豐滿大壩新壩施工期變形監(jiān)測(cè)資料分析

李作光，李英杰

（豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市 132108）

1 工程概況

吉林豐滿水電站全面治理（重建）工程是按恢復(fù)電站原任務(wù)和功能，在原豐滿大壩下游120m處新建一座大壩，并利用原豐滿三期工程。治理工程實(shí)施后，不改變水庫主要特征水位，不新增庫區(qū)征地和移民。

吉林豐滿水電站全面治理（重建）工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水庫總庫容103.77億m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)、原三期電站組成。新建大壩壩軸線位于原豐滿大壩壩軸線下游120m。

新建大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段及右岸擋水壩段組成，共分56個(gè)壩段，壩頂高程269.50m，最大壩高94.50m，壩頂全長(zhǎng)1068m。溢流壩段布置于主河床，其上布置9孔開敞式溢流堰。廠房壩段布置于主河床偏右岸，布置6孔壩式發(fā)電引水進(jìn)水口。6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組布置于右岸壩后廠房?jī)?nèi)。

新建大壩2014年9月開始基礎(chǔ)開挖，截至2017年5月10，重建工程各壩段澆注高程見表1。

大壩安全監(jiān)測(cè)施工安裝工程現(xiàn)已開展的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有大壩應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)及溫度監(jiān)測(cè)、大壩裂縫監(jiān)測(cè)、大壩滲流監(jiān)測(cè)、發(fā)電廠房及開關(guān)站監(jiān)測(cè)、引水壩段壓力鋼管監(jiān)測(cè)、消力池部位監(jiān)測(cè)、老壩F67斷層錨索監(jiān)測(cè)等7個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。截至2017年4月底，大壩安全監(jiān)測(cè)施工安裝工程共計(jì)安裝埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器321支/套，其中測(cè)縫計(jì)121支，滲壓計(jì)52支，多點(diǎn)位移計(jì)8套，溫度計(jì)50支，三向應(yīng)變計(jì)（差阻試）6套，五向應(yīng)變計(jì)（差阻試）8套，無應(yīng)力計(jì)（差阻試）14套，錨索測(cè)力計(jì)5臺(tái)，鋼筋計(jì)19支，鋼板計(jì)17支，裂縫計(jì)15支 ，錨桿應(yīng)力計(jì)6支。

本文只針對(duì)新壩施工期變形項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)資料分析。

2 施工期變形監(jiān)測(cè)資料分析

2.1 基巖變形

在13、23、29、32號(hào)4個(gè)主要監(jiān)測(cè)壩段的壩踵和壩趾分別各埋設(shè)1組多點(diǎn)位移計(jì)（四點(diǎn)式），以觀測(cè)壩踵和壩趾深處基巖的變形情況，共計(jì)8組。

表1 各壩段澆注高程Tab.1 The elevation table of each dam section

各測(cè)點(diǎn)從埋設(shè)后即開始觀測(cè)，4個(gè)壩段從2015年7月27日～10月10日陸續(xù)埋設(shè)完成開始觀測(cè)，埋設(shè)初期測(cè)次較密，后期基本為每月觀測(cè)4次，滿足設(shè)計(jì)要求的頻次。監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)部位、高程等見表2。

各壩段多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值過程線如圖1、圖2所示。

從過程線可看出：

（1）除23M1外，各測(cè)點(diǎn)的變形量較小，后期隨著施工期荷載增加需要進(jìn)一步觀測(cè)以確定基巖變形量及變形規(guī)律。23號(hào)壩段壩軸線附近測(cè)點(diǎn)23M1在埋設(shè)初期（2015年10～11月）壓縮變形量即達(dá)到2.4mm，后期變化量較小，變形量在0.5mm以內(nèi)。

表2 多點(diǎn)位移計(jì)埋設(shè)部位、高程Tab.2 Location and elevation of multi position displacement meter

圖1 13號(hào)壩段基礎(chǔ)多點(diǎn)位移計(jì)垂直位移過程線（負(fù)值為壓縮）Fig.1 Vertical displacement process line of 13# dam foundation （negative value is compression）

圖2 23號(hào)壩段基礎(chǔ)多點(diǎn)位移計(jì)垂直位移過程線（負(fù)值為壓縮）Fig.2 Vertical displacement process line of 23# dam foundation （negative value is compression）

