劉 浩，鄭曉紅

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州，311122）

洪屏抽水蓄能電站上水庫大壩安全監(jiān)測設計及蓄水初期監(jiān)測成果分析

劉 浩，鄭曉紅

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州，311122）

主要介紹了洪屏上水庫主壩、西副壩、西南副壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計，包括變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、應力應變監(jiān)測等，并對蓄水初期監(jiān)測成果進行了簡要分析。

洪屏抽水蓄能電站；安全監(jiān)測；重力壩；混凝土面板堆石壩

1 工程概況

洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣境內(nèi)，樞紐主要包括上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站及下水庫等工程項目，上水庫主要建筑物有進/出水口、主壩、西副壩、西南副壩等。

上水庫主壩為混凝土重力壩，最大壩高42.5 m，壩頂長104.1 m；西副壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高57.7 m，壩頂長367.5 m；西南副壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高37.4 m，壩頂長311.64 m。上水庫正常蓄水位733.0 m，死水位716.0 m，總庫容約3 077萬m3。

上水庫主壩壩址位于盆地南側(cè)獅子口“V”型峽谷中，壩址第四系覆蓋層淺薄，兩岸大部分弱～強風化基巖裸露，壩址區(qū)左岸斷層不發(fā)育，右岸斷層較發(fā)育。西副壩兩岸無坡殘積層分布，左岸以強風化巖出露為主，厚度為8.6～11.4 m，右岸全風化厚度為3.5～7.0 m。西南副壩址呈開闊的“V”型，壩基巖性左岸為變質(zhì)含礫中粗砂巖，右岸及溝底為變質(zhì)中細砂巖。庫周岸坡殘坡積粉質(zhì)粘土、庫底沖洪積粉質(zhì)粘土層覆蓋廣泛，厚度一般為1.0～2.0 m左右，局部5～10 m。庫盆區(qū)為一（洪屏）向斜構(gòu)造，斷層較發(fā)育，規(guī)模較小。

2 上水庫大壩監(jiān)測設計

2.1 變形監(jiān)測控制網(wǎng)設計

2.1.1 平面監(jiān)測控制網(wǎng)

上水庫平面控制網(wǎng)由7個網(wǎng)點（TN01～TN07）組成，按照一等精度觀測，其中網(wǎng)點TN05～TN06作為上水庫西副壩平面變形監(jiān)測的工作基點，網(wǎng)點TN06～TN07作為上水庫西南副壩平面變形監(jiān)測的工作基點。上水庫主壩水平位移采用壩頂左右岸的倒垂線進行校測。

2.1.2 水準監(jiān)測控制網(wǎng)

水準監(jiān)測控制網(wǎng)為一等精密水準控制網(wǎng)，由3個基準點和6個工作基點組成水準閉合環(huán)。基準點布置在上水庫連接公路內(nèi)側(cè)1 m左右的新鮮基巖出露處，工作基點設在上水庫西副壩及西南副壩壩頂兩側(cè)。

2.2 上水庫主壩監(jiān)測設計

上水庫主壩壩頂高程737.5 m，建基面最低高程695 m，最大壩高42.5 m，壩頂長度104.1 m，共分5個壩段，1號、5號擋水壩段長21.55 m；2號、4號擋水壩段長20.00 m，中部3號溢流壩段長21.00 m。

根據(jù)主壩的結(jié)構(gòu)特點，重點監(jiān)測項目為：變形、揚壓力、滲漏量監(jiān)測等。

圖1 上水庫變形監(jiān)測控制網(wǎng)布置圖Fig.1 Layout of deformation control network for upper reservoir

2.2.1 變形監(jiān)測

（1）水平位移：在壩頂設1條引張線，每個壩段設置1個測點，在左、右岸岸坡設置倒垂線作為引張線兩端點的校核基準點；在3號壩段布置1組正倒垂線組，監(jiān)測壩頂及壩基水平位移。

