丹江口水庫蓄水試驗期右岸土石壩安全監(jiān)測成果分析

(1.南水北調中線水源有限責任公司，湖北 丹江口 442700； 2.武漢揚子江工程監(jiān)理有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 工程概況

丹江口大壩加高工程是在丹江口水利樞紐初期工程基礎上進行的改擴建工程。樞紐位于湖北省丹江口市境內的漢江干流與其支流丹江匯合口下游約800 m處，壩址控制流域面積 9.52萬km2，多年平均徑流量388億m3，多年平均流量1 230 m3/s，具有防洪、供水、發(fā)電、航運等綜合功能。主要建設內容包括混凝土壩及左岸土石壩培厚加高、新建右岸土石壩、鐵路副壩及董營副壩、改擴建升船機、金屬結構及機電設備更新改造等。2005年9月26日主體工程正式開工，2013年底基本完建，大壩加高后樞紐正常蓄水位170 m，設計洪水位172.2 m，校核洪水位 174.35 m，總庫容 339.1億 m3。

右岸土石壩為新建黏土心墻壩，最大壩高60 m，壩體采用黏土心墻防滲，壩基采用帷幕防滲。上游壩坡為1∶2.5～1∶2.25，下游壩坡為1∶2.25～1∶2.0，上、下游壩坡在高程165,155,145 m各設置馬道。壩體上游采用混凝土護坡，下游采用草皮混凝土格柵護坡。

2 丹江口水庫蓄水試驗情況

自2013年8月丹江口大壩加高工程通過蓄水驗收后，由于連續(xù)多年來水偏枯，水庫長期在中、低水位運行。利用2017年秋季來水偏豐的有利時機，2017年9～11月底，丹江口水庫開展了164(±0.5)m和167(±0.5)m水位蓄水試驗，試驗結果表明大壩工作性態(tài)正常，具備進一步蓄水條件。此間上游水位變化過程線見圖1。

圖1 蓄水試驗期間上游水位變化過程線

3 右岸土石壩監(jiān)測設施布置

(1)水平位移監(jiān)測。在壩頂上游側設水平位移監(jiān)測點 19 座, 壩后 165 m 馬道設水平位移監(jiān)測點 15 座。另外在土石壩與混凝土壩右5、右6壩段壩頂接合處各埋設1套表面測縫計。

(2)垂直位移監(jiān)測。在壩頂、迎水坡高程 165 m，背水坡高程165,155 m 各布設一條精密水準測線，間距60～80 m，與水平位移測點結合布置，共計測點 62 個。工作基點為位于土石壩右壩肩岸坡地段的雙金屬標。

(3)壩體內部變形監(jiān)測。在土石壩與混凝土壩結合面高程141,165 m處的混凝土齒墻上、下游側各布置1套三向測縫計，高程 173 m結合面處布置1套三向測縫計。在樁號0+092，0+442壩軸線處的黏土心墻內和下游坡165 m馬道處各布置1根沉降管兼測斜儀導管，監(jiān)測壩體內部沉降和水平位移。共計5套三向測縫計、4根沉降管兼測斜儀導管。

(4)壩體及壩基滲流監(jiān)測。分11個斷面共設測壓管29根，滲壓計27支(重點監(jiān)測斷面為土石壩與混凝土壩結合面、0+092斷面、0+442斷面)。其中土石壩右壩端設3支測壓管進行繞壩滲流監(jiān)測，其余用于監(jiān)測防滲體、下游壩殼底部、右下?lián)跬翂η皾B流壓力情況。滲流量采用量水堰監(jiān)測，分別布置于右下?lián)鮾扰潘疁铣隹凇?+643斷面附近下游排水溝出口處。

(5)右下?lián)跬翂ΡO(jiān)測。在右下?lián)跬翂?號斷面，設有2支界面土壓力計和1支滲壓計，墻踵基巖面處布置1支測縫計。

4 觀測資料分析

4.1 右岸土石壩變形監(jiān)測成果

(1)水平位移。右岸土石壩壩頂及各層馬道水平位移監(jiān)測采用交會法, 監(jiān)測點平面坐標系統(tǒng)采用大壩坐標系，X方向為左右岸方向，指向左岸為正；Y方向為上下游方向，指向上游為正。8月29日至11月20日蓄水過程期間，實測水平位移監(jiān)測點左右岸(X)方向累計位移量在-79.405～4.79 mm之間，最大累計位移量測點為AL02YT01(樁號0+032)，該測點在此次蓄水期間位移增量為-10.34 mm。實測上下游(Y)方向累計位移量在-62.66～10.38 mm之間，最大累計位移量測點為AL02YT01(樁號0+032)，該測點在本次蓄水期間位移增量為-4.03 mm。其他各測點測值均較小。