（2）13號(hào)壩段壩軸線附近及下游兩個(gè)點(diǎn)基巖變形很小，其中13M1-1、13M1-2、13M2-1這3支傳感器不穩(wěn)定，測(cè)值變化較大，2017年5月孔口相對(duì)于最深處錨頭垂直位移分別為-0.27mm（壓縮）、0.17mm（拉伸）。

（3）23號(hào)壩段壩軸線附近及下游兩個(gè)點(diǎn)處基巖呈壓縮變形，主要產(chǎn)生在埋設(shè)初期，2017年5月孔口相對(duì)于最深處錨頭變形分別為-3.19mm、-0.71mm。

（4）29號(hào)壩段壩軸線附近及下游兩個(gè)點(diǎn)處基巖變形很小，2016年7月變形分別為0.55mm（拉伸）、-0.43mm（壓縮）。

（5）32號(hào)壩段壩軸線附近及下游兩個(gè)點(diǎn)處基巖呈壓縮變形，2016年7月變形分別為-1.63mm、-0.90mm。圖3是壩軸線附近基巖多點(diǎn)位移計(jì)各高程測(cè)點(diǎn)相對(duì)于最深點(diǎn)壓的縮變形分布圖，可以看出基巖基本處于壓縮狀態(tài)，靠近建基面的累計(jì)壓縮量大于深處的壓縮量，空間分布規(guī)律合理。

圖3 不同時(shí)段上游壩基相對(duì)于最深點(diǎn)垂直位移分布圖（負(fù)值為壓縮）Fig.3 Vertical displacement distribution of the upstream dam foundation at different periods （negative for compression）

綜上所述，截至2017年5月，各壩段基巖表現(xiàn)出一定的壓縮變形，最大壓縮變形為3.19mm（23號(hào)壩段），與2016年7月的2.90mm相比增加0.29mm。測(cè)值空間分布規(guī)律13、29、32號(hào)壩段基礎(chǔ)變形較小?？偟膩砜矗A(chǔ)變形量值較小，隨著大壩澆筑升高，壩基壓縮有所增加，但增加幅度較小，后期測(cè)值較為穩(wěn)定，沒有明顯異常的趨勢(shì)性變化[1]。

2.2 壩基與基巖接縫監(jiān)測(cè)

在 6、9、13、19、23、26、29、32、40、46 號(hào)等10個(gè)典型壩段的壩踵和壩趾分別埋設(shè)了1支測(cè)縫計(jì)共20支，在11、13、14號(hào)壩段下游消力池各埋設(shè)2、5、3支測(cè)縫計(jì)共10支，以監(jiān)測(cè)壩體混凝土與基巖或回填混凝土結(jié)合面的結(jié)合情況。

繪制各壩段測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖4所示。

從過程線看，除了29號(hào)壩段壩趾、32號(hào)壩段壩趾、46號(hào)壩段壩踵部位測(cè)縫計(jì)29J2、32J2、46J1最大開度達(dá)到2.55mm、1.5mm、2.74mm以外，其余測(cè)縫計(jì)開度基本在0.5mm以下，主要表現(xiàn)為壓縮，且與溫度沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。除上述3支測(cè)縫計(jì)外其余27支測(cè)縫計(jì)開度在-0.79～0.45mm之間，平均為-0.05mm。11、13、14號(hào)壩段下游消力池測(cè)縫計(jì)除了11XJ4最大達(dá)到0.28mm以外，其余3個(gè)測(cè)點(diǎn)開度均在0.1mm以內(nèi)。

對(duì)開度較大壩段進(jìn)行分析，29號(hào)壩段基礎(chǔ)有F67斷層穿過，基礎(chǔ)進(jìn)行了處理。壩址測(cè)縫計(jì)29J2分別在2016年8月開度由-0.39mm突然增大至1.75mm，累計(jì)張開2.14mm，期間溫度變化在1℃以內(nèi)。2016年11月開度又由1.74mm突然增大至2.49mm，累計(jì)張開0.75mm，期間溫度基本不變。同期壩基多點(diǎn)位移計(jì)垂直位移表現(xiàn)為基礎(chǔ)壓縮0.5mm左右，可能對(duì)測(cè)縫計(jì)開度增加有一定影響，具體原因應(yīng)進(jìn)一步分析。近5個(gè)月以來開度基本穩(wěn)定在2.55mm左右不變。