（2）垂直位移：在壩頂引張線測點旁設置幾何水準測點。工作基點利用上水庫的精密水準網(wǎng)進行校測。

在每個壩段的基礎廊道內(nèi)布置1個幾何水準測點。在3號壩段基礎廊道內(nèi)設1個雙金屬標，作為壩基垂直位移監(jiān)測基準點。

（3）建基面接縫監(jiān)測：在1～5號壩段的壩踵混凝土與基巖接觸面上各布置1支單向測縫計。

2.2.2 滲流監(jiān)測

（1）壩基揚壓力：壩基揚壓力布置1個縱向監(jiān)測斷面和3個橫向監(jiān)測斷面，其中縱向監(jiān)測斷面布置在基礎灌漿排水廊道的第一道排水幕線下游側(cè)，每個壩段布置1個測壓管；橫向監(jiān)測斷面分別布置在2號、3號、4號壩段橫向基礎灌漿排水廊道內(nèi)，每個斷面沿水流方向布置2支滲壓計或2根測壓管。

（2）滲流量：滲流量監(jiān)測按照壩體和壩基分區(qū)布置。

在2號壩段壩基698.50 m高程廊道通往下游側(cè)出口前的排水溝左右側(cè)各布置1座量水堰，監(jiān)測壩體總滲水量。

在2號壩段排水交通廊道的左右排水溝內(nèi)各布置1座量水堰，監(jiān)測大壩壩體和壩基總的滲水量。

壩基滲水量為大壩總的滲水量減去壩體滲水量。

圖2 上水庫主壩監(jiān)測布置圖Fig.2 Monitoring items for main dam of upper reservoir

圖3 上水庫西副壩監(jiān)測布置圖Fig.3 Monitoring items for western auxiliary dam of upper reservoir

（3）繞壩滲流：在左岸防滲帷幕線之后布置5個地下水位孔，右壩頭在南庫岸與西南副壩相連接處布置滲壓計。

2.3 上水庫西副壩監(jiān)測設計

西副壩壩頂高程738.9 m，壩頂長367.5 m。壩基采取開挖、混凝土塞、固結(jié)灌漿及帷幕灌漿等處理措施。根據(jù)二維有限元計算，竣工期壩體垂直位移最大值發(fā)生在壩軸線下游側(cè)下游堆石區(qū)域內(nèi)，在運行期（正常蓄水位）的水壓力作用下，面板靠近頂部出現(xiàn)很小拉應力區(qū)；面板的中部、底部位置均為壓應力狀態(tài)，面板最大撓度位于面板的中下部。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及計算成果并參考以往工程經(jīng)驗[1-2]，上水庫西副壩的監(jiān)測重點為：表面變形、內(nèi)部變形、滲流、面板應力應變監(jiān)測等。

2.3.1 變形監(jiān)測

（1）表面變形：在上游面板735.90 m高程、壩頂下游側(cè)、下游壩坡718.90 m高程、698.90 m高程處各設置1條視準線，在水平位移測點旁設置幾何水準測點。

（2）堆石體內(nèi)部變形：監(jiān)測斷面布置在最大壩高處，在700 m及720 m高程布置2條測線，共設置8套水管式沉降計。

（3）周邊縫、垂直縫變形：周邊縫變形測點布置在最大壩高處和兩岸岸坡大約1/3、1/2及2/3壩高處，以及岸坡較陡、坡度突變及地質(zhì)條件較差的部位。具體為在河床水平縫上布設2組二向測縫計，在左岸布置3組三向測縫計，在右岸布置3組三向測縫計。在兩岸張性縫以及張性縫和壓性縫過渡區(qū)共布置13支單向測縫計，監(jiān)測垂直縫變形。

2.3.2 滲流監(jiān)測

（1）壩基及周邊縫滲壓：在最大壩高處設置1個壩基滲壓監(jiān)測斷面，在壩體帷幕灌漿后布置3支滲壓計；在周邊縫附近埋設8支滲壓計。

（2）壩體滲流量：在壩后排水溝匯集處布置1個量水堰，監(jiān)測壩體滲流量。

（3）大壩兩岸岸坡地下水位：在左右岸防滲帷幕線后分別布置1個、3個地下水位孔，了解庫水繞滲情況。

2.3.3 混凝土面板應力、應變監(jiān)測

在面板可能受壓區(qū)（面板中部和底部）布置二向應變計組，在面板可能受拉區(qū)（面板靠近頂部）布置三向應變計組。在應變計旁0.5 m處布置無應力計，同時在埋設應變計組附近埋設鋼筋計。共布置1組三向應變計組、3組二向應變計組、4支無應力計、3支鋼筋計。

2.4 上水庫西南副壩監(jiān)測設計

上水庫西南副壩為混凝土面板堆石壩，壩體填筑材料分成墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)和下游堆石區(qū)。西南副壩的監(jiān)測重點為：表面變形、內(nèi)部變形、滲流、面板應力應變監(jiān)測等。

