張業(yè)輝，郭 偉，袁文熠，王 滔

（國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司庫壩管理中心，四川樂山，614900）

1 工程概述

1.1 概況

某水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是該流域干流水電規(guī)劃調(diào)整推薦22級開發(fā)方案的第9座梯級電站，工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型。水庫正常蓄水位1 842.00 m，死水位1 802.00 m，總庫容7.06億m3，其中調(diào)節(jié)庫容3.87億m3，具有季調(diào)節(jié)性能。工程開發(fā)任務以發(fā)電為主，樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空洞、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，電站總裝機容量1 700 MW。

混凝土面板堆石壩壩頂高程1 848.50 m，最低建基面高程1 625.00 m，最大壩高223.5 m，壩頂寬13.2 m，壩頂長278.35 m。大壩上游壩坡1∶1.4，下游壩坡綜合坡比1∶1.65。大壩自上游至下游依次為上游壓重體1B、礫石土1A、粉煤灰1AⅠ、趾板、面板、墊層區(qū)2A（2B）、過渡區(qū)3A、堆石區(qū)3B、漿砌石護坡、干砌石護坡、下游壓重區(qū)，斷面結(jié)構(gòu)分區(qū)情況見圖1。壩基防滲采用帷幕灌漿型式，帷幕灌漿孔深按伸入基巖透水率q≤3 Lu控制。兩岸山體、河床基巖灌漿帷幕與趾板、面板、接縫止水形成完整的防滲系統(tǒng)。

大壩于2013年6月開始填筑，2014年11月開始一期混凝土面板澆筑，2016年5月二期混凝土面板澆筑完成。2016年10月初1號導流洞下閘，11月上旬2號導流洞下閘后，水位上升至1 761.00 m，2016年12月上旬，水位自1 770.00 m蓄水至死水位1802.00m。計劃于2017年11月由死水位1802.00 m蓄至正常蓄水位1 842.00 m。截至2017年6月30日，水位上升至1 821.00 m。

1.2 壩基工程地質(zhì)情況

樞紐區(qū)河床壩基巖體為薄層～中厚～巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，弱風化下段～微風化巖體上，以Ⅲ類為主。河床壩基下游堆石區(qū)保留的含漂（塊）卵（碎）砂礫石層結(jié)構(gòu)較緊密，具有較高的承載力和抗壓縮變形能力。兩岸主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)建基巖體均為強卸荷、弱風化上段巖體，為Ⅳ類。河床趾板及墊層建基于弱卸荷、弱風化下段～微風化巖體上，以Ⅲ類為主；兩岸趾板及墊層建基巖體為強卸荷、弱風化上段巖體，為Ⅳ類巖體；斜坡淺表部強卸荷巖體完整性差，且局部存在斷層破碎帶、擠壓破碎帶及卸荷裂隙夾泥等地質(zhì)缺陷。

2 監(jiān)測設(shè)施布置情況

在堆石壩上設(shè)置了表面變形、內(nèi)部變形、面板撓度、面板接縫位移、壩體壩基滲流、面板混凝土應力應變、面板鋼筋應力、地震反應等監(jiān)測項目，共布設(shè)4個監(jiān)測橫斷面。

（1）樁號0+087.50 m監(jiān)測斷面1-1，該斷面位于左岸較陡的岸坡處。

（2）樁號0+117.50 m監(jiān)測斷面2-2，該斷面為大壩下游最大典型河床監(jiān)測斷面。

（3）樁號0+162.80 m監(jiān)測斷面3-3，該斷面為大壩上游最大典型河床監(jiān)測斷面。

（4）樁號0+207.50 m監(jiān)測斷面4-4，該斷面位于右岸較陡的岸坡處。

另外，在壩頂?shù)纳?、下游?cè)、下游壩坡1 803.50 m、1 773.50 m、1 743.50m和1713.50m高程各布設(shè)一個永久監(jiān)測縱斷面，共設(shè)6個監(jiān)測縱斷面。監(jiān)測情況布置見圖2、圖3，大壩及面板監(jiān)測儀器布置情況見表1。

圖3 監(jiān)測斷面（0+162.80 m）Fig.3 Monitoring section(0+162.80 m)

表1 大壩及面板監(jiān)測儀器布置情況統(tǒng)計表Table 1 Statistics of monitoring instruments for dam and slab

