范鵬舉，孫振鋒，鄭克亞，錢 程，祁 繪

(1. 蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210017； 2. 江蘇省地下空間探測技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，南京 211112)

富春江船閘是國內(nèi)首個(gè)在運(yùn)行水電樞紐下改建的礙航船閘工程[1]，其運(yùn)行能力和實(shí)踐價(jià)值備受關(guān)注。該工程在原有土木結(jié)構(gòu)下游，新建一座Ⅳ級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)兼顧1 000噸級(jí)船舶過閘能力的船閘[2]，原有土木構(gòu)筑物經(jīng)過加固改造后作為上游引航渠道。船閘擴(kuò)建改造后，原船閘在正常運(yùn)行情況下將常年承擔(dān)持續(xù)性高水位作用，而新建船閘在通航運(yùn)營期間，閘室內(nèi)水壓力荷載由原來的低水位變?yōu)殚g歇性高水位，因此，需要對新老船閘進(jìn)行滲流監(jiān)測。本文就新船閘施工至運(yùn)營期間左右閘墻及中底板的滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，通過了解船閘基底的滲流性態(tài)，為船閘的安全運(yùn)行提供參考。

1 工程背景

富春江船閘擴(kuò)建改造工程位于浙江省桐廬縣富春江鎮(zhèn)富春江水電站樞紐右岸，工程包括船閘主體范圍及建德、桐廬境內(nèi)錨泊區(qū)、航道等。新建船閘總長364 m，上下閘首為整體空箱式結(jié)構(gòu)，閘室為分離式結(jié)構(gòu)；新建上下游引航道，建設(shè)相應(yīng)導(dǎo)航和靠船建筑物；建設(shè)閘底長廊道輸水系統(tǒng)及上游浮式檢修門一座；新建壩下唐家洲左側(cè)河道切灘疏浚及邊坡防護(hù)，并開挖行洪渠道及節(jié)制分水閘；配建相應(yīng)船閘配套及附屬設(shè)施；建設(shè)上游錨泊服務(wù)區(qū)及遠(yuǎn)方調(diào)度站、助航安全保障設(shè)施及其他配套設(shè)施等(如圖1所示)。

圖1 富春江船閘總平面布置

2 滲流監(jiān)測方法

依據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[3]，壩基滲流監(jiān)測應(yīng)根據(jù)建筑物的類型、工程規(guī)模、滲流控制措施等進(jìn)行布置，縱向和橫向斷面應(yīng)結(jié)合布置，宜布設(shè)縱向監(jiān)測斷面1～2個(gè)，橫向監(jiān)測斷面至少3個(gè)。為更大限度地監(jiān)測船閘基底滲流變化情況，現(xiàn)場監(jiān)測人員根據(jù)富春江船閘設(shè)計(jì)圖紙以及場地施工條件，在本次船閘閘室基底共布置了10個(gè)觀測橫斷面，每個(gè)觀測橫斷面布設(shè)7～8個(gè)滲壓計(jì)，滲壓計(jì)斷面布設(shè)情況如圖2所示。為保障滲壓計(jì)信號(hào)傳輸穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集正?？煽?，通過四芯雙鉸屏蔽電纜加保護(hù)管接入信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行滲流監(jiān)測。單個(gè)滲壓計(jì)采用鉆孔方式埋設(shè)于閘室與基巖接觸面，埋入基巖深度為0.5～1.0 m，孔徑約10cm，埋設(shè)方式如圖3所示。

圖2 閘室滲壓計(jì)斷面布設(shè)示意

圖3 滲壓計(jì)埋設(shè)示意

3 基底滲流特征

本次船閘工程滲流監(jiān)測采用美國基康公司生產(chǎn)的GK-4500S型滲壓計(jì)，它通過實(shí)測振弦的頻率換算得到滲流壓力，其應(yīng)力計(jì)算公式如下：

(1)

式中，A、B、C和K分別為系數(shù)，且不同編號(hào)的滲壓計(jì)具有不同的數(shù)值；T0為初始溫度；R1和T1分別為實(shí)測頻率和溫度值。

3.1 正常水位

正常施工期間，新船閘閘室內(nèi)處于無水狀態(tài)。大壩下游江水位受富春江水電站日調(diào)節(jié)影響，水位變化在6～8 m。現(xiàn)場監(jiān)測人員定期采集滲壓計(jì)讀數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場記錄的R1和T1數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到各個(gè)滲壓計(jì)的單次壓力值，其變化曲線如圖4所示。

