金沙江梨園水電站面板堆石壩初期運行性態(tài)分析評價

劉紹川，楊再宏

（1.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京，100120；2.中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司，云南省昆明市，650051）

0 引言

梨園水電站是金沙江中游河段“一庫八級”規(guī)劃的第三級電站，上游為尚未開發(fā)的龍盤、兩家人水電站，下游為已經(jīng)建成發(fā)電的阿海水電站，壩址距麗江市公路里程180km。

電站開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，工程規(guī)模為一等大（1）型，樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪沖沙洞、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成[1]。水庫正常蓄水位1618m，庫容7.27億m3，裝機容量4×600MW。

如圖1所示，工程面板堆石壩壩頂高程1626m，長度525m，寬度12m，上游側(cè)設(shè)4.2m高防浪墻。趾板基礎(chǔ)最低高程1471m，最大壩高155m。上游壩坡采用1:1.4，下游壩坡以高程1594m、1544m馬道為界分為三級：高程1594m以上坡比采用1:1.7，高程1594m、1544m以下均采用1:1.5。面板混凝土強度等級為C25，厚度0.40～0.81m。下游護坡以高程1594m馬道為界，下部采用干砌石，上部至壩頂1/5壩高范圍采用漿砌石。壩腳結(jié)合尾水渠邊墻設(shè)量水堰監(jiān)測壩體滲流量。大壩總填筑方量820萬m3。

圖1 壩體分區(qū)斷面圖Figure 1 Typical dam zoning section

大壩于2011年8月開始填筑，2013年7月一次填筑到頂，2013年11月至2014年5月分兩期施工面板。工程于2014年11月蓄水，2015年6月蓄水至正常蓄水位。

1 主要技術(shù)難點和創(chuàng)新點

（1）工程地形地質(zhì)條件復(fù)雜。壩址基巖主要為玄武巖，巖體卸荷裂隙發(fā)育，完整性差。兩岸第四系冰磧、崩積、坡積物廣泛分布，其中左岸壩前發(fā)育規(guī)模巨大的堆積體，左岸趾板基礎(chǔ)位于該堆積體的北緣[2]。左岸壩基高程1560m以下至河邊展布一順河向的緩坡堆積臺地，寬度80～150m，平均厚度20m，總方量約70萬m3，物質(zhì)組成主要為碎塊石夾孤石，部分為碎塊石夾粉土，局部架空并存在廢棄的淘金坑道。經(jīng)論證，左岸堆積體臺地保留作為堆石體基礎(chǔ)。

（2）抗震設(shè)計。工程壩址區(qū)地震基本烈度為7度。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，大壩地震設(shè)防烈度在基本烈度基礎(chǔ)上提高1度，按8度設(shè)防，相應(yīng)基準(zhǔn)期100年超越概率2%和1%的基巖水平峰值加速度分別為0.284g、0.345g。為提高壩體抗震性能，設(shè)計采取了放緩下游壩坡、加強下游護坡、提高壩料壓實度、加強面板配筋、加強止水結(jié)構(gòu)等一系列抗震措施。

（3）充分利用開挖料。根據(jù)工程料源條件，因地制宜確定壩料分區(qū)。壩料90%采用各建筑物開挖料，僅墊層料、過渡料及下游護坡石料由灰?guī)r料場開采加工。其中，下游次堆石區(qū)利用電站進水口開挖的砂卵礫石料填筑[3]，總量約80萬m3，相應(yīng)減少了料場開采量，節(jié)約了工程投資。

（4）提高壩料壓實度。按200m級面板堆石壩標(biāo)準(zhǔn)，要求主堆石料壓實孔隙率按小于20%控制，對碾壓過程采用數(shù)字大壩技術(shù)進行有效監(jiān)控[4—5]。

（5）合理工期安排。采用壩體一次填筑到頂，再分兩期澆筑面板的施工方案。一、二期面板混凝土施工前，下部壩體預(yù)沉降時間分別達到了18個月和8個月。河床部位一期面板施工時混凝土最大垂直輸送高度達152m，溜槽斜長超過260m[4]。

（6）優(yōu)化面板混凝土配合比。為提高混凝土耐久性和抗裂性，增加混凝土的和易性，面板混凝土中摻粉煤灰、聚乙烯醇（PVAF）纖維、氧化鎂和聚羧酸高效減水劑[4]。

（7）減小面板基礎(chǔ)面約束。面板施工前，對擠壓邊墻表面噴涂“兩油兩砂”，降低面板基礎(chǔ)約束。

（8）面板接縫表面采用涂覆型柔性止水結(jié)構(gòu)[5]。經(jīng)專題研究，在面板周邊縫、垂直縫表面塑性填料和三復(fù)合橡膠板之間增加單組分手刮聚脲涂層[6]，進一步提高面板表面接縫止水的可靠性。同時，取消死水位上部面板垂直縫和壩頂縫表面的三復(fù)合橡膠板，改用單組分聚脲復(fù)合止水涂層，相應(yīng)取消不銹扁鋼壓條和固定螺栓。