結合部壩頂主要是AL02YT01明顯向右持續(xù)位移，時效明顯，臨近的AL03YT01也有向右發(fā)展的趨勢，但變化較小，其余測點處于基本穩(wěn)定狀態(tài)變化。AL02YT01(樁號0+032)位移向右發(fā)展的主要原因是右岸土石壩與混凝土壩的連接采用正交式與混凝土壩下游坡連接，結合處混凝土壩面坡度為1 ∶0.6，由于現(xiàn)階段沉降尚未穩(wěn)定，結合部沉降變形增大，水平位移表面測點會持續(xù)向右岸變形。

從AL01YLY6與AL02YT01水平位移測值來看，兩者之間存在相對張拉，觀測到的相對張拉值為 67.28 mm(2018年3月23日)，相應的張拉應變約為67.28/32/1000=2‰，張拉應變較大，且呈增大趨勢。AL01YLY6為右聯(lián)混凝土壩右6壩段壩頂?shù)乃轿灰茰y點，沉降量相對于AL02YT01很小可忽略不計，因此將AL02YT01測點估算的最大沉降值353.5 mm作為AL02YT01與AL01YLY6兩點間最大沉降差，然后利用該沉降差估算這兩點傾度值約為353.5/32/1000=1.1%，傾度值也相對較大，與黏性土一般允許傾度1%～1.2%的經驗值相當，與現(xiàn)狀結合面張開的情況一致[1]。

鑒于結合部沉降尚未穩(wěn)定，仍有進一步發(fā)展的趨勢，需繼續(xù)加強結合部位的監(jiān)測與檢查。

(2)垂直位移。2017年11月21日測得垂直位移監(jiān)測點累計位移量在10.11～208.04 mm之間，最大累計位移量測點為LD02YT01(樁號0+032)。蓄水期間變化量大于10 mm的測點為LD02YT01(樁號0+032) ～ LD06YT01(樁號0+122)。

表面垂直位移總體呈下沉狀態(tài)，位于結合部頂部LD02YT01(樁號0+032) ～ LD06YT01(樁號0+122)測點受庫水位階段抬升比較明顯，測點位移尚未穩(wěn)定，但階段內位移有明顯收斂趨勢。右岸土石壩與混凝土壩結合部沉降表現(xiàn)為距接觸面越近,沉降量越大。

4.2 右岸土石壩滲流監(jiān)測成果

為了監(jiān)測土石壩滲透壓力變化情況，以0+092斷面作為典型斷面，布設了6支滲壓計。各監(jiān)測設施布置見圖2。

圖2 0+092監(jiān)測斷面監(jiān)測設施布置

滲壓計監(jiān)測成果表明，PY092-1位于防滲墻前，與上游水位變化明顯相關，比上游水位低2.28 m；防滲心墻內的滲壓計PY092-2、PY092-6的測值變化趨勢相同，比上游水位低，最大差值分別為 23.91 m和12.83 m；PY092-3現(xiàn)已失效；PY092-4、PY092-5實測滲壓水位較低，該斷面滲流性態(tài)穩(wěn)定。各支滲壓計實測水位過程線見圖3。由滲壓計測值過程線可知，PY092-1、 PY092-2、PY092-6滲透壓力變化與上游水位相關，表明在蓄水期間，滲壓水頭平穩(wěn)變化，滲流性態(tài)穩(wěn)定。

圖3 0+092斷面滲壓水位測值過程線

4.3 壩基滲漏監(jiān)測

右下?lián)趿克邷y值變化主要是受降雨影響所致，滲流量已減小。0+643斷面量水堰投入觀測從來，大多時期滲流量平穩(wěn)；2017年11月21日實測滲漏量為 0.298 L/s。