圖4 上水庫西南副壩監(jiān)測布置圖Fig.4 Monitoring items for southwestern auxiliary dam of upper reservoir

2.4.1 變形監(jiān)測

（1）表面變形：在壩頂靠下游側(cè)和面板頂部偏下位置、壩后723.90 m高程馬道各布置1條視準線。在水平位移測點旁設置幾何水準測點。

（2）周邊縫、垂直縫變形：周邊縫變形測點布置在最大壩高處和岸坡大約1/3、1/2及2/3壩高處。在河床水平縫上布設2組二向測縫計，在左岸布置1組三向測縫計，在右岸布置2組三向測縫計。

面板垂直縫測點布置在大約1/3和2/3壩高處，沿壩高水平布置兩條測線。共布置單向測縫計10支。因現(xiàn)場已澆筑的面板均存在較為普遍的質(zhì)量問題，土建施工單位按設計要求在原有的混凝土面板上又澆筑了新混凝土面板，故在新混凝土面板上現(xiàn)場增加了6支單向測縫計。

2.4.2 滲流監(jiān)測

（1）壩基滲流：布置2個壩基滲流監(jiān)測斷面，在帷幕灌漿后布置1～2支滲壓計；在周邊縫附近埋設5支滲壓計。

（2）壩體滲流量：在壩后排水溝匯集處布置1個量水堰，監(jiān)測壩體滲流量。

（3）大壩兩岸岸坡地下水位：在左右岸防滲帷幕前后布置2個地下水位孔，監(jiān)測近壩區(qū)岸坡地下水位的變化情況。

2.4.3 混凝土面板應力、應變監(jiān)測

監(jiān)測斷面布置在最大壩高處，在面板底部、1/3壩高、2/3壩高處布置應變計組（含無應力計），同時在相應位置布置鋼筋計。共布置3組二向應變計組、3支無應力計、2支鋼筋計。

2.5 上水庫庫盆及庫岸滲流監(jiān)測設計

建庫蓄水后，庫盆及庫岸可能產(chǎn)生滲漏的主要有4個地段：西北埡口庫岸段、西副壩與西南副壩之間庫岸段、主壩至西南副壩間庫盆底部和南庫岸段。

西北埡口庫岸段、兩副壩之間庫岸段的山體地下水位及相對隔水層頂板均低于正常蓄水位，采用垂直帷幕防滲措施。主壩至西南副壩間庫盆底部先進行表面清理后，鋪筑粘土鋪蓋，上覆土工布，并填筑石渣保護。南庫岸段采用水平防滲方案處理。

根據(jù)上述處理措施，上水庫庫盆及庫岸滲流監(jiān)測項目布置如下：

（1）庫底粘土鋪蓋防滲監(jiān)測：在庫底沿上下游方向布置6支滲壓計，在鋪蓋與周邊結(jié)合部位布置7支滲壓計。為了解庫底斷層F43、F136及節(jié)理密集帶等處的滲透壓力情況，在上水庫南庫底布置2支滲壓計。

（2）垂直帷幕防滲監(jiān)測：沿西北埡口庫岸段帷幕灌漿線后布置9個地下水位孔，沿西副壩與西南副壩之間庫岸段帷幕灌漿線后布置4個地下水位孔。

（3）水平防滲監(jiān)測：防滲面板底部灌漿后布置滲壓計，并在周邊布置5個地下水位孔，在南庫岸與西南副壩連接處布置滲壓計。

3 蓄水初期監(jiān)測成果

上水庫于2015年12月19日開始首次蓄水，分兩階段進行。

第一階段：2015年12月19日～2016年5月，為滿足一臺機運行11 h，利用機組抽水蓄水，將水位蓄至719 m。

第二階段：2016年6月～2016年9月，利用機組抽水和庫區(qū)降水逐步將水位蓄至732.71 m（2016年9月21日），接近正常蓄水位，如圖6所示。

2016年9月21日之后，上水庫水位運行在726.19～732.17 m之間，變幅在6 m左右。

3.1 上水庫主壩監(jiān)測成果

上水庫蓄水后，主壩壩頂上下游方向水平位移和垂直位移較小，累積值分別在2.50 mm和1.22 mm以內(nèi)。

圖5 上水庫水位過程線圖Fig.5 Monitored upper reservoir level

主壩壩基接縫均處于輕微張開的狀態(tài)，接縫開合度均在1.0 mm以內(nèi)。

首次蓄水后，主壩各壩段揚壓力均有小幅升高，水位增幅最大約2 m；岸坡壩段揚壓水位相對較高，主要受兩岸山坡地下水位影響。排水幕線后揚壓系數(shù)最大為0.22，小于設計值0.25。由圖8可知，除下游側(cè)個別測點（4號壩段Pszb4）受壩后積水影響外，各壩段的揚壓力均滿足設計要求。