32號(hào)壩段壩址測(cè)縫計(jì)主要是埋設(shè)初期突然由2015年7月的-0.04mm增加至2015年8月的1.54mm，累計(jì)張開1.58mm，期間溫度由23.5℃降低至17.5℃，初步分析應(yīng)主要受溫度變化影響。2015年11月以后壩踵和壩趾處測(cè)縫計(jì)變化較為穩(wěn)定一致，開度變幅在0.5mm以內(nèi)。

46號(hào)壩段的2支測(cè)縫計(jì)在埋設(shè)初期的2016年5月29日～2016年6月10日，隨著溫度下降（下降6℃左右），壩踵測(cè)縫計(jì)46J1張開1.81mm，壩趾部位測(cè)縫計(jì)46J2壓縮2.08mm，與其他壩段規(guī)律及一般認(rèn)識(shí)不符，需進(jìn)一步查明原因。后期則較為穩(wěn)定。以2016年6月12日為基準(zhǔn)2支測(cè)縫計(jì)的變化過程線，相對(duì)于該日期開度變化分別為-0.05mm和-0.21mm，后期尚屬穩(wěn)定。

2.3 溢流及廠房壩段縱縫監(jiān)測(cè)

在11、13、16、19號(hào)以及廠房21、23號(hào)壩段增加埋設(shè)了縱縫測(cè)縫計(jì)，觀測(cè)混凝土縱向接縫變化，共計(jì)19支。

11、13、16號(hào)壩段縱縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖5所示，21、23號(hào)廠房壩段縱縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖6所示。

圖4 23～29號(hào)壩段壩基測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線（開度正值為張開）Fig.4 The opening and temperature process line of dam foundation of 23～29# dam section （opening value is opening）

圖5 11、13、16、19號(hào)壩段縱縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線（開度正值為張開）Fig.5 11、13、16、19# section longitudinal seam seam gauge opening and temperature process line （opening value is opening）

圖6 21號(hào)廠房壩段縱縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線（開度正值為張開）Fig.6 21# plant dam longitudinal seam measuring joint opening degree and temperature process line（ opening value is opening）

從過程線可看出，各測(cè)點(diǎn)接縫基本表現(xiàn)為張開，與溫度呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即溫度降低，接縫開度增加，溫度升高，接縫開度減小[1]。從量值上看，11、13、16號(hào)壩段開度最大在0.82～2.78mm之間，目前接縫開度在0.31～1.70mm之間。21、23號(hào)廠房壩段縱縫最大在0.11～1.34mm之間，目前接縫開度在-1.68～1.52mm之間。

綜上，截至2017年4月，各壩段縱縫主要表現(xiàn)為張開，目前接縫開度一般在2mm以內(nèi)，與溫度具有一定的相關(guān)性，沒有明顯異常的趨勢(shì)性發(fā)展。

2.4 左右岸壩段與基巖接縫監(jiān)測(cè)

在左岸6、7號(hào)壩段，右岸45、47號(hào)壩段的基礎(chǔ)混凝土與岸坡基巖之間界面上各增設(shè)了3～5支測(cè)縫計(jì)，共計(jì)15支。各測(cè)縫計(jì)開度和溫度過程線如圖7～圖8所示。

從過程線可看出，左岸6、7號(hào)壩段與2016年8月埋設(shè)，目前接縫變化值較小。其中，6號(hào)壩段接縫呈持續(xù)壓縮變化，最大壓縮-0.35mm，當(dāng)前3支測(cè)縫計(jì)壓縮在-0.03～-0.34mm之間；7號(hào)壩段接縫基本在0.05mm內(nèi)穩(wěn)定變化。

