水利樞紐運行期基礎(chǔ)監(jiān)測成果分析

王剛

（婁底市防洪工程建設(shè)服務(wù)中心，湖南 婁底417000）

1 工程概況

某水利樞紐工程為Ⅱ等工程，規(guī)模為大（Ⅱ）型，壩頂高程900 m，壩頂全長408 m，最大壩高51 m。水庫正常蓄水位898 m，總庫容1.96億m3。從2006年6月30日主體工程開工到2009年9月，首臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電，就近進入晉、蒙電網(wǎng)；具有防洪防凌、供水發(fā)電、水土保持和生態(tài)環(huán)境保護以及保證下游河道不斷流等綜合效益[1]。

壩址區(qū)地層主要由奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）、石炭系本溪組（C2b）、太原組（C3t）和第四系（Q3+Q4）構(gòu)成。壩基持力層巖性為中厚層灰?guī)r、豹皮灰?guī)r夾薄層灰?guī)r、白云巖，巖體較完整，強度較高。壩基下存在多層連續(xù)性較好的泥化夾層，形成壩基深層抗滑穩(wěn)定滑動面。本文對壩體基礎(chǔ)在2006年6月至2010年各階段安全監(jiān)測情況進行整理分析，并對基礎(chǔ)狀態(tài)作出分析與評價，希望為工程施工提供參考。

2 壩基監(jiān)測儀器的布置[1 ]

2.1 壩基變形監(jiān)測

1）壩基垂直位移監(jiān)測。在灌漿及主排水廊道和排水廊道內(nèi)，每壩段布設(shè)2個水準標點，觀測壩基垂直位移。

2）壩基水平位移監(jiān)測。在3#～10#壩段和10#～18#壩段的基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)各布設(shè)1條引張線（共2條），4#～10#、10#～17#壩段間，每壩段設(shè)1個測點，用以監(jiān)測壩基的水平位移。

3）壩基變形監(jiān)測。在2#、8#、13#、18#4個壩段的基巖中，各埋設(shè)2～3組基巖多點變位計，監(jiān)測壩基變形。

2.2 壩基滲流監(jiān)測

壩基除設(shè)有上游帷幕外，還在下游壩趾處設(shè)有下游帷幕。為了對壩基揚壓力進行全面監(jiān)測，設(shè)2個縱向監(jiān)測斷面，6個橫向監(jiān)測斷面。

1）第1個縱向監(jiān)測斷面布置在上游灌漿及主排水廊道內(nèi)，第1道排水幕線上。第2個縱向監(jiān)測斷面布置在排水廊道內(nèi)，第3道排水幕線上。每個縱向監(jiān)測斷面在每個壩段設(shè)1個測點，埋設(shè)測壓管，測壓管深入基巖1 m。

2）橫向監(jiān)測斷面布置在1#、5#、8#、13#、18#、19#壩段，共6個斷面。每個監(jiān)測壩段布置5～6個測點，測點布置以上游密、下游漸疏為原則。第1個測點布置在基礎(chǔ)帷幕的上游，埋設(shè)測壓管，監(jiān)測淤沙對滲流的影響；第2個測點布置在第1道排水幕線上，監(jiān)測NJ304、NJ303軟弱夾層的揚壓力，測壓管進水管段埋設(shè)在軟弱夾層以下0.5～1 m的基巖中；第3、4、5個測點分別布置在第1、2道排水幕下游及第2道排水幕線上，埋設(shè)測壓管，監(jiān)測第1、2道排水幕后及第2道排水幕線上的揚壓力；第6個測點布置在基礎(chǔ)下游灌漿廊道內(nèi)第3道排水幕線上，監(jiān)測壩趾處基巖內(nèi)NJ304、NJ303軟弱夾層的揚壓力。

在壩左、右岸上、下游岸坡各布置10個測壓孔，測孔的布置以能繪出繞壩滲流線為原則，孔應(yīng)伸入原地下水位線以下。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 壩基變形分析

3.1.1 壩基垂直位移分析

壩基垂直位移開始監(jiān)測時間是大壩進入正常運行期階段，A-A斷面各測點（編號為EM1-1—EM19-1）壩基最大沉降量為1.7 mm，出現(xiàn)在2009年11月1日6#壩段；壩基最小沉降量為-2.0 mm，出現(xiàn)在2009年12月18日2#壩段；平均最大沉降量為0.5 mm，出現(xiàn)在10#壩段。B-B斷面各測點（編號為EM1-2—EM19-2）壩基最大沉降量為0.7 mm，出現(xiàn)在2009年9月11日7#壩段；壩基最小沉降量為-2.4 mm，出現(xiàn)在2009年12月18日1#壩段；平均最大沉降量為-0.1 mm，出現(xiàn)在11#壩段。從特征值可以看出，離上游壩面越近壩基的沉降越大，越靠近邊坡壩段向下沉陷變形越小，反之越大。

