四方井粘土心墻堆石壩施工期監(jiān)測(cè)資料分析

熊 磊，呂笑笑，周清勇，劉 智，胡國(guó)平

（1. 江西省水利科學(xué)院，江西 南昌，330029；2. 江西省水工安全工程技術(shù)研究中心，江西 南昌，330029；3. 江西省宜春市袁州區(qū)袁北灌區(qū)管理局，江西 宜春，336028）

1 工程概況

四方井水利樞紐工程位于贛江流域袁河支流溫湯河下游，主壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程155.80m（黃海高程，下同），防浪墻頂高程157.00m，壩頂寬8.0m，壩軸線長(zhǎng)338.00m。壩基開挖底高程104.50m，最大壩高51.30m。正常蓄水位152.00m，設(shè)計(jì)洪水位153.93m（P=1%），校核洪水位154.38m（P=0.05%）。

主壩分心墻、反濾層、過(guò)渡層、壩殼堆石四大區(qū)。心墻頂寬為4.0m，頂高程為155.80m，心墻上、下游坡度均為1:0.25，最大底寬為30m，心墻基礎(chǔ)設(shè)置帷幕灌漿、固結(jié)灌漿和C25 混凝土基礎(chǔ)。心墻上、下游設(shè)反濾保護(hù)層，反濾層水平厚度分別為3.0m，外側(cè)坡度為1:0.25。反濾層外側(cè)為過(guò)渡層，過(guò)渡料146.3m 以下為2.0m，以上為1.0m，外側(cè)坡度為1:0.25。

2 測(cè)點(diǎn)布置方案

江西省宜春市四方井水利樞紐工程粘土心墻堆石壩設(shè)置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：主壩表面變形監(jiān)測(cè)、壩體內(nèi)部沉降變形、滲流壓力監(jiān)測(cè)及心墻土壓力監(jiān)測(cè)等[1-3]，監(jiān)測(cè)斷面布置圖見圖1（以斷面壩縱0+130 為例），監(jiān)測(cè)項(xiàng)目符合設(shè)計(jì)要求[4-6]，各項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)布置如下：

圖1 監(jiān)測(cè)斷面布置圖（以斷面壩縱0+130 為例）

2.1 主壩表面變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

表面變形包括壩面的水平位移與垂直位移監(jiān)測(cè)，為同一測(cè)點(diǎn)布設(shè)。布置為四條觀測(cè)斷面：壩橫0+129.5m為8 個(gè)；壩橫0+142.5m 為9 個(gè)；壩橫0+004.0m 為10個(gè)；0-006.0m 為10 個(gè)。共布設(shè)37 個(gè)測(cè)點(diǎn)。水平位移采用視準(zhǔn)線法；垂直位移采用精密水準(zhǔn)法。

2.2 內(nèi)部變形測(cè)點(diǎn)布置

內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)有：心墻內(nèi)部水平位移（上下游方向、軸向）與心墻內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)；下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)水平位移與沉降監(jiān)測(cè)；心墻與壩肩錯(cuò)動(dòng)變形。

2.2.1 心墻內(nèi)部水平位移與心墻內(nèi)部沉降監(jiān)測(cè)

心墻內(nèi)部水平位移（上下游方向）與心墻內(nèi)部沉降采用測(cè)斜沉降管監(jiān)測(cè)，壩軸線上共在壩縱0+130m、壩縱0+190m、壩縱0+250m 設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。心墻軸向水平位移變形采用土體位移計(jì)串監(jiān)測(cè)，共設(shè)置2 組土體位移計(jì)串，每組含6 支位移計(jì)，總跨度60m，起始點(diǎn)位于左右岸壩肩壩軸線位置，埋設(shè)高程134.50m。

2.2.2 下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)水平位移與沉降監(jiān)測(cè)

下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)水平位移與沉降采用水管式沉降儀與水平位移計(jì)監(jiān)測(cè)，共設(shè)置2 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面（壩縱0+130m 與壩縱0+250m）。每個(gè)斷面于126.00m高程布置3 套、136m 高程布置2 套、148m 高程布置2套水管式沉降儀與水平位移計(jì)。

2.2.3 心墻與壩肩錯(cuò)動(dòng)變形

心墻與左右岸壩肩壓漿板間相對(duì)位移采用位錯(cuò)計(jì)觀測(cè)。共設(shè)置位錯(cuò)計(jì)2 支，位于左右壩肩軸線位置，埋設(shè)高程134.50m。

2.3 滲流監(jiān)測(cè)

