狹窄河谷混凝土面板壩運(yùn)行監(jiān)測分析

王恩輝

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程簡介

新疆某混凝土面板壩位于河流出山口段，壩址區(qū)域呈基本“V”形，河床底寬8-16m，正常水位高程處谷寬約116m。水庫總庫容1.298×108m3，壩址區(qū)50年超越概率10%地震峰值加速度為0.2g，壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。最大壩高101m，壩長141.3m，寬高比1.3，下游壩坡在上部約1/3壩高設(shè)置10m寬上壩道路與交通洞相接。屬大(2)型工程，壩體為1級建筑物。

大壩壩頂高程1934.50m，，上游混凝土面板坡比1∶1.6，下游采用混凝土網(wǎng)格干砌石，坡度為1∶1.5，下游壩坡1904m高程以上設(shè)置10m寬上壩公路，1904m高程以下采用交通洞方式與上壩公路相接，同時在1890.00、1870.00m高程各設(shè)置一道2m寬的馬道，下游壩坡整體綜合壩坡1∶1.86。

2 壩體型設(shè)計

該工程考慮河谷底部狹窄，機(jī)械設(shè)備難以展開，河谷趾板開挖難度大，設(shè)計充分利用了瀝青混凝土心墻壩設(shè)計機(jī)理，將壩體上游圍堰與壩體結(jié)合設(shè)置剛性薄壁混凝土心墻作為上游圍堰防滲體和壩體底部永久防滲體，剛性心墻頂部與壩體上游防滲面板連接。剛性心墻采用現(xiàn)澆型式，基礎(chǔ)位于河床堅硬的巖石上，頂高程1860m，最大高度26.5m，頂寬3m，上游側(cè)為垂直坡，下游坡度1∶0.172，剛性心墻通過3.0m寬連接板與河床趾板相接，墻體縱向10m設(shè)一條垂直伸縮縫[1]。

壩體上游截流堤頂高程1850m，自戧堤頂下游邊線采用1∶2.5坡至剛性心墻頂高程1860m，填筑料質(zhì)量要求和碾壓標(biāo)準(zhǔn)同大壩主堆石料，坡比1∶2.5。上游圍堰設(shè)計頂高程1873m，剛性心墻下游側(cè)采用壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)控制，上游壓蓋坡度1∶2.5。其中高程1860m以下為剛性心墻防滲，1860m以上利用河床防滲面板與岸坡趾板相連兼做固坡和防滲。

大壩填筑料分混凝土面板上游壓蓋區(qū)和混凝土面板下游壩體填筑區(qū)，壓蓋區(qū)分別為壓重區(qū)和鋪蓋區(qū)，填筑區(qū)自上游向下游依次為砂礫石墊層、砂礫石過渡層、主堆石區(qū)、下游次堆石料區(qū)。壩體填筑料除下游次堆石料區(qū)采用建筑物爆破開挖利用料外，其余均采用砂礫石料填筑，其中主堆石區(qū)采用砂礫石全料，碾壓滲透系數(shù)控制在10-2-10-3cm/s；墊層料、過渡料采用砂礫篩分料，碾壓滲透系數(shù)控制在10-3-10-4cm/s。

混凝土面板采用C30鋼筋混凝土，板厚0.3-0.65m，河床部位板寬12m，兩岸坡板寬6m，板縫內(nèi)設(shè)置底部止水銅片及表層GB止水。

為減少岸坡開挖，工程岸坡趾板設(shè)置貼坡式趾板，水平段長3.0m，岸坡上貼坡長度根據(jù)承受水頭劃分為3-4m。河谷趾板與剛性心墻墻之間設(shè)置3.0m寬混凝土連接板，協(xié)調(diào)趾墻與趾板之間變形。

圖1 大壩典型剖面圖

為提高岸坡部位填筑料壓實度，降低變形量，將兩次岸坡處砂礫墊層料和過渡料下游延伸10-70m；同時考慮趾墻下游與巖石陡坡之間間距較小，不便于分區(qū)，全部采用墊層料填筑。

3 壩體運(yùn)行狀態(tài)分析

本工程壩體于2010年初開始填筑，2011年11月30日填筑到頂。水庫于2012年7月28日下午下閘蓄水，8月3日水位達(dá)到1923m高程，溢洪道開始過水，8月8日達(dá)到水位1927.2m，后因左岸古河槽滲水于2012年10月11日水庫開始放水，至2012年11月1日水庫基本放空，進(jìn)行古河槽防滲墻處理。2014年二次蓄水至今基本保持在正常蓄水位附近運(yùn)行。

3.1 壩體內(nèi)部變形

選取河床高填筑壩段設(shè)置水管式沉降儀和引張線式位移計，監(jiān)測壩體內(nèi)部變形，自2011年底至今內(nèi)部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)相對較穩(wěn)定，沉降變形等勢線圖見圖2，最大沉降變形發(fā)生在壩軸線下游的次堆石區(qū)，最大沉降量492mm，沉降量占填筑壩高0.5%，且已趨于穩(wěn)定。

