印度尼西亞Jatigede大壩工程壩體應(yīng)力分析

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

1 工程概況

Jatigede大壩工程是“一帶一路”沿線國(guó)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(fēng)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(shí)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(kù)總庫(kù)容10.6億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，死水位230.0m，正常水位260.0m。電站裝機(jī)容量110MW。工程開發(fā)任務(wù)為農(nóng)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(shè)防烈度為Ⅸ度，其它建筑物的地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

2 壩體設(shè)計(jì)

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(zhǎng)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(shè)三級(jí)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(gè)區(qū)，從中部向上、下側(cè)均為(1)粘土心墻防滲區(qū)、(2A)、(2B)反濾料區(qū)、(3A)過(guò)渡料區(qū)、(3B)堆石區(qū)和(4)干砌石護(hù)面。

3 監(jiān)測(cè)時(shí)段分區(qū)

大壩從壩體填筑開始至2018年5月，主要控制時(shí)間節(jié)點(diǎn)如下：2012年4月23日壩體開始填筑，2014年8月2日壩體填筑結(jié)束，2015年8月31日導(dǎo)流洞下閘、水庫(kù)蓄水，2016年5月15日水庫(kù)蓄水至252.0m，2016年5月15日至2018年5月庫(kù)水位在243.0m～253.0m之間變動(dòng)。

為了方便壩體應(yīng)力分析，監(jiān)測(cè)時(shí)段分為以下四個(gè)時(shí)段：

(1)壩體填筑期：2012年4月-2014年8月2日；

(2)填筑完工期：2014年8月3日-2015年8月30日；

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

(4)水庫(kù)運(yùn)行期：2016年5月16日-2018年5月，庫(kù)水位在243.0m～253.0m之間變動(dòng)。

4 大壩壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

4.1 壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器布置

大壩的壩體應(yīng)力由界面土壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。共布置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(樁號(hào)1+100、樁號(hào)1+000)，設(shè)置12個(gè)“界面土壓力計(jì)”。1#監(jiān)測(cè)斷面(主要監(jiān)測(cè)斷面，最大壩高斷面，樁號(hào)1+100，壩高110m)共設(shè)置6個(gè)“界面土壓力計(jì)”，埋設(shè)位置詳見圖1。EPC.1、EPC.3布置在心墻上游側(cè)，EPC.2、EPC.4布置在心墻下游側(cè)；EPC.5、EPC.6布置在心墻內(nèi)建基面上。2#監(jiān)測(cè)斷面(次要監(jiān)測(cè)斷面，樁號(hào)1+000，壩高75m)共設(shè)置6個(gè)“界面土壓力計(jì)”。EPC.7、EPC.9布置在心墻上游側(cè)，EPC.8、EPC.10布置在心墻下游側(cè)；EPC.11、EPC.12布置在心墻內(nèi)建基面上。

測(cè)點(diǎn)EPC.3在2014年4月8日以后損壞，沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其它11個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)正常，儀器完好率為91.6%。

圖1 1#監(jiān)測(cè)斷面界面土壓力計(jì)布置(樁號(hào)1+100，壩高110m)

4.2 壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)曲線

根據(jù)1#監(jiān)測(cè)斷面“界面土壓力計(jì)”EPC.1～EPC.6，2012年4月-2018年5月監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析如下：

(1)降水量、壩體填筑、庫(kù)水位及壩體應(yīng)力時(shí)間曲線(EPC.1、EPC.2)

EPC.1、EPC.2埋設(shè)高程為201.5m，分別位于心墻的上、下游側(cè)邊界。

圖2 1#斷面EPC.1、EPC.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力曲線

(2)降水量、壩體填筑、庫(kù)水位及壩體應(yīng)力時(shí)間曲線(EPC.3、EPC.4)

EPC.3、EPC.4埋設(shè)高程為171.5m，分別位于心墻的上、下游側(cè)邊界。EPC.3在2014年5月1日后損壞，沒(méi)有監(jiān)測(cè)值。

圖3 1#斷面EPC.3、EPC.4監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力曲線

(3)降水量、壩體填筑、庫(kù)水位及壩體應(yīng)力時(shí)間曲線(EPC.5、EPC.6)