主壩滲流與繞壩滲流采用滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)。布置3 個(gè)監(jiān)測(cè)橫斷面（壩縱0+130m、壩縱0+190m、壩縱0+250m）與1 個(gè)壩軸線監(jiān)測(cè)斷面（壩橫0+000.0m）。繞壩滲流共布置10 個(gè)測(cè)點(diǎn)，左右岸各5 個(gè)。

2.4 土壓力監(jiān)測(cè)

土體壓力采用土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。在壩縱0+130m 斷面高程109m 壓漿板與粘土接觸面布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，高程123m 與高程140m 各布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3 施工期監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 壩體內(nèi)部沉降變形

主壩下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)的沉降、水平位移采用水管式沉降儀與水平位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面于不同高程設(shè)3 層測(cè)點(diǎn)。由于當(dāng)前觀測(cè)房尚未完工，水平位移尚無(wú)法觀測(cè)，施工期只對(duì)壩體內(nèi)部沉降進(jìn)行觀測(cè)。各測(cè)點(diǎn)以儀器、管路安裝埋設(shè)完成日期為起測(cè)時(shí)間點(diǎn)，因此測(cè)點(diǎn)測(cè)值為相對(duì)起測(cè)時(shí)間的沉降增量。實(shí)測(cè)壩體沉降施工期測(cè)值如圖2 所示。

圖2 下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)沉降測(cè)值

由圖2 可以看出：（1）各測(cè)點(diǎn)測(cè)值主要受填筑過(guò)程影響，施工期各測(cè)點(diǎn)部位沉降量隨著壩體填筑迅速增長(zhǎng)；大壩填筑到壩頂后，沉降增速迅速降低，沉降變形趨于穩(wěn)定；（2）從測(cè)值量上來(lái)看，觀測(cè)期最大沉降量為295mm（壩縱0+130m 斷面V2-6 測(cè)點(diǎn)，約1/3 壩高位置，堆石區(qū)中部），約占最大壩高的0.58%。施工期主壩下游側(cè)心墻與下游堆石區(qū)沉降總體與施工過(guò)程相吻合，大壩沉降量較小，壓實(shí)性能良好，符合混凝土面板堆石壩施工期的一般沉降規(guī)律。

3.2 心墻內(nèi)部沉降變形

心墻內(nèi)部沉降采用測(cè)斜沉降管監(jiān)測(cè)，共設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面：壩縱0+130m 斷面、壩縱0+190m 斷面、壩縱0+250m 斷面。測(cè)點(diǎn)位于各斷面壩軸線位置，測(cè)值見圖3。

圖3 心墻內(nèi)部沉降變形測(cè)值曲線

由圖3 可以看出，各測(cè)點(diǎn)沉降隨時(shí)間均有明顯增長(zhǎng)，其中填筑初期沉降增量較大，后期增幅降低。觀測(cè)期最大沉降測(cè)值為CX1-3 的281mm，約占最大壩高的0.5%，施工期心墻內(nèi)部沉降總體與施工過(guò)程相吻合，心墻內(nèi)部沉降量較小，壓實(shí)性能良好，符合混凝土面板堆石壩施工期的一般沉降規(guī)律。

3.3 心墻內(nèi)部水平位移（上下游方向）

心墻內(nèi)部水平位移（上下游方向）采用測(cè)斜沉降管監(jiān)測(cè)，共設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面：壩縱0+130m 斷面、壩縱0+190m 斷面、壩縱0+250m 斷面。測(cè)點(diǎn)位于各斷面壩軸線位置，測(cè)值見圖4。

由圖4 可以看出，壩體填筑期各測(cè)點(diǎn)水平位移均較小，觀測(cè)期最大測(cè)值為65mm，填筑后期心墻內(nèi)部水平位移趨于穩(wěn)定。

圖4 心墻內(nèi)部上下游方向水平位移測(cè)值曲線

3.4 心墻軸向水平位移

心墻軸向水平位移變形采用土體位移計(jì)串監(jiān)測(cè)，位移計(jì)串埋設(shè)于近左右岸壩肩60m 范圍心墻內(nèi)，埋設(shè)高程近1/2 壩高處。從圖5 可以看出各測(cè)點(diǎn)心墻累積軸向位移均指向河道中心，且位移量沿程增大。測(cè)值變化主要受填筑過(guò)程影響，埋設(shè)初期，填筑速度快，測(cè)點(diǎn)測(cè)值增速較大。各測(cè)點(diǎn)最大測(cè)值為80.19mm（W6（2-6）測(cè)點(diǎn)），最大變形量約占最大壩高的0.16%，變形量不大。