各壩段測點反映的過程線趨勢基本一致，都是在開始蓄水之后，壩基變形先向上變形，而后向下變形，再趨于平緩。在蓄水之前，10#壩段有向下沉陷的趨勢，這主要受到大壩自重的影響，蓄水開始一段時間，壩體向上變形，一段時間之后，再向下變形。從B-B斷面各測點來看，12#壩段（編號為EM12-2）分析，在未蓄水之前，向下沉陷，蓄水后先向上變形，后向下沉陷，再向上變形，為波動下沉。

A-A斷面上各測點的變形受庫水位與溫度的影響小，而B-B斷面上各測點的變形與上游水位呈現(xiàn)出強相關(guān)，當上游水位增高時，相應(yīng)的壩基垂直位移也增大，反之減小。由此，越靠近下游，壩前水位對壩基垂直位移的影響就越大。溫度是壩基垂直位移的影響因素之一,壩基垂直位移過程線隨溫度變化不如對壩頂垂直位移的變化那么明顯。

由相關(guān)過程線分析可知，時效也是影響壩基垂直位移的因素。壩基垂直位移主要受自重等的影響，其沿各壩段的分布規(guī)律也呈河床壩段大、邊坡壩段小的分布規(guī)律，與壩頂變化趨勢基本一致（圖1）。

圖1 EM6-2 2009年變形過程線

3.1.2 壩基水平位移分析

在分析時段內(nèi)，向下游最大位移出現(xiàn)在2009年12月25日，位移值為2.24 mm，發(fā)生在8#壩段；向上游最大位移出現(xiàn)在2009年7月22日，位移值為0.29 mm，發(fā)生在14#壩段。表中數(shù)據(jù)基本可以反映大壩在運行期水平位移呈岸坡壩段小，河床壩段大，大壩整體向下游。符合壩體水平位移分布規(guī)律。

各壩段壩基位移趨勢基本相同，反映出向上下游的位移沒有明顯差異。各壩段在2009年7月22日和2009年7月31日出現(xiàn)最小值，都隨時間的推移向下游增大的趨勢，在2009年7月未蓄水之前，壩基引張線位移過程線基本趨于平緩，其值都是負值，說明在未蓄水之前，壩體略有向上游變形的趨勢；開始蓄水之后，向上游變形開始減小，向下游變形開始增大，但是數(shù)值都不大，最大的值為2.24 mm。

壩基引張線位移相關(guān)過程線反映出與水位相關(guān)關(guān)系比較明顯，其變化趨勢與庫水位的變化趨勢基本一致。當庫水位升高時，各測點位移向下游增大，反之位移減小；此外，溫度也是影響引張線變化的一個重要因素，當氣溫時減小，各測點水平位移向上游增大，反之升高（圖2）。

3.1.3 壩基基巖變形資料分析

圖2 EX8-1 2009年變形過程線

2＃壩段埋設(shè)的3套多點位移計中，最大伸長為7.13 mm，出現(xiàn)在2009年9月16日；最大壓縮為1.59 mm，出現(xiàn)在2007年8月26日；8#壩段埋設(shè)的4套多點位移計中，最大伸長為8.61 mm，出現(xiàn)在2009年12月31日；最大壓縮為0.63 mm，出現(xiàn)在2007年9月24日；13#壩段埋設(shè)的3套多點位移計中，最大伸長為2.41 mm，出現(xiàn)在2008年12月19日；最大壓縮為1.34 mm，出現(xiàn)在2009年9月6日；18#壩段埋設(shè)的3套多點位移計中，最大伸長為4.9 mm，出現(xiàn)在2009年12月13日；最大壓縮為0.17 mm，出現(xiàn)在2008年5月1日。