4.4 其他監(jiān)測斷面情況

右岸土石壩分11個斷面，共計布設測壓管29根。部分測壓管處于干孔狀態(tài)，除0+042斷面測壓管作為壩體浸潤線測壓管外，其余測壓管多數(shù)為壩基測壓管，測值反映為地下水位。2017年8月29日至11月19日蓄水期間，埋設于土石壩端頭測壓管水位隨上游水位變化明顯，其他測壓管水位基本穩(wěn)定，表明壩體、壩基滲壓水位變化穩(wěn)定，心墻防滲效果良好。

4.5 壩體內部變形

以0+442斷面作為典型斷面，2根沉降管均采取邊填筑邊上引的方式埋設，使用沉降儀進行觀測。各沉降環(huán)所在高程處的沉降值均以管口高程為基準值計算而得。

沉降管ESY442-1(位于距壩軸線上游側1 m)累計沉降量沿深度分布見圖4，為2017年9～11月測值。由圖4可以看出，在高程171 m處沉降量最大，約為 419.5 mm。2017年9月17日至11月21日蓄水過程期間，沉降增量不明顯。

圖4 ESY442-1累計沉降量沿深度分布

沉降管ESY442-2(位于距壩軸線下游側13 m)累計沉降量沿深度分布見圖5。由圖5可以看出，在高程151 m處沉降量最大，約為294 mm，該位移為儀器埋設后至目前的累計位移，即土石壩填筑以來的總變形，位移過程及分布規(guī)律總體正常。2017年9月17日至11月21日蓄水期間，增量不明顯。

圖5 ESY442-2累計沉降量沿深度分布

4.6 土石壩與混凝土壩結合面

(1)結合面的縫面開度。土石壩與混凝土壩結合面布設有 5 組(15 支)三向測縫計，其中 JY000-1、JY000-2分別位于高程135.00 m的混凝土齒墻前、后水平距離3.0 m處，JY000-3、JY000-4 則分別位于高程155.00 m的混凝土齒墻前、后水平距離 3.0 m處，JY000-5位于高程173.00 m的混凝土齒墻(平齒墻頂)前 3.0 m處；2 只單向測縫計為SJ01YT、SJ02YT，位于壩頂 176.60 m。

2017年8月29日至11月21日期間，混凝土壩與土壩結合面開度均處于受拉狀態(tài)，垂直向較大，為12.08～35.93 mm，水流向-0.24～3.29 mm，軸向僅心墻內高程155.00 m處有測值，為 1.96～2.51 mm，已趨于穩(wěn)定。由于結合部下游側混凝土齒墻延長滲徑達18 m,滲流安全有保證，但上部高程173.0 m以上，存在的較小開度可能會對大壩結合面處的滲流產生不利影響，應予以關注。

(2)土石壩與混凝土壩結合面土壓力。土石壩與混凝土壩結合面的土壓力監(jiān)測成果表明土壓力計基本處于受壓狀態(tài)。土壓力變化主要受時效影響，2017年8月29日至11月21日蓄水過程期間，土壓力測值無明顯變化，水位變化對土壓力影響很小。

4.7 右下?lián)跬翂ΡO(jiān)測成果

在右下?lián)?斷面埋設的測縫計J01YDQ6測值表明：2017年8月29日至11月21日蓄水過程期間，右擋6斷面縫面仍處于閉合狀態(tài)。 土壓力計右擋4和右擋6布設E01YDQ4、E02YDQ6，土壓力計實測壓應力測值分別為-0.10,-0.37 MPa，變化量約為-0.14 MPa。

5 結 語

通過分析右岸土石壩安全監(jiān)測資料，右岸土石壩變形發(fā)展規(guī)律正常，變形、滲壓和滲流監(jiān)測值均在設計允許范圍內,右岸土石壩總體工作性態(tài)正常，具備正常運行條件，可進一步抬高蓄水。

(1)右岸土石壩與混凝土壩結合部沉降表現(xiàn)為距接觸面越近,沉降量越大。右岸土石壩靠近混凝土壩結合部位沉降隨著水位下降略有減小，需進一步觀測。

(2)滲壓計監(jiān)測成果表明，防滲墻前測壓管(滲壓計)水位與上游水位變化明顯相關，部分防滲心墻內的測壓管(滲壓計)水位變化也與上游水位相關，但變幅較小。壩體實測滲壓水位較低，滲流性態(tài)穩(wěn)定，右岸土石壩防滲體系總體完整。