圖5 主壩心墻軸向水平位移實(shí)測(cè)過(guò)程線

3.5 心墻-壩肩相對(duì)位移

心墻與左右岸壩肩間的相對(duì)位移通過(guò)位錯(cuò)計(jì)觀測(cè)。位錯(cuò)計(jì)埋設(shè)于近1/2 壩高處。實(shí)測(cè)近左右岸壩肩與心墻間相對(duì)位移如圖6 所示。

由圖6 可以看出，各測(cè)點(diǎn)心墻與壩肩之間的相對(duì)位移逐漸增大。測(cè)值變化主要受填筑過(guò)程影響，埋設(shè)初期，填筑速度快，測(cè)點(diǎn)測(cè)值增速較大。2020 年春節(jié)及疫情防控期間，施工停滯，測(cè)值增速較低。隨著2020 年5月份后壩體逐漸填筑到頂，增速放緩。各測(cè)點(diǎn)最大測(cè)值為21.99mm（WC2 測(cè)點(diǎn)），由于心墻存在沉降，實(shí)際測(cè)值受沉降影響，測(cè)值總體正常。

圖6 心墻與壩肩相對(duì)位移實(shí)測(cè)過(guò)程線

3.6 孔隙水壓力

壩基滲壓計(jì)測(cè)值過(guò)程線如圖7（a）、（b）、（c）、（d）所示。由圖中可以看出，施工期各測(cè)點(diǎn)測(cè)值總體保持穩(wěn)定，填筑過(guò)程中測(cè)點(diǎn)部位未觀測(cè)到明顯超靜孔隙水壓力；壩基孔壓壩縱0+130.0m 防滲帷幕后P2-8 測(cè)點(diǎn)為最大測(cè)值（108.99kPa），且高于防滲帷幕前P2-7 測(cè)點(diǎn)；壩縱0+190.0m 防滲帷幕前測(cè)點(diǎn)P3-5 明顯高于帷幕后測(cè)點(diǎn)P3-6；壩縱0+250.0m 防滲帷幕前測(cè)點(diǎn)P4-5孔壓水位明顯低于帷幕后測(cè)點(diǎn)P4-6。水庫(kù)尚未蓄水，造成這種差異的主要原因是測(cè)點(diǎn)部位的地質(zhì)條件不同。如P4-6 測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)點(diǎn)下游側(cè)約2m 處基巖有明顯泉水出滲，表明測(cè)點(diǎn)附近基巖裂隙水豐沛。

圖7 主壩滲壓計(jì)實(shí)測(cè)過(guò)程線

施工期各測(cè)點(diǎn)測(cè)值總體保持穩(wěn)定，最大測(cè)值為108.99kPa（P2-8 測(cè)點(diǎn)），孔壓分布與現(xiàn)場(chǎng)工況（帷幕前孔壓高于帷幕后孔壓）相吻合，符合一般分布規(guī)律。

3.7 心墻土壓力

心墻土體壓力通過(guò)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。土壓力計(jì)埋設(shè)于壩縱0+130m 斷面109m、123m、140m 高程心墻上下游側(cè)近反濾層位置。實(shí)測(cè)心墻土壓力如圖8 所示。由圖可以看出土體壓力隨埋設(shè)高度降低明顯增加，同高程的測(cè)值相對(duì)接近，符合心墻土體壓力的一般分布規(guī)律。

圖8 心墻土體壓力實(shí)測(cè)過(guò)程線

3.8 主壩表面變形

主壩表面變形因部分基點(diǎn)建成較晚，測(cè)次較少。目前主壩實(shí)測(cè)最大沉降變形為30mm 左右（河道斷面位置），略大于同期內(nèi)部沉降變形。最大水平位移約10mm左右，水平位移與沉降變形均較小。

4 結(jié) 論

以江西省宜春市四方井水利樞紐粘土心墻堆石壩施工期變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，對(duì)其主要監(jiān)測(cè)斷面的變形特征和應(yīng)力分布進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）壩體沉降整體規(guī)律性良好，堆石區(qū)沉降略大于心墻沉降量。

（2）心墻內(nèi)部水平位移、軸向位移及心墻-壩肩相對(duì)位移填筑初期增量較大，后期增幅降低，且測(cè)值均較小，測(cè)值總體正常。

（3）施工期孔隙水壓力各測(cè)點(diǎn)測(cè)值總體保持穩(wěn)定，孔壓分布與現(xiàn)場(chǎng)工況相吻合，符合孔壓一般分布規(guī)律。

（4）心墻土壓力隨埋設(shè)高度降低明顯增加，同高程的測(cè)值相對(duì)接近，符合心墻土壓力的一般分布規(guī)律。