從過程線圖中可以反映出：2#壩段測點M2-2-1大部分測值均為負值，說明2#壩段壩體混凝土與壩肩基巖結(jié)合緊密；測點M2-2-2測點大部分測值均為正值說明該測點所在位置為拉伸變形；從8#壩段來看，8#壩段的大部分測值均為正值，該壩段也是拉伸變形；從13#壩段來看，M13-1-1測點大部分測值均為負值，壩體混凝土與壩肩基巖結(jié)合緊密；M13-2-1反映的規(guī)律為拉伸變形，后有壓縮；M13-3-3隨著時間變化成周期變化，越往后越趨于平緩，處于壓縮狀態(tài)；M18-1-3測點在大壩開始施工的時候出現(xiàn)拉伸變形，而后一直都是壓縮變形。

從相關(guān)過程線來看，壩基基巖變形與庫水位基本呈負相關(guān)，與氣溫關(guān)系不明顯。蓄水后基巖變形量很小，邊坡壩段與基巖結(jié)合效果良好（圖3）。

圖3 M2-2-2測點變形歷史過程線

3.2 壩基滲流分析

3.2.1 基底揚壓力

各壩段防滲墻前測壓管水位較大，防滲墻后變小，水位較平緩，且變幅不大。從縱向測壓管水位的變化來看，在壩上-3.10 m與壩下0.9 m各壩段的測壓管水位呈現(xiàn)河床壩段大，岸坡壩段小；而壩下66.7 m與壩下37.63 m的各壩段則不明顯。

8#壩段的UP8-1測點水位與庫水位有明顯相關(guān)性，管內(nèi)水位隨壩前水位上升而上升，其水位基本保持同壩前水位7～8 m的差值變化，表明該部位基巖裂縫較為發(fā)育。

從壩體橫向來看，布設(shè)在帷幕后的測壓管，受庫水位變化影響不大，與庫水位表現(xiàn)出一定的滯后性，各測點水位過程線變化較為平緩，管內(nèi)水位變化幅度小，反映大壩基巖完整，帷幕防滲效果較好（圖4）。

圖4 UP8-1 2009年變形過程線

3.2.2 繞壩滲流

左壩肩最大繞壩滲流水位為914.17 m（測點編號為UP-Z10），最小繞壩滲流水位為861.10 m（測點編號為UP-Z10），最大平均繞壩滲流水位為906.20 m（測點編號為UP-Z10），從繞壩滲流縱、橫向來看，變化規(guī)律均不明顯。

右壩肩UP-Y3測點至UP-Y10測點，左壩肩UPZ2至UP-Z10測得水位和庫水位相關(guān)性明顯，測點水位隨庫水位變化，說明在這些測點處可能有較好的繞壩滲流通道，需要查明原因，但右壩肩測點UP-Y6、UP-Y7、UP-Y8、UP-Y9測得水位變幅不大，左壩肩測點UP-Z2、右壩肩測點UPY-10，水位變化滯后于庫水位的變化；右壩肩UP-Y5測點的測壓管水位值低，與庫水位變化相關(guān)性不很明顯，說明測點處繞壩防滲效果比較好。

左壩肩測點UP-Z1測得水位和庫水位相關(guān)性明顯，測點水位隨庫水位變化，說明在測點處可能有較好的繞壩滲流通道，需要查明原因。

左壩肩UP-Z4測點值在第3季度中后期發(fā)生過大幅度的非正常變化，后期與庫水位相關(guān)線的變化也與前期變化不一致，需要檢修。

根據(jù)左右岸繞壩滲流的觀測資料及對該觀測資料的分析，可以看出，在大壩的左右岸除右壩肩UP-Y5測點出處無繞壩滲流外，其余各處均存在不同程度的繞壩滲流，但繞壩滲流狀態(tài)穩(wěn)定，防滲措施總體工作良好。建議在兩岸壩頭加強對山體的防滲（圖5）。

圖5 UP-Z2 2009年變形過程線

4 結(jié)語

1）壩基垂直位移主要受溫度、時效影響，而庫水位對其影響較小，壩基最大沉降量為1.7 mm。離上游壩面越近壩基的沉降量越大。壩體整體向下沉，呈河床壩段大、邊坡壩段小的分布規(guī)律。

2）壩基基巖變形與庫水位基本呈負相關(guān)，與溫度關(guān)系不明顯?；鶐r變形量較小，邊坡壩段壩體與基巖結(jié)合效果良好。

3）大壩左右岸除右壩肩UP-Y5測點出處無繞壩滲流外，其余各處均存在不同程度穩(wěn)定的繞壩滲流，越靠近上游，繞壩滲流水位越高，測得水位和庫水位相關(guān)性明顯。右壩肩UP-Y1測點水位較大，可能有地表水引入，建議在兩岸壩頭加強對山體地表水的治理。