2 大壩堆石體監(jiān)測成果分析

2.1 壩體表面變形

壩體表面水平變形監(jiān)測采用視準(zhǔn)線法，垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)法。

監(jiān)測顯示，大壩表面變形與堆石體填筑和蓄水過程緊密相關(guān)，隨填筑高程上升而持續(xù)增加，2013年7月壩體填筑到頂后表面變形即趨于平緩，2014年底蓄水初期大壩表面變形不同程度增加，但自2015年6月蓄至正常蓄水位后變形速率便逐步減緩，2017年以來變形已趨于收斂。蓄水后壩體表面變形以沉降變形和向下游水平位移為主，位移分布呈現(xiàn)河床中部大、兩岸小的分布特征，下游壩坡變形表現(xiàn)為下部順河向位移大而上部豎直向位移大的分布特點，總體符合堆石壩表面變形一般規(guī)律。

截至2017年5月：面板頂部（高程1621m）最大順河向累計位移為56.5mm（指向下游），最大垂直向累計位移為160.3mm，為蓄水后變形；下游壩坡最大順河向位移為168.9mm，最大垂直向位移為314.1mm，蓄水后中上部水平、垂直位移最大增幅分別為59.9mm和109.2mm；壩頂視準(zhǔn)線（L5）于2015年8月29日開始觀測，截至目前最大順河向位移為28.5mm，而垂直向最大位移為44.7mm，以沉降變形為主。

2.2 內(nèi)部沉降變形

為監(jiān)測壩體內(nèi)部沉降變形，分別在壩縱0+223m（A斷面）1544m、1569m、1594m高程，壩縱0+319m （B斷面）1520m、1544m、1569m、1594m高程，壩縱0+427m（C斷面）1569m、1594m高程布置了水管式沉降儀、引張線式水平位移計。

截至2016年6月23日，水管式沉降儀監(jiān)測成果（如圖2所示）顯示：左岸A斷面累計最大沉降量為705.1mm（DBA-V10，軸距0+0，高程1569.0m），較蓄水前增加39.5mm；河床B斷面最大1173.8mm（DB-B-V14，軸距0+35，高程1544.0m），較蓄水前增加34.1mm；右岸C斷面最大619.2mm（DB-C-V4，軸距0+35，高程1569.0m），較蓄水前增加59.3mm。壩體內(nèi)部沉降總體呈“中間大，兩側(cè)小”的分布規(guī)律，最大沉降量相當(dāng)于壩高的0.76%。蓄水后河床中部、高高程部位沉降增長較為顯著，最大變化量為158.3mm，位于河床中部測點DB-B-V22（軸距0-41.6，高程1595.5m）。

引張線式水平位移計監(jiān)測成果顯示：蓄水前壩體內(nèi)部水平位移受大壩堆石體沉降擠壓影響，上游測點向上游變形，下游測點向下游變形；蓄水后由于上游水壓力作用，壩體內(nèi)部指向下游的水平位移增加，且靠近上游和高高程部位的測點水平位移變化較為顯著，而靠近下游和低高程部位的測點水平位移變化相對較??；截至2016年6月9日，大壩內(nèi)部累計水平位移介于-256.1～225.9mm之間（正值指向下游），蓄水后順河向水平位移增幅最大值，A斷面69.5mm，B斷面91.2mm，C斷面34.6mm（見圖3）。

總體來看，大壩內(nèi)部沉降變形和水平位移的分布規(guī)律、變化過程符合面板堆石壩一般規(guī)律，壩體填筑過程中和蓄水后一年內(nèi)變形增長較為明顯，2016年以來各點測值已趨于收斂，蓄水后沉降變形總體不大。

圖2 河床斷面實測沉降等值線圖Figure 2 Settlement contour of typical dam section

圖3 河床斷面實測水平位移等值線圖Figure 3 Horizontal deformation contour of typical dam section

3 混凝土面板監(jiān)測成果分析

3.1 面板撓度變形

蓄水初期在水壓力作用下，面板發(fā)生向下游的撓曲變形，截至2017年8月電平器實測河床部位面板最大撓度值為26.3cm，2017年以來測值已基本穩(wěn)定。

3.2 混凝土應(yīng)力應(yīng)變

蓄水初期混凝土應(yīng)變計測值變化顯著，主要表現(xiàn)為壓應(yīng)變增加，2015年初水位接近正常蓄水位以后測值便趨于穩(wěn)定。截至2017年8月：應(yīng)變計測值介于-380.7～123.7με之間，以壓應(yīng)變?yōu)橹鳎粺o應(yīng)力計測值變化范圍在30～140με之間，顯示面板混凝土自身體積變形處于膨脹應(yīng)變狀態(tài)。