圖6 主壩3號壩段壩頂垂線和引張線位移過程線Fig.6 Displacement data monitored by crest plumb line and wire alignment of dam section No.3

圖7 主壩壩基排水幕線后揚壓力過程線Fig.7 Uplift pressure of main dam foundation

圖8 主壩2～4號壩段壩基揚壓力分布圖Fig.8 Distribution of uplift pressure at foundation of dam block No.2～4

目前主壩廊道內(nèi)4座量水堰滲流量測值均為0，壩體和壩基基本無滲漏。兩岸繞壩滲流與上水庫水位無明顯相關(guān)性，防滲帷幕防滲效果良好。

3.2 上水庫西副壩監(jiān)測成果

由圖9～10可知，西副壩壩體變形符合一般面板壩變形規(guī)律，上下游方向最大位移量為13.3 mm，壩體最大沉降量為14.0 mm。

以2013年12月22日為基準，截至2017年4月20日，西副壩700 m高程和720 m高程處內(nèi)部最大沉降量分別為12 mm和8 mm，沉降量變化較穩(wěn)定。

圖9 西副壩壩頂水平位移過程線圖Fig.9 Horizontal displacement of western auxiliary dam crest

圖10 西副壩壩頂垂直位移過程線圖Fig.10 Vertical displacement of western auxiliary dam crest

西副壩周邊縫測點J3sxfb1（0+53.12，721 m高程）開合度最大值為8.3 mm，面板相對趾板錯動量最大值為6.9 mm，面板相對趾板抬升量最大值為8.1 mm。該測點在2016年11月后測值變化不大。除J3sxfb1測點外，周邊縫其他部位測值變化較小，開合度最大值為2.8 mm，面板相對趾板錯動量最大值為1.8 mm，面板相對趾板抬升量最大值為4.0 mm。垂直縫接縫開合度與溫度呈負相關(guān)，開合度張開量最大值為1.76 mm。

西副壩靠近兩岸趾板后墊層料內(nèi)的滲壓計測值較小或處于無壓狀態(tài)；中間最高壩段趾板后墊層料內(nèi)及基礎帷幕后滲壓在2015年4月前變化較小，2015年4～5月期間受暴雨影響明顯增加，2015年12月19日～2016年9月21日（蓄水至732.69 m）期間，受上水庫蓄水影響各測點滲壓呈逐漸增加趨勢，增幅在12.00～94.00 kPa之間，目前各測點滲壓變化較平緩。

西副壩的壩體滲漏量在上水庫蓄水前接近于0，之后受上水庫蓄水影響有所增大。在上水庫蓄至732.55 m前，滲漏量小于4 L/s。2016年9月20日蓄水至732.55 m時，滲漏量增至12.2 L/s，施工單位現(xiàn)場巡視檢查發(fā)現(xiàn)右岸面板約728 m高程處有裂縫。2016年12月初，上水庫水位由729.93 m升至731.87m，12月2日滲漏量由2.69L/s再次增至9.92L/s。

圖11 西副壩周邊縫測點J3sxfb1過程線圖Fig.11 Opening data of peripheral joint by monitoring point J3sxfb1 of western auxiliary dam

2017年1月8日對趾板裂縫進行處理后，上水庫庫水位大多數(shù)時間處于731.87 m以下，僅在2017年3月21日（庫水位732.17 m，滲漏量10.83 L/s）和22日（庫水位732.16 m，降雨漫堰，量水堰無具體測值）達到731.87 m以上，但由于2017年3月21日當天及之前幾天有降雨，量水堰的測值并不能反映滲漏的真實情況。故根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)，目前暫無法對該部位處理效果進行評價，需在上水庫水位達到732.00 m以上且無降雨或降雨量較少的情況下，才能對裂縫處理效果進行評判。