3 堆石壩工作性態(tài)分析

3.1 工程特點及監(jiān)測重點

本面板堆石壩壩高223.5 m，寬高比1∶1.25，是目前已建工程中建于深窄河谷上的世界第二高面板堆石壩。河床部位壩基寬度只有30 m，屬于典型的建于狹窄河谷中的高壩，具有壩體高、河谷特別狹窄不對稱、壩基覆蓋層深厚、壩體的應力與變形極為復雜、拱效應明顯以及強地震區(qū)等特點，水庫為所處流域控制性水庫，具有季調(diào)節(jié)性能，對流域安全運行和行洪調(diào)度具有重要作用。為此，在施工時采用了一系列的工程技術(shù)措施，改善了堆石體的流變特性和面板運行工況，有效地控制了大壩變形、滲流、應力等量值。堆石體變形、面板變形、垂直縫及周邊縫位移、大壩滲流仍是該面板堆石壩的監(jiān)測重點。

3.2 主要監(jiān)測成果分析

在可研階段，設(shè)計單位采用三維滲流有限元、平面剛體極限平衡法、三維靜力有限元等方法，對不同工況下大壩的工作性態(tài)進行了計算分析[1]。對于大壩在建設(shè)期和蓄水初期的監(jiān)測數(shù)據(jù)（截至2017年6月30日），按照《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[2]要求進行整理分析。通過選取典型斷面監(jiān)測成果與設(shè)計計算成果的對比分析，從定性和定量的角度，著重分析了壩體、面板、周邊縫等重點部位的工作性態(tài)。

3.2.1 壩體變形

在壩頂及下游共布設(shè)26個表面變形測點，在壩體內(nèi)部布設(shè)96套水管式沉降儀，用于監(jiān)測壩體變形。點位布置情況參見圖2和圖4。

圖4 壩頂及下游壩坡表面變形測點布置示意圖Fig.4 Layout of surface deformation measurement points at crest and downstream dam slope

3.2.1 .1計算成果

蓄水初期壩體變形分布規(guī)律與滿蓄期基本相同，壩體沉降最大值相差較小，量值在152.4～161.2 cm之間，約占最大壩高的0.7%，均出現(xiàn)在位于壩體中軸線約1/2壩高處；最大水平位移相差略大，量值在28.8～42.7 cm之間。滿蓄期大壩變形等值線圖見圖5和圖6。

3.2.1 .2監(jiān)測成果

（1）壩頂1 845.00 m高程6個測點順河向水平位移在18.6～38.4 mm（TPDB13）之間，累計沉降量在50.0～108.7 mm（TPDB15）之間，累計最大沉降位于河床壩段（樁號0+117.50 m），占最大壩高的0.05%，符合堆石壩變形的一般規(guī)律。蓄水以來順河向水平位移在5.7～12.8 mm（TPDB13）之間，沉降量在10.2～35.0 mm（TPDB16）之間，整體變形量較小。

（2）壩后坡1 743.50 m高程5個測點順河向水平位移在9.5～102.5 mm（TPDB31）之間，累計沉降量在3.6～190.1 mm（TPDB32）之間，累計最大沉降位于河床壩段（樁號0+117.50 m），占最大壩高的0.08%，符合堆石壩變形的一般規(guī)律。蓄水以來順河向水平位移在6.8～14.7 mm（TPDB30）之間，沉降量在3.5～11.5 mm（TPDB32）之間，整體變形量較小。

圖5 滿蓄期0+144 m剖面沉降量等值線圖（E-B模型，單位：cm）Fig.5 Contour line of settlement on 0+144 m section during full storage(E-B model)

圖6 滿蓄期0+144 m剖面上下游方向位移等值線圖（E-B模型，單位：cm）Fig.6 Contour line of displacement in upstream and downstream direction on 0+144 m section during full storage(E-B model)

（3）壩體內(nèi)部水管式沉降儀測值顯示，大壩典型監(jiān)測斷面（樁號0+162.80 m）壩體累計沉降量在281.7～2 170.9 mm之間，最大沉降發(fā)生在測點VDB-69（高程1 744.61 m，上下游樁號0-030.24 m），占最大壩高的0.97%，符合堆石壩變形的一般規(guī)律。蓄水以來各測點累計沉降量在-6.5～73.8 mm之間，最大沉降發(fā)生在測點VDB-65（1 743.50 m高程，上下游樁號0-141.00 m），占最大壩高的0.03%，量值相對較小。

從整體上看，壩體沉降總體趨于平穩(wěn)，最大沉降位于1/2壩高處，與計算成果基本相符，河床部位沉降量大于左右岸壩坡，右岸壩坡沉降量略大于左岸壩坡，變形幅度在合理的范圍內(nèi)。