3.3 鋼筋應(yīng)力

面板鋼筋計應(yīng)力蓄水前為-105.6～69.9MPa（正為拉、負(fù)為壓），蓄水后位于河床中下部的鋼筋計壓應(yīng)力有所增加，而位于高程和兩岸周邊縫附近的鋼筋計拉應(yīng)力有所增大。2017年5月實測鋼筋計應(yīng)力介于-144.9～88.0MPa之間，除個別鋼筋計外，大部分鋼筋計應(yīng)力測值平穩(wěn)。

3.4 接縫變形

單向測縫計監(jiān)測成果顯示，面板垂直縫最大接縫開度為17.7mm，發(fā)生在壩頂附近J-2，其余大部分面板垂直縫開合度介于-8.4～7.2mm之間，總體較小。

周邊縫三向測縫計實測開合度、錯動和沉降變形分別介于-9.4～17.9mm、-3.2～66.8mm、-47.5～7.5mm之間，最大變形發(fā)生在右岸面板與溢洪道引渠導(dǎo)墻接縫部位，過程顯示其測值變化主要發(fā)生在蓄水初期，蓄至正常蓄水位以后變形有減小趨勢。其余大部分測點接縫變形都在±20mm以內(nèi)，總體不大。

4 滲流監(jiān)測成果分析

4.1 滲流量

壩后量水堰自2014年12月26日過水以來，初期測到最大滲流量為64.2L/s，2015年8月以后滲流量逐漸減小，2017年以來基本穩(wěn)定在30L/s上下，測值總體較小（見圖4）。初步分析認(rèn)為，滲流量減少主要與壩前鋪蓋粉細(xì)砂料和周邊縫粉煤灰填料的自愈封堵作用有關(guān)，反映大壩防滲體系工作正常。

4.2 壩基滲壓

河床壩基滲壓計測值增長主要發(fā)生在蓄水過程中，2014年12月下旬滲水通過量水堰（堰頂高程1511.0m）流出后滲壓測值穩(wěn)定，最大滲壓水頭較蓄水前增加約34.0m。

圖4 壩后量水堰流量變化過程Figure 4 Leakage monitoring line at dam heel

5 運行檢修情況

梨園水電站蓄水前和蓄水過程中共發(fā)現(xiàn)面板裂縫110條，其中一期面板14條，二期面板96條，按設(shè)計要求進行了處理，此后歷年巡視檢查均未發(fā)現(xiàn)大壩有新增混凝土裂縫。

水庫蓄水后一年內(nèi)庫區(qū)微小地震活動頻繁，后逐漸減少，由于震源較淺、震級較小，未對大壩造成明顯影響。

此外，由于左岸地面發(fā)電廠房緊靠下游壩腳布置，汛期機組發(fā)電流量與溢洪道泄洪回流疊加后，形成涌浪沖擊下游干砌石護坡，設(shè)計對壩腳采取了加強護坡措施。

6 綜合評價

梨園水電站面板堆石壩工程規(guī)模大，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計因地制宜，按照國內(nèi)200m級面板堆石壩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，圍繞壩體布置、壩料分區(qū)、基礎(chǔ)處理、面板混凝土防裂、接縫止水優(yōu)化、抗震、施工工期安排及過程質(zhì)量控制等采取了系統(tǒng)、全面和有效的工程措施，自2014年底蓄水以來工程已安全穩(wěn)定運行五年。

監(jiān)測成果表明：大壩沉降變形符合一般規(guī)律并已趨于收斂，蓄水后沉降變形總體較小，壩體最大沉降值約為1175mm，較蓄水前僅增加了35mm，沉降率0.76%；面板混凝土應(yīng)力應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力以受壓為主，垂直縫變形較小，除右岸面板與溢洪道引渠左導(dǎo)墻接縫部位外，周邊縫變形總體不大；壩基滲壓計測值基本穩(wěn)定，壩后量水堰實測大壩滲漏量逐年減小，目前基本穩(wěn)定在30L/s左右，屬于類似工程較低水平。

2018年10月、11月金沙江上游發(fā)生了“白格堰塞湖”險情，梨園水電站作為堰塞湖下游第一個建成運行的水電站，按照相關(guān)調(diào)度要求通過預(yù)先降低水位，有效攔截了潰堰洪水，阻斷了洪水對下游的影響，充分體現(xiàn)了水電工程的防災(zāi)減災(zāi)作用。水位消落和上升過程中，大壩運行平穩(wěn)正常。

綜上，梨園水電站面板堆石壩初期運行性態(tài)良好，工程安全可靠。