混凝土面板堆石壩的監(jiān)測(cè)、運(yùn)行和維護(hù)分析

王 丹，張呈岳，何 鵬

（重慶永渝檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)有限公司，重慶 400061）

近年來(lái)，混凝土面板堆石壩表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，贏得快速發(fā)展的機(jī)遇，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，不乏壩高超過(guò)100m的混凝土面板堆石壩，世界上最高的面板堆石壩壩高已超過(guò)200m。我國(guó)的混凝土面板堆石壩發(fā)展始于20世紀(jì)80年代中期，自引入以來(lái)得到快速發(fā)展，成為我國(guó)八九十年代以來(lái)主要壩型之一。目前，混凝土面板壩主要涉及軟硬巖堆石壩、砂卵石面板壩等。據(jù)調(diào)查，混凝土面板堆石壩贏得飛速發(fā)展的主要原因是其可就地取材，施工工藝簡(jiǎn)單、便捷。堆石體具備極強(qiáng)的抗剪能力，能夠穩(wěn)定抵抗內(nèi)部沖刷、有極強(qiáng)的抗震性。同時(shí)，其整體運(yùn)行既安全、可靠，方便維護(hù)及日后的檢修工作。伴隨面板堆石壩的不斷發(fā)展，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)面板堆石壩運(yùn)行的技術(shù)也發(fā)展得越來(lái)越快，大力支持著面板堆石壩的運(yùn)行與維護(hù)。

1 工程概況

某水庫(kù)在某省市的沿江街道境內(nèi)，與市中心相距6km左右，總域面積約35.06km2。主流大溪屬于某江流域水系，沿途有15條小溪匯入，形成一種枝狀結(jié)構(gòu)。在該樞紐工程中，包含溢洪道、泄洪輸水洞、攔河大壩、水電站等工程。其中，攔河大壩為鋼筋混凝土形式的面板堆石壩壩型，壩高最大值為35.4m，總壩頂長(zhǎng)410m，總壩頂寬7m，上游與下游的壩坡都是1∶1.4。運(yùn)行正常時(shí)，水庫(kù)蓄水位為45.0m，規(guī)劃洪水位為46.90m，相應(yīng)的校核為48.86m，死水位保持17.5m。整個(gè)水庫(kù)具有（107×3.152）m3的總庫(kù)容，分別有（107×2.46）m3的調(diào)節(jié)庫(kù)容、（107×1.222）m3的調(diào)洪庫(kù)容、（107×2.12）m3的死庫(kù)容，并且以0.78為庫(kù)容系數(shù)，屬于多年調(diào)節(jié)類型的水庫(kù)。該水庫(kù)建設(shè)工程中，在砂卵礫類型的覆蓋層上，直接建設(shè)鋼筋混凝土形式的面板堆石壩。該水庫(kù)于2004年7月開工，2005年開始填筑壩體。從2006年1月到9月初，在壩基基礎(chǔ)及壩體內(nèi)部一共埋設(shè)設(shè)10只孔隙鋼弦式水壓力計(jì)、8只沉降儀。該水庫(kù)在2006年11月至2007年1月間，完成混凝土面板工程中的滑模施工環(huán)節(jié)。2007年3月到4月，在壩體四周一共安裝8個(gè)縫測(cè)縫計(jì)測(cè)點(diǎn)、14只水利TS型位移計(jì)。2007年4月，水庫(kù)開始蓄水并運(yùn)行。2007年3月到8月，完成填筑防浪墻工程及其46.0m以上的工程。2007年9月，填筑壩體到49.10m，并完成最后的壩體填筑工作。接著，在壩體開始設(shè)置、安裝表面觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)、下游壩體滲流管道、滲流繞壩測(cè)壓管，并陸續(xù)做完相應(yīng)樞紐工程。2009年6月中旬，該水庫(kù)工程順利通過(guò)竣工驗(yàn)收。截至2012年底，自動(dòng)化工程改造完成，四周加裝測(cè)縫計(jì)、水管式沉降儀、孔隙水壓力計(jì)、測(cè)壓管等。相應(yīng)的人工觀測(cè)繼續(xù)維持現(xiàn)狀，采用人工測(cè)讀形式觀測(cè)壩體表面的日常變形。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該工程中的混凝土面板壩屬于國(guó)內(nèi)最早一批直接在巖石深厚覆蓋層上建造而成的一種現(xiàn)代化的混凝土面板堆石壩工程。在該水庫(kù)工程中，采用CFRD系統(tǒng)下的原型觀測(cè)，涉及變形、滲流這兩部分的觀測(cè)內(nèi)容，且控制測(cè)點(diǎn)少又精。在壩體內(nèi)部，沿著豎直方向，分3層一共布置8個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)；針對(duì)壩基孔隙，在3個(gè)剖面上均有布置水壓力儀，10只孔隙水鋼弦式壓力計(jì)；在四周的測(cè)縫計(jì)上，布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)；在壩頂、防浪墻上，分別布置表面位移點(diǎn)7個(gè)、馬道表面位移點(diǎn)6個(gè)；在壩下游位置，針對(duì)坡腳覆蓋層，一共埋設(shè)滲流測(cè)壓管4根，針對(duì)右岸山坡，一共埋設(shè)滲流繞壩測(cè)壓管3根。