從圖4(a)～4(c)可以看出，左右閘墻及中底板的基底滲流壓力都處在穩(wěn)定變化的狀態(tài)內(nèi)，單次波動(dòng)幅度不大，壓力變化值約在0～5 kPa之間。圖4(d)可以看出，基底滲流壓力變化趨勢與下游江水位的變化趨勢基本保持一致，說明大壩下游的滲流場較為穩(wěn)定，處在統(tǒng)一的影響作用下，這對于兩側(cè)閘墻下部設(shè)置防滲帷幕和地基固結(jié)灌漿施工處理是有利的。由于左右閘墻兩側(cè)設(shè)有排水孔，易受地下水位波動(dòng)和降雨影響，與左右閘墻相比，中底板的基底滲流壓力變化相對平緩。

3.2 大壩泄洪

自富春江水電站大壩建成后，河流水文情況發(fā)生了根本性的變化，當(dāng)上游來水達(dá)3 000 m3/s以上時(shí)，水庫就要泄洪。該大壩共設(shè)有17個(gè)泄洪孔，每孔設(shè)計(jì)泄洪流量1 100 m3/s。1969年至2008年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，富春江泄洪期主要集中在每年的4～7月份。2016年4月期間就曾發(fā)生一次大的泄洪活動(dòng)，泄洪過程中新船閘閘室內(nèi)有2～4 m深的積水，下游江水位10～13 m。現(xiàn)場監(jiān)測人員加強(qiáng)了滲流監(jiān)測頻次，監(jiān)測曲線如圖5所示。

富春江船閘擴(kuò)建改造工程地處電站大壩泄洪頂沖區(qū)的嚴(yán)重影響河段，周期性受到高水頭、大水流的沖擊，防滲工作顯得十分重要。根據(jù)圖5(a)～(d)可以看出，自大壩泄洪開始，下游江水位持續(xù)增長，加上強(qiáng)降雨的影響，左右閘墻及中底板的滲流壓力也顯著升高，變化幅度整體在50～90 kPa；大壩泄洪后期，下游江水位持續(xù)下降，船閘基底滲流壓力變化趨于平緩，并逐漸降低。從持續(xù)監(jiān)測的結(jié)果看，船閘基底并未出現(xiàn)異常的水頭壓力差，說明滲流變化主要還是受持續(xù)強(qiáng)降雨和泄洪引起下游地下水位升高的影響。與左右閘墻相較，中底板處滲流壓力變化幅度相對較小，說明新船閘兩側(cè)灌漿帷幕質(zhì)量良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(a) 左閘墻

(b) 中底板

(c) 右閘墻

(d) 大壩下游江水位

(a) 左船閘

(b) 中底板

(c) 右閘墻

(d) 大壩下游江水位

3.3 運(yùn)營通航

新船閘自2016年年底投入運(yùn)營，通航期間船閘內(nèi)處于間歇性充水與泄水狀態(tài)，此時(shí)的滲流監(jiān)測進(jìn)入自動(dòng)化監(jiān)測階段。根據(jù)2017年4月份采集的數(shù)據(jù)，某日滲流壓力變化曲線如圖6所示。

圖6(d)表明，船閘內(nèi)隨間歇性的充水與泄水，有3次高水位狀態(tài)，但每次的最高水位值相差不大。圖6(a)～6(c)則表明，閘室內(nèi)充水過程中，船閘基底滲流壓力隨閘室內(nèi)水位升高變化很快，呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，并隨著時(shí)間的推延而逐漸趨于穩(wěn)定；閘室內(nèi)達(dá)到最高水位值后，中底板的滲壓變化幅度要大于左右兩側(cè)閘墻，但變化幅度整體相差不大，基本都在50～100 kPa范圍內(nèi)，說明充水過程中船閘基底在被兩側(cè)灌漿帷幕封閉的情況下，基底滲流場處于統(tǒng)一的影響作用下，而對中底板的影響更為顯著，其滲流勢能往兩側(cè)減弱；閘室內(nèi)泄水時(shí)，船閘基底的滲流壓力迅速下降，并逐漸恢復(fù)到充水之前的滲壓狀態(tài)。

(a) 左閘墻

(b) 中底板

(c) 右閘墻

(d) 閘室內(nèi)水位

4 結(jié)語

本文通過對新船閘基底滲流監(jiān)測特征曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以下滲壓變化規(guī)律：

(1) 正常施工情況下，新船閘基底滲流性態(tài)處于穩(wěn)定變化的狀態(tài)。

(2) 大壩泄洪期間，新船閘基底滲流壓力顯著升高，但處于可控范圍內(nèi)。

(3) 新船閘運(yùn)營情況下，閘室基底滲流變化與閘室內(nèi)充泄水狀態(tài)保持一致，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)性。