left bank on elevation 1 081 m

5 結語

（1）受蓄水影響后，兩岸山體呈現(xiàn)向兩邊擴張的狀態(tài)。谷幅成果表明，隨時間的推移，上下游側谷幅線均表現(xiàn)為少量回彈，且上游側回彈量大于下游側。

（2）大崗山拱壩蓄水期間，垂線監(jiān)測成果顯示，大壩水平位移與庫水位變化相關性明顯：庫水位抬升階段，壩體徑向位移整體表現(xiàn)為向下游變位，壩體徑向變位表現(xiàn)為14號拱冠梁壩段最大，向兩岸遞減，高高程向低高程遞減；切向位移表現(xiàn)為左岸壩段向左岸變位、右岸壩段向右岸變位。各水位高程的變形值均在設計預測范圍內。

（3）水位抬升過程中，大壩各高程垂直位移主要表現(xiàn)為上抬，大壩各高程均表現(xiàn)為向下游傾斜變形。

圖12 16號壩段基巖測縫計開合度過程線Fig.12 Opening degree of dam base of block No.16

（4）蓄水過程中，高程1 135 m弦長測線TP2-1～TP29-1變化量14.88 mm，表現(xiàn)為拉伸變形。

（5）蓄水期間，大壩已灌區(qū)橫縫增開度在-1.42～1.07 mm之間，其中87.9%的測點增開度小于0（處于壓緊狀態(tài)），上游壓緊程度較中、下游明顯。

（6）蓄水過程中，14號壩段壩基徑向累積向下游變位25.04 mm；壩基切向位移最大變形發(fā)生在10號壩段940 m高程，累計位移量4.45 mm，整體變形趨于平穩(wěn)。

（7）左右岸灌漿平洞內石墨桿收斂計及基巖測縫計均受壓縮變形，但量值較小。

[1]大崗山水電站導流底孔下閘蓄水安全評估設計報告[R].2015.

Analysis on deformation of Dagangshan arch dam during initial impoundment

by YUAN Wen-yi, ZHANG Ye-hui and WANG Tao
Dadu River Hydropower Development Co.,Ltd.

Based on the deformation of body and base of Dagangshan arch dam,the distribution characteristic as well as its development and change rule during initial impoundment is studied.Then its working behavior in storage period is analyzed.Monitoring results indicates that the deformation of body and base conforms to the general rule,and the numeric value stays in the designed control scope,which is worthy reference for other super-high arch dams.

Dagangshan arch dam;initial impoundment;analysis on deformation monitoring data

book=33,ebook=39

TV698.1

B

1671-1092（2016）06-0033-07

2016-09-11；

2016-11-21

袁文熠（1989-），男，四川南充人，工學碩士，從事安全監(jiān)測管理工作。

作者郵箱：522540150@qq.com