圖2 壩體內(nèi)部沉降變形等勢線圖

根據(jù)監(jiān)測資料分析，施工期、竣工期壩體均產(chǎn)生自中軸線向兩邊的順河向水平位移，并在中軸線兩側(cè)達(dá)到峰值區(qū)；庫區(qū)蓄水后，壩體向下游的水平位移量明顯增加，向上游的水平位移減小；但整體位移量均不大，最大水平位移量均發(fā)生約占壩體1/2壩高的中軸線偏上游側(cè)，蓄水前為向上游偏移35.3mm，蓄水后向下游偏移45.9mm。

壩體順壩軸線向水平位移，由布置于壩體兩岸坡的2點(diǎn)式位移計監(jiān)測，位移計布設(shè)高程1910m的壩軸線上，壩體填筑過程中，縱向位移緩慢增長，2011年11月30日大壩填筑到頂后，壩體縱向位移開始趨于穩(wěn)定，水庫開始蓄水后，壩體內(nèi)部縱向位移均有少量增長，但增加幅度很小，最大變化3.11mm。右側(cè)監(jiān)測數(shù)據(jù)較左側(cè)較左側(cè)偏大，目前已趨于穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)40.28mm。壩體內(nèi)部縱向位移受壩體填筑高度及壩體內(nèi)部沉降影響較大，水庫蓄水對壩體內(nèi)部縱向位移影響甚微。

3.2 壩體滲流

在剛性心墻底部帷幕灌漿前后布置了3只滲壓計，其中1支于帷幕前，2支位于帷幕后，順河向沿主河床基巖線間隔40m布設(shè)1支滲壓計，監(jiān)測壩體順河向揚(yáng)壓力變化，另在兩岸坡及河床趾板下游共布設(shè)6支滲壓計，監(jiān)測趾板結(jié)構(gòu)縫止水效果。水庫初次蓄水前后心墻帷幕前后的滲壓計與庫水位基本同步，趾板后滲壓計與庫水位相差約20m水頭，壩基滲壓計測值很小，最大14.35kPa，壩后量水堰測值最大為25L/s。水庫2次蓄水后心墻底部上游側(cè)部位滲壓計損壞，其余滲壓計測值較初次蓄水變化不大，同時都隨庫水位的變化有所變化，壩后量水堰測值在12.1L/s-18.6L/s。由此可見壩體滲漏量不大，剛性心墻、趾板及面板整體防滲效果良好[2]。

3.3 面板應(yīng)變

在壩體中間主河床部位混凝土面板沿高程設(shè)置2向應(yīng)變計，監(jiān)測面板應(yīng)變情況。從監(jiān)測成果看蓄水前面板水平向及順坡向應(yīng)力應(yīng)變均以拉應(yīng)變?yōu)橹?，水平向最大值?2.79με，順坡向最大值77.42με，蓄水至正常蓄水位時混凝土面板受水壓力作用，水平向及順坡向均測得壓應(yīng)變值，最大壓應(yīng)變位于河床底部，最大值為-241.59με，混凝土面板應(yīng)變量較不大，面板工作正常。

3.4 結(jié)構(gòu)縫開合度

1)面板縫：

根據(jù)埋設(shè)的混凝土面板板間縫測縫計監(jiān)測成果，在首次蓄水前板間縫均呈張開狀態(tài)，但開合度較小，均在1.0mm以內(nèi)，且變幅很小，開合度變化量在0.5mm以內(nèi)。2012年 7月28日開始蓄水至8月5日達(dá)到最高水位期間，板間縫開合度略有增加，但變幅變化為超3.0mm，蓄水至穩(wěn)定后開合度基本保持穩(wěn)定。板間縫開合度隨水位起伏略有變化，變幅在0.5mm以內(nèi)，均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

2)周邊縫：

趾板澆筑過程中，在岸坡趾板、河床趾板、剛性心墻與連接板、連接板與趾板之間共設(shè)置10支向測縫計。但水庫蓄水發(fā)現(xiàn)剛性心墻與連接板間測縫計損壞，由于測縫計處于上游蓋重料下部，無法進(jìn)行更換，未能對剛性心墻頂部開合度進(jìn)行監(jiān)測。其余測縫計在兩次蓄水前后開合度基本穩(wěn)定，岸坡周邊縫水平張開均不超20mm，沉降不超25mm；連接板與趾板結(jié)構(gòu)縫水平張開不足10mm，沉降約53mm均，其結(jié)構(gòu)開合度均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

項目建設(shè)采用上游圍堰和壩體的結(jié)合，設(shè)置剛性心墻作為壩體永久防滲兼做圍堰防滲體的方案，即解決了河谷底部場內(nèi)狹窄施工機(jī)械難以布置的困局，同時克服了狹窄河谷趾板開挖難以協(xié)調(diào)的復(fù)雜性，優(yōu)化了面板整體體型改善面板受力。從運(yùn)行幾年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，壩體變形、滲流、面板應(yīng)力應(yīng)變及結(jié)構(gòu)縫的開合度均在設(shè)計允許范圍內(nèi)，壩體運(yùn)行正常，不僅為該工程的設(shè)計、施工提供了可靠依據(jù)，其研究成果也加深對面板堆石壩壩體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的深入研究，可對以后類似工程提供一定的參考借鑒。