印度尼西亞Jatigede大壩工程壩基滲壓監(jiān)測分析

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

1 工程概況

Jatigede大壩工程是“一帶一路”沿線國家新建成的大型水利工程。本工程位于印度尼西亞西爪哇省的Cimanuk河上，距離Cirebon城75km。工程位于赤道附近，屬熱帶季風氣候，年平均氣溫26℃，年平均降雨量2880mm。每年分為雨季和旱季，旱季時段為5月至10月，其余月份為雨季。

Jatigede大壩工程控制流域面積1460km2，水庫總庫容10.6億m3，為多年調節(jié)水庫，死水位230.0m，正常水位260.0m。電站裝機容量110MW。工程開發(fā)任務為農田灌溉，兼有防洪、城市供水、發(fā)電、旅游等綜合功能。本工程屬Ⅰ等大(1)型工程。樞紐主要建筑物包括：大壩、溢洪道、灌溉洞、引水發(fā)電系統(tǒng)等。粘土心墻堆石壩、溢洪道控制段地震設防烈度為Ⅸ度，其它建筑物的地震設防烈度為Ⅷ度。

2 壩體設計

本工程大壩壩型為粘土心墻堆石壩。壩頂高程265.0m，最大壩高110m，壩軸線長1668m。上游圍堰與大壩連為一體，為大壩的一部分。圍堰頂部高程204.0m，頂寬12.0m。上游壩坡在204.0m以上坡度為1∶2，以下坡度為1∶3。下游壩坡坡度為1∶1.9，設三級馬道，馬道寬均為6.0m，頂高程分別為235.0m、205.0m和175.0m。

壩體斷面分為6個區(qū)，從中部向上、下側均為(1)粘土心墻防滲區(qū)、(2A)、(2B)反濾料區(qū)、(3A)過渡料區(qū)、(3B)堆石區(qū)和(4)干砌石護面。

3 大壩基礎處理

主河床段(含最大壩高斷面)的壩基主要處理措施如下。

3.1 灌漿廊道

灌漿廊道布置在壩軸線，樁號范圍為：Sta0+811.65～Sta1+222.535，兩岸低矮壩段未設置灌漿廊道。在樁號Sta1+020～Sta1+170段，灌漿廊道高3.5m、寬4m，設置三排帷幕。廊道頂面與心墻建基面齊平，廊道上、下游設混凝土固結灌漿蓋板。心墻底部設置1m厚高塑性粘土。

3.2 固結灌漿

混凝土固結灌漿蓋板設置在灌漿廊道與兩側，上游側寬10m，下游側寬7m，分縫長度15m，板厚50cm，縫內填橡膠板。蓋板下設置錨桿；錨桿直徑φ28，長7m，間排距3m，梅花形布置，上游側4排，下游側3排。固結灌漿孔間、排距3m，梅花形布置，帷幕上游側4排，下游側3排，孔深10m。

3.3 帷幕灌漿

有廊道壩段的帷幕灌漿在灌漿廊道內進行。樁號Sta1+020～Sta1+170為主河床段，防滲帷幕三排，排距1.5m，孔距2m。中間排主帷幕深入基巖相對隔水層以下5m(透水率≤3Lu)，如相對隔水層太深，帷幕深度為相應水頭的0.8倍。樁號Sta1+100最大壩高斷面，灌漿帷幕為懸掛式，最大深度為90m；上、下游排帷幕深度相同，為中間排防滲帷幕深度的0.7倍，最大深度60m。

3.4 斷層破碎帶處理

位于壩基的F1、F2斷層處理原則如下：

(1)在上游側進行固結灌漿，封閉所有可能集中滲漏通道;

(2)在滲流出口處布置2B反濾料，保護壩基;

(3)在大壩心墻料區(qū)域的斷層露頭用混凝土蓋板覆蓋。

圖1 最大壩高斷面壩體結構(樁號Sta1+100、壩高110m)

4 監(jiān)測時段分區(qū)

