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(1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚(yáng)州225200；2.杭州國(guó)家水電大壩安全和應(yīng)急工程技術(shù)中心有限公司，浙江杭州311122)

1 工程概況

某水電站工程位于西南某省，壩址以上控制流域面積6 422 km2，水庫(kù)總庫(kù)容5.31億m3，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，電站總裝機(jī)容量360 MW(3×120 MW)。工程規(guī)模屬Ⅱ等大(2)型，主要建筑物按2級(jí)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位1 086.86 m(相應(yīng)庫(kù)容為4.70億m3)，正常蓄水位1 086.00 m(汛限水位，相應(yīng)庫(kù)容為4.55億m3)，死水位1 052.00 m(相應(yīng)庫(kù)容為1.33億m3)。電站樞紐由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、右岸發(fā)電引水洞和發(fā)電廠房、左岸1號(hào)導(dǎo)流洞、右岸2號(hào)導(dǎo)流洞等組成。混凝土面板堆石壩最大壩高129.5 m，壩頂高程1 092.50 m，壩頂防浪墻頂高程1 093.70 m，壩頂寬10.6 m，壩頂長(zhǎng)276.0 m。工程于2000年11月8日正式開工，2004年6月工程全部竣工。

2 大壩主要監(jiān)測(cè)設(shè)施布置

2.1 變形

在壩頂、上游壩面1 088.00 m高程、下游壩坡布置了6條測(cè)線，共計(jì)31個(gè)測(cè)點(diǎn)，以觀測(cè)大壩表面順河向水平位移和垂直位移。大壩內(nèi)部設(shè)有沉降儀、水平位移計(jì)監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部垂直位移、壩體內(nèi)部順河向水平位移。面板接縫監(jiān)測(cè)包括周邊縫變形監(jiān)測(cè)、垂直縫變形監(jiān)測(cè)，分別埋設(shè)了8組三向測(cè)縫計(jì)，12支單向測(cè)縫計(jì)和2組雙向測(cè)縫計(jì)。面板脫空采用脫空計(jì)(雙向測(cè)縫計(jì))監(jiān)測(cè)，兩支測(cè)縫計(jì)夾角及測(cè)縫計(jì)與面板的夾角均為60°，其組成的平面垂直于面板。

2.2 滲流

在壩后溢洪道左岸布置3個(gè)地下水位孔，在壩后溢洪道右邊墻附近的巖錨墻的1 030.00 m高程布置1個(gè)地下水位孔，在壩后右岸各高程布置6個(gè)地下水位孔。編號(hào)為PL1-1—PL1-4、PR2-1—PR2-3、PR3-1—PR3-3。

在左岸灌漿廊道布置4個(gè)地下水位觀測(cè)孔，在右岸灌漿洞(交通洞)布置3個(gè)地下水位觀測(cè)孔，以觀測(cè)帷幕灌漿效果，編號(hào)為P1w—P7w。

為監(jiān)測(cè)大壩基礎(chǔ)滲透壓力，沿河床最大斷面(橫左0+000.00 m)設(shè)置一條順河向滲壓觀測(cè)線，其中在壩基趾板帷幕前布置1支滲壓計(jì)，以直接反映上游鋪蓋區(qū)的滲透壓力；在緊靠帷幕后布置3支鉆孔式滲壓計(jì)，以觀測(cè)基礎(chǔ)不同深度滲透壓力情況；在沿壩基中心線縱上0+152.50 m、縱上0+070.00 m、縱上0+000.00 m和縱下0-070.00 m各布置1支滲壓計(jì)。另外在左、右岸坡趾板帷幕后埋設(shè)坑式滲壓計(jì)各3支。

為了監(jiān)測(cè)壩體及壩基的總滲漏量，設(shè)置量水堰。根據(jù)地形及壩體結(jié)構(gòu)、下游尾水位等，利用下游圍堰作為壩腳的截水墻，在壩后布置一座梯形量水堰，堰口底寬0.7 m，兩側(cè)坡度1∶0.25，并配以堰流計(jì)進(jìn)行觀測(cè)。

2.3 面板鋼筋應(yīng)力

在1 050.00 m高程以上面板中部布置單層雙向鋼筋，豎向配筋φ22@20，橫向配筋φ20@20；在1 050.00 m高程以下面板采用雙層雙向配筋，豎向鋼筋φ20@20，橫向鋼筋φ18@20。鋼筋計(jì)主要布置在面板受力鋼筋上，共有20支(R1～R20)，分布在橫左0+067.50 m、橫左0+007.50 m及橫右0-052.50 m 3個(gè)斷面上，1 058.00 m高程以上布置在順坡向鋼筋上，EL1038按水平向、順坡向布置，1 014.00 m高程以下布置在內(nèi)外層順坡向鋼筋上。