3.2.2 壩體應力

在大壩河床部位趾板混凝土與墊層料接觸面、建基面、填筑區(qū)、面板與擠壓邊墻接觸面、板間縫等部位共布設(shè)44支土壓力計。

3.2.2 .1計算成果

竣工期主應力等值線與壩坡基本平行，且從壩頂向壩基呈現(xiàn)逐漸加大的趨勢。整個壩體最大主應力出現(xiàn)在樁號0+162.80 m剖面，第一主應力最大值為2.86 MPa。

滿蓄期最大主應力等值線在上游堆石區(qū)都出現(xiàn)上抬現(xiàn)象，相對竣工期而言，極值有所增大，所處的位置進一步向上游主堆石區(qū)移動。樁號0+162.80 m剖面第一主應力最大值增大到3.01 MPa，等值線分布圖見圖7。

竣工期剪應力最大值為0.82 MPa，滿蓄期剪應力最大值為0.83MPa，均不會發(fā)生剪切破壞。

3.2.2 .2監(jiān)測成果

蓄水以來各測點的壓力值在0～3.92 MPa之間，整體量值較小。最大測值發(fā)生在測點EDB-40，位于右1～左1板間縫。在蓄水前，大壩土壓力變化很小，測值基本都在0.01 MPa左右。

3.2.3 面板變形

面板分三期澆筑，設(shè)兩條水平施工縫，第一期面板頂部高程1 740.00 m，第二期面板頂部高程1 810.00 m，第三期面板到壩頂高程。在河床受壓區(qū)二期面板頂部高程1 810.00 m設(shè)一條水平永久縫。一、二、三期面板內(nèi)從底部到頂部依次布設(shè)固定式測斜儀，共布設(shè)41臺測斜儀。

3.2.3 .1計算成果

蓄水期面板變形分布規(guī)律與滿蓄期基本相同，面板的最大撓度為48.2～55.0 cm（滿蓄期），出現(xiàn)在河床中部1/3壩高附近,等值線分布圖見圖8。

3.2.3 .2監(jiān)測成果

蓄水至今，庫水位從1700.00m上升至1821.00 m，混凝土面板承受的外水壓達121.0 m。根據(jù)實測資料繪制的蓄水期一、二期面板撓度分布見圖9。

二期面板上的固定式測斜儀，其測值中不僅包括外水壓引起的撓度變形，同時已包含了未蓄水時產(chǎn)生的撓度，經(jīng)對測斜儀監(jiān)測資料的整理分析，可得出以下結(jié)果：

（1）一期面板在蓄水前主要表現(xiàn)為：在基坑回填粘土料蓋重壓力下，面板下部發(fā)生垂直于蓋重壓力方向的撓度，上部則發(fā)生臨空面方向的變化。原因是鋪蓋壓重等荷載直接作用在一期面板下部1/3部位，而當時一期面板上部基本無約束，一期面板產(chǎn)生的變形符合面板變形的一般規(guī)律。

（2）二期面板蓄水前產(chǎn)生的撓度均表現(xiàn)為正向變形，主要由壩體沉降導致。蓄水后主要表現(xiàn)為與水壓方向同向變形，但蓄水期間產(chǎn)生的變化量均小于蓄水前的變形量，說明大壩沉降是面板撓度變化的主要因素，蓄水引起的面板撓度相對較小。

（3）一、二期面板銜接部位是面板整體最為薄弱的區(qū)域，此部位變形較為復雜，規(guī)律性較差。國內(nèi)已運行的同等規(guī)模面板壩的面板也在分期銜接部位發(fā)生異于其他部位的變形，致使面板整體變形呈現(xiàn)為雙峰“W”型，且峰值較突出。本工程面板的整體變形也已逐漸表現(xiàn)出雙峰“W”型的變形趨勢，但因目前水位較低，兩期面板銜接部位撓度分布較同等規(guī)模面板相對較平緩，在蓄水及運行期仍需持續(xù)關(guān)注其發(fā)展變化情況。

3.2.4 周邊縫位移

在面板與趾板之間的周邊縫上共布置三向測縫計12套，主要用于監(jiān)測面板相對趾板的位移。

3.2.4 .1計算成果

蓄水期，周邊縫沿趾板走向的剪切位移最大值在1.65～3.30 cm之間，發(fā)生在河床底部；周邊縫沿面板法向剪切位移最大值在1.40～3.30 cm之間，發(fā)生在右岸，表現(xiàn)為面板下沉；周邊縫基本處于張開狀態(tài)，最大值在2.98～4.20 cm之間，發(fā)生在右岸。