EPC.5、EPC.6埋設(shè)高程為155.6m，位于心墻內(nèi)的建基面上。

圖4 1#斷面EPC.5、EPC.6監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力曲線

4.3 壩體應(yīng)力(EPC.1-EPC.6)監(jiān)測(cè)分析

4.3.1 EPC.1、EPC.2監(jiān)測(cè)分析

測(cè)點(diǎn)EPC.1水庫(kù)蓄水前的最大壓力值為409kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年7月1日；下閘蓄水后的最大值為752kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年5月3日。測(cè)點(diǎn)EPC.2蓄水前的最大壓力值為666kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年7月7日；下閘蓄水后的最大值為751kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年12月4日。

(1)壩體填筑期：經(jīng)歷2個(gè)旱季2個(gè)雨季。壩體應(yīng)力EPC.1、EPC.2隨壩體填筑高度增加迅速上升。中途雨季(2012年12月13日-2013年4月30日，壩頂高程為218.88m～219.0m)壩體填筑停止時(shí)，壩體應(yīng)力在2013年1月4日升到一個(gè)高值，隨時(shí)間的增加，后監(jiān)測(cè)值略微平緩下降。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與壩體填筑高度相關(guān)性較好，與降雨不相關(guān)。

(2)填筑完工期：即壩體填筑結(jié)束至水庫(kù)下閘蓄水之間的時(shí)間段，經(jīng)歷2個(gè)旱季1個(gè)雨季。壩頂不再加載，EPC.1、EPC.2監(jiān)測(cè)值隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與降雨不相關(guān)。

(3)水庫(kù)蓄水期：庫(kù)水位上升至儀器埋設(shè)高程201.5m后，隨著庫(kù)水位快速上升，EPC.1、EPC.2監(jiān)測(cè)值也快速增加。心墻上游側(cè)的點(diǎn)監(jiān)測(cè)值增加較大，心墻下游側(cè)的點(diǎn)監(jiān)測(cè)值增加較小。EPC.1、EPC.2的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位呈線性相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

(4)水庫(kù)運(yùn)行期：監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)庫(kù)水位在233.0m～253.0m之間變動(dòng)。隨著時(shí)間的增加，EPC.1、EPC.2的監(jiān)測(cè)值整體平緩下降；庫(kù)水位上升時(shí)，監(jiān)測(cè)值緩慢增加，庫(kù)水位下降時(shí)，監(jiān)測(cè)值緩慢下降。EPC.1、EPC.2的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

4.3.2 EPC.3、EPC.4監(jiān)測(cè)分析

測(cè)點(diǎn)EPC.3的最大應(yīng)力值為1005kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年3月31日，2014年4月8日以后儀器損壞，沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)點(diǎn)EPC.4下閘蓄水前的最大壓力值為997kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年7月1日；下閘蓄水后的最大壓力值為941kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年5月13日。

(1)壩體填筑期：壩體應(yīng)力EPC.3、EPC.4隨壩體填筑高度增加迅速上升。中途雨季壩體填筑停止時(shí)，隨時(shí)間的增加，壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)值略微平緩下降。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與壩體填筑高度相關(guān)性較好，與降雨不相關(guān)。

(2)填筑完工期：壩頂不再加載，EPC.4監(jiān)測(cè)值隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與降雨不相關(guān)。

(3)水庫(kù)蓄水期：庫(kù)水位上升至儀器埋設(shè)高程171.5m后，隨著庫(kù)水位快速上升，EPC.4監(jiān)測(cè)值也快速增加。EPC.4的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位呈線性相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

(4)水庫(kù)運(yùn)行期：監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)庫(kù)水位在233.0m～253.0m之間變動(dòng)。EPC.4的監(jiān)測(cè)值隨著時(shí)間的增加，監(jiān)測(cè)值整體逐漸下降；庫(kù)水位上升時(shí)，監(jiān)測(cè)值緩慢增加，庫(kù)水位下降時(shí)，監(jiān)測(cè)值緩慢下降。EPC.4的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

4.3.3 EPC.5、EPC.6監(jiān)測(cè)分析

下閘蓄水前，測(cè)點(diǎn)EPC.5的最大壓力值為1414kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年7月1日；測(cè)點(diǎn)EPC.6的最大壓力值為1753kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年7月3日。下閘蓄水后EPC.5的最大監(jiān)測(cè)值為1549kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年5月13日；EPC.6的最大監(jiān)測(cè)值為1740kPa，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2016年5月13日。

(1)壩體填筑期：壩體應(yīng)力EPC.5、EPC.6隨壩體填筑高度增加迅速上升。中途雨季壩體填筑停止時(shí)，壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)值基本保持不變。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與壩體填筑高度相關(guān)性較好，與降雨不相關(guān)。