自2007年4月開始蓄水至今，大壩經(jīng)受住多次臺(tái)風(fēng)災(zāi)害。為進(jìn)一步改善水質(zhì)、嚴(yán)格檢查安全性，在2009年8月，該水庫(kù)曾放空庫(kù)水后重新蓄水，在2010年安全度過(guò)4次臺(tái)風(fēng)。在一臺(tái)風(fēng)時(shí)期，在預(yù)先進(jìn)行泄洪棄水條件下，其仍有高達(dá)46.66m的庫(kù)水位，在正常蓄水位以上1.66m，靠向設(shè)計(jì)的50年一遇級(jí)別的洪水位。

3 運(yùn)行監(jiān)測(cè)分析

2008年4月，筆者曾總結(jié)、分析了該大壩中埋設(shè)的觀測(cè)儀、整個(gè)施工監(jiān)測(cè)資料。當(dāng)該水庫(kù)升至最高為46.66m的庫(kù)水位，而且接連210d持續(xù)保持超過(guò)44.10m后，在2012年3月也曾系統(tǒng)地分析2008年1月—2011年7月獲得的觀測(cè)資料。隨后，在2013年12月、2015年12月、2018年7月多次總結(jié)分析。文章的分析時(shí)間段是2018年8月1日—2020年2月15日，既有延伸以上幾次進(jìn)行的總結(jié)分析內(nèi)容，又是第6次系統(tǒng)地分析該水庫(kù)大壩工程下的觀測(cè)資料。

3.1 四周縫變形

針對(duì)該水庫(kù)中的混凝土面板壩，通過(guò)二向測(cè)縫計(jì)組，觀測(cè)面板四周的縫變形。一共設(shè)置了8個(gè)測(cè)點(diǎn)，TS2、TS4、TS8現(xiàn)已失效，僅TS1、TS3、TS5、TS6、TS7可用。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，TS7測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的開合量最大，為0.29mm，同時(shí)測(cè)點(diǎn)TS3、TS6均呈現(xiàn)出零開合現(xiàn)象，故此面板四周的縫已經(jīng)大致穩(wěn)定了。

3.2 豎向上的內(nèi)部位移

針對(duì)豎向上的內(nèi)部位移，利用水管式沉降儀進(jìn)行觀測(cè)測(cè)讀。考慮到時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)、水中雜質(zhì)多、通氣管常滯留水而堵塞局部通氣管等因素，個(gè)別測(cè)點(diǎn)可能在局部時(shí)段發(fā)生測(cè)值波動(dòng)甚至突變問(wèn)題而增大分析的難度，通常采取局部修正措施來(lái)補(bǔ)救。據(jù)研究分析，在2年以內(nèi)，沉降量最大點(diǎn)SG2、SG3均為0.8cm，而沉降量最小點(diǎn)SG4、SG7均為0.4cm，沉降量的平均值為0.587cm。這表明沉降量一直不大，已基本趨于穩(wěn)定。

3.3 表面壩體變形

在該水庫(kù)工程中，共設(shè)有20個(gè)混凝土面板壩表面位移觀測(cè)點(diǎn)。在壩頂共設(shè)置測(cè)點(diǎn)7個(gè)，均位于下游壩頂側(cè)；在馬道上共設(shè)置測(cè)點(diǎn)6個(gè)，均位于下游馬道側(cè)；在防浪墻上共設(shè)置測(cè)點(diǎn)7個(gè)，分別位于防浪墻底、頂部面板平臺(tái)。具體的觀測(cè)事項(xiàng)包括表面位置的豎、橫向水平出現(xiàn)的位移。通過(guò)視準(zhǔn)線法、水準(zhǔn)測(cè)量法展開觀測(cè)，文章重點(diǎn)分析橫向水平觀測(cè)位移數(shù)據(jù)信息。在該時(shí)段內(nèi)，有下移壩頂測(cè)點(diǎn)。唯有7#測(cè)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生位移，2#測(cè)點(diǎn)位移最大且向下移動(dòng)8mm。在馬道測(cè)點(diǎn)，包含上下移、零移動(dòng)。這些上移測(cè)點(diǎn)，極有可能是由于測(cè)量誤差引起的。而測(cè)點(diǎn)6#測(cè)點(diǎn)具有最大上移量，且具體的上移量為4mm，相對(duì)較小。鑒于此，經(jīng)判斷分析知大壩在橫向已基本趨于穩(wěn)定。