大壩從壩體填筑開始至2018年5月，主要控制時間節(jié)點如下：2012年4月23日主河床壩體開始填筑，2014年8月2日壩體填筑結束，2015年8月31日導流洞下閘、水庫蓄水，2016年5月15日水庫蓄水至252.0m，2016年5月15日至2018年5月庫水位在243.0m～253.0m之間變動。

為了方便壩基孔隙水壓力分析，監(jiān)測分為三個時段：

(1)水庫蓄水前期：2012年4月-2015年8月30日；

(2)水庫蓄水期：2015年8月31日-2016年5月15日，庫水位從164.2m上升至252.0m；

(3)水庫運行期：2016年5月16日-2018年5月，庫水位在243.0m～253.0m之間變動。

5 大壩基礎滲壓計監(jiān)測分析

5.1 壩基滲透水壓力監(jiān)測儀器布置

大壩基礎滲壓通過埋設在壩基的孔隙水壓力計進行監(jiān)測。設置2個監(jiān)測斷面：樁號Sta1+100、壩高110m(FP1～FP12)和樁號Sta1+000、壩高75m(FP13～FP21)，共計21個點，監(jiān)測完好率100%。本文以最大壩高(壩高110m)斷面進行分析。大壩孔隙水壓力計FP1～FP12布置位置詳見圖2，各監(jiān)測點高程詳見表1。

圖2 基礎滲壓計位置詳圖(樁號Sta1+100、壩高110m)

FP1、FP2、FP3位于防滲帷幕前，距壩軸線6m。

FP4、FP5、FP6位于防滲帷幕后，距壩軸線6m。

FP7、FP8、FP9位于防滲帷幕后，距壩軸線25m。

FP10、FP11、FP12位于防滲帷幕后，距壩軸線62m。

大壩下游樁號Sta0+246.1設有量水堰，量水堰下設深入基巖1m的混凝土截水墻。截水墻下設固結灌漿，防止大壩滲漏水從基礎滲漏，影響大壩滲漏量監(jiān)測精度。量水堰為三角形，堰坎底高程為161.9m。

5.2 壩基滲透水壓力曲線

根據(jù)1#監(jiān)測斷面(主要監(jiān)測面，最大壩高斷面，樁號Sta1+100)“基礎滲壓計FP1～FP12”2012年4月-2018年5月監(jiān)測時段內的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析，降水量、壩體填筑、庫水位及壩基滲透水壓力時間曲線如圖3-圖6。

圖3 壩基孔隙水壓力(Sta1+100、高程153.0m)

圖4 壩基孔隙水壓力(Sta1+100、高程146.0m)

圖5 壩基孔隙水壓力(Sta1+100、高程139.0m)

圖6 壩基孔隙水壓力(Sta1+100、堆石區(qū))

表1大壩基礎孔隙水壓力匯總表 單位：m

5.3 壩基孔隙水壓力(FP1、FP2、FP3)分析

水庫蓄水前期，F(xiàn)P1最大值為181.3m，F(xiàn)P2最大值為182.9m，F(xiàn)P3最大值為180.9m。水庫運行期，F(xiàn)P1最大值為239.8m，F(xiàn)P2最大值為245.8m，F(xiàn)P3最大值為245.7m?？紫端畨毫ΡO(jiān)測值規(guī)律正常。

5.3.1 水庫蓄水前期

FP1、FP2、FP3監(jiān)測結果顯示：水庫蓄水前，共經歷4個旱季3個雨季，壩基孔隙水壓力與時間關系曲線明顯有三個波峰四個波谷，波峰對應雨季，波谷對應旱季。大壩基礎帷幕上游側孔隙水壓力的波動周期與降雨變化規(guī)律一致，旱季與雨季孔隙水壓力比較：旱季孔隙水壓力較為穩(wěn)定，而且比雨季低；雨季則隨降雨條件波動?？紫端畨毫Φ牟▌优c壩體填筑高度無相關性。