3.3 上水庫西南副壩監(jiān)測成果

由圖13～14可知，西南副壩壩體變形符合一般面板壩變形規(guī)律，上下游方向最大位移量為8.0 mm，壩體最大沉降量為8.0 mm。

目前西南副壩周邊縫變形較小，開合度最大值為1.1 mm，面板相對趾板錯動量最大值為0.9 mm，面板相對趾板抬升量最大值為1.0 mm，下沉量最大值為1.3 mm，垂直縫開合度最大值為2.75 mm。

西南副壩壩基除壩基帷幕后、墊層料區(qū)等部位個別測點受降雨影響滲壓變幅較大外，其他部位滲壓測值和變幅均較小，在5 kPa以內(nèi)。

西南副壩壩后量水堰在沒有降雨時無過水。2016年5月蓄水至721 m時，施工單位現(xiàn)場巡視檢查發(fā)現(xiàn)西南副壩壩后靠近右岸坡面有明顯滲水點，但滲水沿排水溝流一段后又重新滲到壩體內(nèi)部，無法匯集到量水堰觀測。滲漏滲出點的分布范圍和高程以及發(fā)現(xiàn)滲漏時的上游水位與F136斷層的分布情況基本吻合，分析認為西南副壩滲漏可能與F136斷層有關(guān)。目前，壩后滲漏點未見增多，壩后量水堰的測值無明顯趨勢性變化。建議后期繼續(xù)加強關(guān)注。

3.4 上水庫庫岸監(jiān)測成果

圖12 西副壩滲漏量測值與環(huán)境量過程線Fig.12 Leakage and environment factors of western auxiliary dam

圖13 西南副壩壩頂水平位移過程線圖Fig.13 Horizontal displacement of southwestern auxiliary dam crest

圖14 西南副壩壩頂垂直位移過程線圖Fig.14 Vertical displacement of southwestern auxiliary dam crest

圖15 西南副壩滲流量與環(huán)境量過程線圖Fig.15 Leakage and environment factors of southwestern auxiliary dam

南庫底滲壓受上水庫蓄水影響明顯，與上水庫水位相關(guān)性較好，南庫底滲壓最大值為287.1 kPa。庫底斷層F43、F136及節(jié)理密集帶等處的滲透壓力受上水庫蓄水影響明顯，滲壓變化略有滯后，滲壓最大值為250.6 kPa，與上水庫水位相關(guān)性較好。

西北埡口庫岸帷幕防滲效果明顯，帷幕后的地下水位受上水庫水位影響不明顯。

南庫岸防滲面板防滲效果良好，面板底部的滲壓測值和變幅均較小，最大滲透壓力為8.31 kPa。

4 結(jié)語

根據(jù)壩型結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)條件、工程措施及計算分析成果設計洪屏上水庫主壩、西副壩、西南副壩的安全監(jiān)測系統(tǒng)，儀器布置合理，符合現(xiàn)行規(guī)范要求。目前主要監(jiān)測設施已埋設完成，并在蓄水初期積累了寶貴的初始資料。從目前監(jiān)測成果來看，上水庫3座大壩及庫盆庫岸變形、滲流情況總體正常，但對于上水庫西副壩裂縫處理后的滲漏、西南副壩壩后滲漏等監(jiān)測項目，建議繼續(xù)關(guān)注。 ■

[1]王玉潔.混凝土面板堆石壩監(jiān)測設計綜述[J].大壩與安全,2006(1):1-4.

[2]魏德榮.芻議混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測設計[J].大壩與安全,2002(1):2-5.

2017-03-16

劉 浩（1986-），男，山東臨沂人，工程師，主要從事水電工程安全監(jiān)測工作。

作者郵箱：liu86hao@163.com

Safety monitoring design for upper reservoir of Hongping PSPS and data analysis on initial impoundment

LIU Hao and ZHENG Xiao-hong

PowerChina Huadong Engineering Co.,Ltd.

This article mainly introduces the safety monitoring design of main dam,western auxiliary dam and southwestern auxiliary dam of Hongping pumped storage power station,including deformation monitoring,seepage monitoring,stress and strain monitoring,and so on.Besides,the monitoring data during initial impoundment period is analyzed.

Hongping pumped storage power station;safety monitoring;gravity dam;concrete-faced rockfill dam

TV698.1

B

1671-1092（2017）05-0026-09