3.2.4 .2監(jiān)測成果

根據(jù)周邊縫各部位三向測縫計測值繪制的過程線見圖10和圖11。由圖可見，周邊縫在三個方向上的變形均有增長，但變化量值整體均較小，小于設(shè)計計算值。

圖9 一、二期面板撓度分布圖Fig.9 Distribution of slab deflection of the first and second phase

圖11 右岸周邊縫ZDB-31測值過程線Fig.11 Values measured by ZDB-31 at peripheral joint of right bank

3.2.5 垂直縫位移

在各面板之間的垂直縫上共布置28支單向測縫計，用于監(jiān)測相鄰面板間縫開合度的變化情況。

3.2.5 .1計算成果

蓄水期，面板垂直縫的沿順坡向剪切位移最大值在1.63～3.00 cm之間，沿面板法向剪切位移最大值在1.10～1.83 cm之間；張開位移最大值在1.02～3.20 cm之間，發(fā)生在右岸，壓縮位移發(fā)生在河床部位，最大值在0.20～2.10 cm之間。

3.2.5 .2監(jiān)測成果

繪制面板間測縫計測值過程線，見圖12。由圖可見，在水壓等荷載作用下，面板間的垂直縫總體呈壓緊趨勢，但量值不大，壓性縫區(qū)域未見面板產(chǎn)生擠壓破壞現(xiàn)象。

3.2.6 大壩滲流

為監(jiān)測面板堆石壩的滲流量，將下游圍堰混凝土防滲墻改造成滲流量監(jiān)測的截水墻，在截水墻頂布置1個矩形量水堰，堰底高程1 700.50 m，堰頂高程1 701.50 m，4臺機同時運行時下游最高水位1 700.11 m，滲流量采用量水堰流量儀進行自動化監(jiān)測。壩后量水堰布置見圖13和圖14。

3.2.6 .1計算成果

庫水位運行達到正常水位后，在設(shè)計滲控工況的穩(wěn)定滲流期，通過壩體面板的滲流量計算值為3.05 L/s，通過壩基帷幕及其以下基礎(chǔ)（從樁號0+000.0 m～樁號0+280.0 m之間）的滲流量計算值為90.5 L/s。

3.2.6 .2監(jiān)測成果

繪制壩后量水堰測得的滲流量過程線，見圖15。由圖可見，截至2017年6月，庫水位在1 821.00 m時，壩后實測最大滲流量為132.69 L/s，比設(shè)計計算值相對大一些。主要是大壩蓄水后，在120余m高水頭及發(fā)電引水的共同作用下，壩基及兩岸山體地下滲流場發(fā)生變化，引起地下水位的升高，從而使?jié)B流量偏大，尚不會影響大壩的運行安全。在后期蓄水過程中，需重點關(guān)注壩后量水堰滲流量的變化情況，日常加強滲流監(jiān)測和壩后邊坡及蓋重區(qū)的現(xiàn)場檢查。

圖12 面板左4～左5板間縫開合度過程線Fig.12 Opening of joint between left slab 4 and 5

圖13 壩后量水堰平面布置圖Fig.13 Layout of water measuring weir behind dam

圖14 壩后量水堰1-1剖面圖Fig.14 Section 1-1 of water measuring weir behind dam

圖15 壩后滲流量過程線Fig.15 Seepage flow behind dam

4 結(jié)語

監(jiān)測成果表明，本水電站面板堆石壩除實測滲流量較設(shè)計計算成果偏大外，其余各類監(jiān)測成果與設(shè)計計算成果符合度較高，且在正常范圍內(nèi)變化，變化趨勢符合面板堆石壩的一般規(guī)律，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況。綜合判斷，大壩在蓄水初期的運行狀況正常。

由于狹窄河谷拱效應的存在，抑制了施工期堆石體的變形，堆石體變形速率相對較慢。隨著時間的延續(xù)，壩體的變形將持續(xù)增大，堆石壩面板出現(xiàn)破壞性裂縫的可能性仍然存在；另外，庫水位尚未蓄到正常水位，大壩未經(jīng)歷高水位的考驗。因此，需控制好第三階段蓄水上升速率并及時做好檢查和監(jiān)測，重點關(guān)注大壩變形及滲流量的變化情況，保證大壩安全運行。

[1]中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司.某水電站可行性研究設(shè)計報告[R].2009.

[2]DL/T 5178-2016,混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].