5.3.2 水庫蓄水期

水庫蓄水期，隨著庫水位迅速上升，F(xiàn)P1、FP2、FP3的監(jiān)測值也迅速增加，兩者呈線性相關；監(jiān)測值與降雨量無相關性。

5.3.3 水庫運行期

水庫運行期，庫水位在243.0m～253.0m之間變動。FP1、FP2、FP3的監(jiān)測值與庫水位基本為一平行線，庫水位與監(jiān)測值兩者差值(水位-監(jiān)測值)絕大部分為7.5m～8.5m；庫水位上升，監(jiān)測值增大；庫水位下降，監(jiān)測值減少。

水庫運行期，大壩基礎帷幕上游側孔隙水壓力的波動周期與庫水位變化規(guī)律一致：庫水位上升，監(jiān)測值增大，庫水位下降，監(jiān)測值減少；孔隙水壓力與降雨無明顯相關性。

5.4 壩基孔隙水壓力(FP4、FP5、FP6)分析

水庫蓄水前，F(xiàn)P4最大值為167.8m，F(xiàn)P5最大值為165.6m，F(xiàn)P6最大值為170.3m，規(guī)律正常。運行期，F(xiàn)P4最大值為166.5m，F(xiàn)P5最大值為164.1m，F(xiàn)P6最大值為193.9m。運行期，F(xiàn)P6的監(jiān)測值遠大于下游量水堰水位，隨著時間增加，監(jiān)測值不斷增加，與下游其它監(jiān)測點的監(jiān)測值有較大差異，說明該監(jiān)測點可能存在異常，不宜采用。其它孔隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。

FP4、FP5、FP6監(jiān)測結果顯示：

(1)水庫蓄水前，大壩基礎帷幕下游側孔隙水壓力的波動周期與降雨變化規(guī)律一致，旱季與雨季孔隙水壓力比較：旱季孔隙水壓力較為穩(wěn)定，而且比雨季低；雨季則隨降雨條件波動；孔隙水壓力的波動與壩體填筑高度無相關性；

(2)蓄水期，隨庫水位上升，F(xiàn)P4、FP5、FP6監(jiān)測值略有增加，監(jiān)測值與降雨量無相關性；

(3)運行期，隨時間的增加，F(xiàn)P4、FP5的監(jiān)測值平穩(wěn)且略有降低。說明大壩基礎帷幕下游側孔隙水壓力與降雨及庫水位變化基本不相關；基礎帷幕深度滿足基礎防滲邊界要求，帷幕防滲效果較好，且壩下游排水通暢。

5.5 壩基孔隙水壓力(FP7～FP12)分析

FP7、FP8、FP9和FP10、FP11、FP12監(jiān)測結果顯示：

(1)水庫蓄水前和蓄水期，心墻下游側和下游堆石區(qū)孔隙水壓力的波動周期與降雨變化規(guī)律一致，旱季與雨季孔隙水壓力比較：旱季孔隙水壓力較為穩(wěn)定，而且比雨季低；雨季則隨降雨條件波動;

(2)蓄水期，隨庫水位上升，F(xiàn)P7～FP12的監(jiān)測值略有增加，監(jiān)測值與降雨量無相關性；

(3)運行期，F(xiàn)P7～FP12的監(jiān)測值平穩(wěn)且略有降低。表明：大壩基礎帷幕下游側和下游堆石區(qū)孔隙水壓力與降雨量及庫水位變化基本不相關，孔隙水壓力隨庫水位升降無明顯相關性；說明下游壩基監(jiān)測范圍內無集中滲流，且壩下游排水通暢。

5.6 壩基孔隙水壓力FP1、FP4、FP7和FP10分析

壩體填筑至壩頂后，不同典型時間點壩基孔隙水壓力FP1、FP4、FP7和FP10的曲線見圖7。

5.6.1 水庫蓄水前期

水庫蓄水前選取的典型時間為2014/7/11、2015/7/2。壩基孔隙水壓力心墻中部高、兩側低；受庫水位頂托，孔隙水壓力上游側高于下游側。

5.6.2 水庫蓄水期

水庫蓄水期選取的典型時間為2016/1/1、2016/4/1。隨著庫水位迅速上升，帷幕前的孔隙水壓力FP1的監(jiān)測值也迅速增加；帷幕后的點FP4、FP7、FP10基本不變，說明壩基帷幕防滲效果好，且壩下游排水通暢。