右岸45、47號(hào)壩段在2015年8月安裝以后直到2016年6月之前其開度量值很小，基本均在0.1mm以內(nèi)，且變化一致、穩(wěn)定。2016年6～7月，45號(hào)壩段45GJ1、45GJ2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)分別為壓縮0.35mm、張開0.66mm，而45GJ2基本在0.1mm以內(nèi)變化，接合面開度變化不一致。2017年4月，45GJ1、45GJ2這個(gè)測(cè)點(diǎn)開度又分別張開0.35mm、0.77mm，目前45GJ2接縫張開1.20mm，量值尚屬不大，可進(jìn)一步觀測(cè)。47號(hào)壩段接縫開度在0.40mm以內(nèi)穩(wěn)定變化。

2.5 29～32號(hào)擋水壩段壩趾混凝土與下游基巖結(jié)合面監(jiān)測(cè)

在29、30、31、32號(hào)壩段壩趾與下游基巖結(jié)合的斜面上，每個(gè)壩段增設(shè)2～3支測(cè)縫計(jì)結(jié)合面開合度的變化，目前共布設(shè)9支測(cè)縫計(jì)。各測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖9所示。

從過程線可看出，4個(gè)壩段與下游面接縫開度最大在0～1.29mm之間，張開主要發(fā)生在埋設(shè)初期的2015年7～10月溫度下降時(shí)期。2017年4月開度在-0.57mm～0.60mm之間，平均開度0.10mm，所有測(cè)點(diǎn)當(dāng)前已基本穩(wěn)定。

2.6 大壩橫縫監(jiān)測(cè)

在 13～14號(hào)、19～20號(hào)、22～23號(hào)、26～27號(hào)、29～30號(hào)、32～33號(hào)、39～40號(hào)、45～46號(hào)壩段的橫縫之間不同高程的上、下游側(cè)各埋設(shè)1支測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)橫縫開合度的變化，目前共埋設(shè)27支測(cè)縫計(jì)。

各測(cè)縫計(jì)最大開度在0.03～2.59mm之間，最小開度在-0.04～-1.01mm之間，當(dāng)前開度在-1.00～2.59mm之間，平均開度0.31mm。27個(gè)測(cè)點(diǎn)中15個(gè)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為壓縮，開度為-1.00～-0.04mm；12個(gè)測(cè)點(diǎn)目前為張開，開度在0.03～2.59mm，平均張開1.04mm。

有5個(gè)測(cè)點(diǎn)的開度在1mm以上，分別是13號(hào)壩段13J4、19號(hào)壩段19J4、23號(hào)壩段23J4、26號(hào)壩段26J4和40號(hào)壩段40J4，開度為1.28～2.59mm，這5支測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖10所示。從過程線上看，張開主要發(fā)生在2017年3～4月溫度下降時(shí)期；目前除19J4還有一定發(fā)展之外，其余測(cè)點(diǎn)已基本穩(wěn)定。

圖7 左岸6、7號(hào)壩段壩基接縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線（開度正值為張開）Fig.7 Measurement of joint opening and temperature of dam foundation joint of dam section 6# and 7# on the left bank（opening value is opening）

圖8 右岸45、47號(hào)壩段壩基接縫測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線（開度正值為張開）Fig.8 Measurement of joint opening and temperature of dam foundation joint of dam section 45# and 47# on the right bank（opening value is opening）

圖9 29～32號(hào)壩段壩趾與下游基巖結(jié)合面測(cè)縫計(jì)測(cè)值過程線（開度正值為張開）Fig.9 Measuring line of joint measurement between dam toe of 29～32# dam and downstream Bedrock （opening value is opening）

大部分開度較小，或埋設(shè)時(shí)間較短。開度與溫度有一定相關(guān)性，溫度降低時(shí)開度增加。開度空間分布沒有明顯規(guī)律[4，5]。

2.7 常態(tài)混凝土和碾壓混凝土結(jié)合面監(jiān)測(cè)

在13、19、23、26、29、32、40號(hào)等壩段壩體上游常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的界面結(jié)合縫上分198、209、225、240m高程每個(gè)壩段埋設(shè)2～3支裂縫計(jì)，目前已埋設(shè)24支。

圖10 5支開度在1mm以上橫縫測(cè)縫計(jì)開度及溫度過程線（開度正值為張開）Fig.10 The opening of the 5 joints is more than 1mm.The opening and temperature process of the transverse seam measuring gauge（opening value is opening）