(2)填筑完工期：壩頂不再加載，EPC.5、EPC.6的監(jiān)測(cè)值隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小。壩體應(yīng)力的波動(dòng)與降雨不相關(guān)。

(3)水庫(kù)蓄水期：隨著庫(kù)水位快速上升，EPC.5、EPC.6的監(jiān)測(cè)值緩慢增加。EPC.5、EPC.6的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位呈線性相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

(4)水庫(kù)運(yùn)行期：監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)庫(kù)水位在233.0m～253.0m之間變動(dòng)。EPC.5、EPC.6的監(jiān)測(cè)值隨著時(shí)間的增加，監(jiān)測(cè)值整體逐漸下降；庫(kù)水位上升，監(jiān)測(cè)值緩慢增加，庫(kù)水位下降，監(jiān)測(cè)值緩慢下降。EPC.5、EPC.6的監(jiān)測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)，與降雨量無(wú)相關(guān)性。

4.4 壩體應(yīng)力(EPC.1-EPC.6)監(jiān)測(cè)結(jié)論

4.4.1 壩體應(yīng)力匯總

各測(cè)點(diǎn)壩體應(yīng)力特征值匯總見表1。最新監(jiān)測(cè)日期為2018年5月2日，庫(kù)水位為252.22m，EPC.1的監(jiān)測(cè)值為714.8kPa，EPC.2的監(jiān)測(cè)值為730.9kPa，EPC.4的監(jiān)測(cè)值為802.3kPa，EPC.5的監(jiān)測(cè)值為1484.3kPa，EPC.6的監(jiān)測(cè)值為1640.2kPa。

表1 大壩壩體應(yīng)力特征值匯總 單位：kPa

4.4.2 壩體應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)論

(1)壩體填筑期：在壩體填筑過(guò)程中，隨壩體升高，壩體逐漸加載，EPC.1-EPC.6測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值逐漸增大，填筑到壩頂時(shí)(2014年8月)，測(cè)點(diǎn)到一個(gè)峰值。

(2)填筑完工期：隨時(shí)間的增加，孔隙水逐漸消散，心墻逐漸固結(jié)，壩頂不再加載，壩體沉降量繼續(xù)增大，EPC.1-EPC.6監(jiān)測(cè)值逐漸減小。

(3)水庫(kù)蓄水期：蓄水后隨庫(kù)水位上升，EPC.1-EPC.6的監(jiān)測(cè)值逐漸增大。

(4)水庫(kù)運(yùn)行期：運(yùn)行期監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，庫(kù)水位在243.0m～253.0m之間變動(dòng)。隨時(shí)間的增加，孔隙水逐漸消散，心墻逐漸固結(jié)，壩體沉降量繼續(xù)增大，EPC.1-EPC.6的監(jiān)測(cè)值逐漸下降。庫(kù)水位上升，監(jiān)測(cè)值緩慢增加，庫(kù)水位下降，監(jiān)測(cè)值緩慢下降。

4.4.3 與壩體應(yīng)力有限元計(jì)算成果對(duì)比分析

有限元計(jì)算結(jié)論：正常運(yùn)行時(shí)，同一高程各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值，心墻上游的點(diǎn)小于心墻下游的點(diǎn)；即EPC.1

5 結(jié)論

(1)在壩體填筑期、填筑完工期、水庫(kù)蓄水期和水庫(kù)運(yùn)行期四個(gè)時(shí)段，壩體應(yīng)力各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值規(guī)律符合心墻堆石壩的一般規(guī)律，壩體施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

(2)水庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)，庫(kù)水位在230.0m～260.0m之間變動(dòng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨式表明：水庫(kù)運(yùn)行期，隨時(shí)間的增加，孔隙水逐漸消散，心墻逐漸固結(jié)，壩體沉降總量繼續(xù)增大，EPC.1-EPC.6的監(jiān)測(cè)值還將逐漸下降。說(shuō)明壩體心墻仍在排水固結(jié)過(guò)程中，壩體反濾料、過(guò)渡料和堆石區(qū)排水通暢。

(3)各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值與降雨量無(wú)相關(guān)性。

(4)結(jié)合壩體心墻孔隙水壓力、變形、壩基滲透壓力和滲流量等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，表明壩體設(shè)計(jì)是安全、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)的，且壩體填筑質(zhì)量良好，壩體運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)。