圖7 FP1、FP4、FP7和FP10不同典型時間點壩基孔隙水壓力曲線

5.6.3 水庫運行期

水庫運行期選取的典型時間為2016/5/30、2017/5/30、2017/9/30、2018/4/30。帷幕前的監(jiān)測點FP1，庫水位高時監(jiān)測值較大；庫水位低時監(jiān)測值較小(時間上略有延后)。帷幕后的點FP4、FP7、FP10，庫水位變動時，監(jiān)測值基本不變且很小，說明壩基帷幕防滲效果好，且壩下游排水通暢。

6 壩底面的滲透壓力強度系數(shù)

選取大壩蓄水兩年多最新的且壩基滲透已經穩(wěn)定的時間點2018年5月1日，作為壩基滲透的典型剖面進行分析。FP1、FP4、FP7的埋設高程為153.0m，F(xiàn)P10的埋設高程為146.0m。本工程壩基設置三排帷幕灌漿，沒有設置排水孔。

圖8 2018年5月1日壩基滲壓曲線

從壩基滲壓曲線可以算出：

(1)壩底面上游處的揚壓力作用水頭

H1=庫水位-153.0=252.28-153.0=99.28m

(2)壩底面下游處的揚壓力作用水頭

H2=下游水位-153.0=HFP10-153.0=159.26-153.0=6.26m

(3)上下游水頭差

H=H1-H2=99.28-6.26=93.02m

(4)滲透壓力強度系數(shù)

α=(HFP4-HFP10)/H=(163.85-159.26)/93.02=4.59/93.02=0.05

本工程穩(wěn)定滲流期壩底面的滲透壓力強度系數(shù)α為0.05，遠小于規(guī)范的推薦值(根據(jù)《水工建筑物荷載設計規(guī)范》(SL 744-2016)及《水工建筑物荷載設計規(guī)范》(DL 5077-1997),實體重力壩壩基設置防滲帷幕及排水孔時，滲透壓力強度系數(shù)α=0.25)。說明帷幕防滲效果好，且壩下游排水通暢。

圖9 壩底面的滲透壓力強度系數(shù)

7 大壩基礎滲壓計監(jiān)測結論

7.1 帷幕前的點(FP1、FP2、FP3)監(jiān)測結論

水庫蓄水前期，大壩基礎帷幕上游側孔隙水壓力的波動周期與降雨變化規(guī)律一致，與壩體填筑高度無相關性；水庫蓄水期，孔隙水壓力隨庫水位上升而線性增大，與降雨量無相關性；水庫運行期，孔隙水壓力隨庫水位上升而增大，隨庫水位下降而降低，孔隙水壓力與降雨無明顯相關性。

說明基礎帷幕深度滿足基礎防滲邊界要求，防滲效果良好。

7.2 帷幕后的點(FP4、FP5、FP7～FP12)監(jiān)測結論

水庫蓄水前和蓄水期，心墻下游側和下游堆石區(qū)孔隙水壓力的波動周期與降雨變化規(guī)律一致，旱季孔隙水壓力較為穩(wěn)定，而且比雨季低，雨季則隨降雨條件波動；運行期，孔隙水壓力與降雨及庫水位變化無明顯相關性。

說明下游壩基監(jiān)測范圍內無集中滲流，且壩下游排水通暢。

7.3 大壩基礎滲壓計監(jiān)測結論

本工程穩(wěn)定滲流期壩底面的滲透壓力強度系數(shù)α為0.05，遠小于規(guī)范的推薦值。說明河床壩段的壩體，壩基懸掛式防滲帷幕的深度和厚度滿足基礎防滲邊界要求，且防滲效果較好；下游壩基無集中滲流，且壩下游排水通暢。壩基監(jiān)測結果表明：懸掛式防滲帷幕的深度和厚度、壩下游排水體設計和施工質量均達到且超過了設計的預期效果。

結合壩體心墻孔隙水壓力、變形、土應力和滲流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)，表明壩體設計是安全、經濟合理和技術先進的，且壩體填筑質量良好，壩體運行狀態(tài)優(yōu)。