各測(cè)縫計(jì)開度與溫度過程線如圖11所示。裂縫計(jì)測(cè)量值較小，最大開度0.39mm，最小壓縮0.70mm，當(dāng)前測(cè)值在-0.53～0.27mm之間，主要表現(xiàn)為壓縮，表明壩體上游常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的界面結(jié)合較好。從過程線上看，開度與溫度沒有明顯相關(guān)性。19號(hào)壩段、26號(hào)壩段目前測(cè)量開度分別為0.27mm和0.06mm，后期可進(jìn)一步關(guān)注變化情況。

8、19、22號(hào)壩段新埋設(shè)的3支裂縫計(jì)未張開，測(cè)值穩(wěn)定。

綜上所述，截至2017年5月，壩體上游常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的界面結(jié)合縫開度在-0.53～0.27mm之間，除19號(hào)壩段、26號(hào)壩段目前測(cè)量開度分別為0.27mm和0.06mm外，其余壩段均表現(xiàn)為閉合，且與溫度沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，變化較為穩(wěn)定，表明界面結(jié)合較好[2，3]。

3 結(jié)束語

通過對(duì)大壩基礎(chǔ)埋設(shè)的多點(diǎn)位移計(jì)和基礎(chǔ)以及各接縫的測(cè)縫計(jì)進(jìn)行分析，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)測(cè)值基本可靠，精度滿足分析要求。

各壩段基巖表現(xiàn)出一定的壓縮變形，其中23號(hào)壩段最大壓縮變形為3.19mm，其余壩段基礎(chǔ)變形量值較小，隨著大壩澆筑升高，壩基壓縮有所增加，但增加幅度較小，后期測(cè)值較為穩(wěn)定，未見明顯異常的趨勢(shì)性變化。

6～46號(hào)壩段壩基混凝土與基巖接縫開度較小或處于閉合狀態(tài)，目前開度大都在0.5mm以內(nèi)或呈壓縮，且測(cè)值變化較為穩(wěn)定。

11～19號(hào)壩段縱縫主要表現(xiàn)為張開，目前接縫開度一般在2mm以內(nèi)，與溫度具有一定的相關(guān)性，沒有明顯異常的趨勢(shì)性發(fā)展。

29～32號(hào)擋水壩段壩趾與下游基巖面接縫表現(xiàn)一定程度張開，目前最大開度在0.63～1.06mm之間，除32號(hào)壩段32J2開度目前仍在緩慢發(fā)展之外，其他測(cè)點(diǎn)近期已趨于穩(wěn)定。

大壩橫縫開度在-1.00～2.59mm之間，平均開度為0.31mm。27個(gè)測(cè)點(diǎn)中12個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值為張開，開度在0.03～2.59mm之間，平均張開1.04mm。15個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)值為閉合，測(cè)值在-1.00～-0.04mm。5支開度在1mm以上測(cè)點(diǎn)張開主要發(fā)生在2017年3～4月溫度下降時(shí)期。除19J4還有一定發(fā)展之外，其余測(cè)點(diǎn)已基本穩(wěn)定。

圖11 26～32號(hào)壩段常態(tài)、碾壓混凝土界面裂縫計(jì)測(cè)值過程線（開度正值為張開）Fig.11 26～32# dam section normal，RCC interface crack measurement value process line （opening value is opening）

壩體上游常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的界面結(jié)合縫開度在-0.53～0.27mm之間，除19號(hào)壩段、26號(hào)壩段目前測(cè)量開度分別為0.27mm和0.06mm外，其余壩段均表現(xiàn)為閉合，且與溫度沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，變化較為穩(wěn)定，表明界面結(jié)合較好。

總體來看，基巖主要表現(xiàn)為壓縮，基巖與基礎(chǔ)混凝土接縫一般表現(xiàn)為壓縮或開度較小的穩(wěn)定狀態(tài)。各壩段縱縫及各壩段縱縫主表現(xiàn)一定程度張開，后期變化穩(wěn)定。橫縫邊大部分開度較小或呈閉狀態(tài)，部分開度1mm以上測(cè)點(diǎn)主要在2017年3～4月溫度下降時(shí)期有所張開。壩體上游常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的界面結(jié)合大部分表現(xiàn)為閉合，表明界面結(jié)合較好。大壩基巖變形、各種接縫變形基本處于正常狀態(tài)。