3.4 最終結(jié)果分析

綜合分析以上監(jiān)測(cè)資料，并結(jié)合該大壩表面縱、豎向發(fā)生的位移及關(guān)鍵的滲流分析資料等可得出以下結(jié)論：該水庫(kù)工程中，就混凝土面板壩而言，具體的變形發(fā)展大體上與壩體變形基本規(guī)律相符；現(xiàn)階段的表面形變、壩內(nèi)沉降、四周縫變形、內(nèi)部滲流等均顯示正常；該大壩具有理想的防滲墻防滲能力；該大壩變形在可控制的范圍內(nèi)，大致安全。

4 大壩運(yùn)行與維護(hù)

針對(duì)該水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行三防調(diào)度及“運(yùn)行控制計(jì)劃”命令。就大壩表面，需要觀測(cè)橫向水平發(fā)生的位移、豎縱向位移，保持1次/月；孔隙水壓力、四周縫變形、壩內(nèi)豎向位移、滲流等，至少2次/周，全天候自動(dòng)監(jiān)視觀測(cè)。每逢特殊時(shí)段，如汛期、暴雨、高水位等，還要更加密切地監(jiān)測(cè)，并且更嚴(yán)格地巡查管理。同時(shí)，每次巡查還應(yīng)做好相應(yīng)紀(jì)錄工作。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)上級(jí)主管機(jī)構(gòu)及部門，及時(shí)、有效地維護(hù)保養(yǎng)。具體而言，主要涉及以下維護(hù)保養(yǎng)工作。

4.1 妥善處理混凝土面板出現(xiàn)的裂縫

若面板有裂縫問(wèn)題，必須及時(shí)采取有效措施處理。一般使用環(huán)氧樹脂，表面涂抹均勻，將裂縫填塞完全。通常情況下，裂縫往往出現(xiàn)在面板上端，裂縫寬度為0.4～0.2mm，相應(yīng)的深度在10mm以上。若趾墻交接岸坡的地方出現(xiàn)裂縫，必須及時(shí)清理，沖洗干凈裂縫部位，然后用混凝土砂漿及時(shí)回填。

4.2 妥善處理混凝土面板在夏季出現(xiàn)的問(wèn)題

我國(guó)夏季高溫現(xiàn)象多發(fā)，混凝土面板暴曬在炎炎烈日下，容易出現(xiàn)變形、裂縫或流失止水填料問(wèn)題。為有效避免以上問(wèn)題，必須對(duì)混凝土面板采取降溫養(yǎng)護(hù)措施。一般會(huì)在面板上沿著該大壩縱向安裝φ100mm水管，并在該管的一定位置設(shè)置φ2mm小孔，通過(guò)高壓水泵向水管正常供水，以維持整個(gè)面板的濕潤(rùn)度，做好降溫養(yǎng)護(hù)措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，專門針對(duì)混凝土面板形式堆石壩開發(fā)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、維護(hù)技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到較高的水平。為了更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)面板壩的實(shí)際運(yùn)行情況，在安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，還應(yīng)及時(shí)引進(jìn)準(zhǔn)確度高、更加自動(dòng)化的技術(shù)。同時(shí)，還應(yīng)推廣應(yīng)用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水庫(kù)工程的抗震性能，彌補(bǔ)散粒體結(jié)構(gòu)的不足。此外，伴隨電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展及普及，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也應(yīng)逐步提高自動(dòng)化水平，自動(dòng)地實(shí)時(shí)收集、上傳、處理、甄別、準(zhǔn)確評(píng)估混凝土面板壩的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，再提供給智能化的專家決策，最終達(dá)到面板堆石壩有效遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)目的。最后，還應(yīng)開發(fā)、研究分析處理這些安全監(jiān)測(cè)信息的智能化系統(tǒng)，以便及時(shí)采取措施妥善處理，更加高效地使用監(jiān)測(cè)資料，有效促進(jìn)混凝土面板堆石壩的可持續(xù)發(fā)展。