在面板不同高程共埋設(shè)了6組三向應(yīng)變計(jì)，每組應(yīng)變計(jì)旁埋設(shè)了1支無(wú)應(yīng)力計(jì)。除1組布置在面板中間部位外，其余布置在周邊縫附近。

壩體內(nèi)部應(yīng)力通過土壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在橫左0+000.00 m樁號(hào)的面板后墊層料內(nèi)998.00、1 032.00、1 058.00 m 3個(gè)高程各布置2支土壓力計(jì)，在壩軸線998.00、1 032.00、1 058.00 m 3個(gè)高程各布置了1支土壓力計(jì)，編號(hào)為E1～E9；另外，在大壩縱軸線斷面上兩岸坡位置998.00、1 032.50、1 058.00 m 3個(gè)高程，也分別布置2支土壓力計(jì)，編號(hào)為E10—E21。

3 實(shí)測(cè)運(yùn)行性態(tài)分析

3.1 變形

3.1.1表面垂直變形

圖1是大壩壩頂沉降變形過程線，表1是大壩表面典型測(cè)點(diǎn)垂直位移極值統(tǒng)計(jì)表。從2004年11月(首次觀測(cè))至2016年12月，大壩壩頂最大沉降量為100.17 mm(橫左0+000.00 m，壩頂?shù)腖D5-3)，上游壩面最大沉降量為80.49 mm(LD6-5測(cè)點(diǎn))，下游壩坡最大沉降量為100.62 mm(LD4-2測(cè)點(diǎn))。壩體沉降速率逐年減小，2016年壩頂最大沉降速率為3.02 mm/a，上、下游壩坡最大沉降速率為2.38、3.75 mm/a，目前已基本穩(wěn)定。大壩沉降的分布規(guī)律是：河床大于岸坡，左壩體略大于右壩體，沉降大小基本與壩高相對(duì)應(yīng)，符合堆石壩變形的一般規(guī)律。

圖1 大壩壩頂沉降變形過程線

位置測(cè)點(diǎn)編號(hào)樁號(hào)/m最大值測(cè)值/mm日期(年-月-日)歷年沉降量/mm2014年2015年2016年上游壩面1 088.00 m高程LD6-5橫左0+023.0080.492016-12-174.74 3.51 2.38 壩頂LD5-1橫左0+097.0022.332016-11-141.50 1.03 0.51 LD5-2橫左0+045.0094.242016-12-175.73 4.10 2.83 LD5-3橫左0+000.00100.172016-12-175.28 4.44 3.02 LD5-4橫右0-045.0095.262016-12-175.20 4.17 2.96 LD5-5橫右0-082.5076.472016-11-143.95 3.33 2.40 LD5-6橫右0-116.5049.552016-11-142.99 2.61 1.66 下游壩面1 086.00 m高程LD4-2橫左0+045.00100.622016-12-174.24 3.58 3.61

3.1.2表明順河向水平位移

圖2是大壩壩頂順河向變形過程線，表2是大壩壩頂測(cè)點(diǎn)順河向位移極值統(tǒng)計(jì)表。大壩表面各測(cè)點(diǎn)均向下游位移，從2004年11月(首次觀測(cè))至2016年12月，大壩向下游最大位移為79.86 mm(橫左0+000.00 m，壩頂?shù)腖D5-3)。變形速率呈逐漸減小趨勢(shì)，2016年壩頂最大順河向變形速率為2.66 mm/a，目前已基本穩(wěn)定。

3.1.3周邊縫變形

圖3是面板周邊縫位移測(cè)值過程線，圖4是周邊縫(三向測(cè)縫計(jì))極值分布。各測(cè)點(diǎn)周邊縫均發(fā)生不同程度的變形，主要發(fā)生在2003年4月蓄水初期，之后趨于收斂。2003—2010年，周邊縫最大沉降量、剪切量、開合度均發(fā)生在J3-16～18(右⑤面板)處，分別為32.5、35.6、27.5 mm；2011年后J3-16～18均已損壞，期間大壩滲流未見異常，周邊縫三向變形不致于周邊縫止水破損。2011年后僅1組三向測(cè)縫計(jì)(J3-22—J3-24)仍然處于完好狀態(tài)。J3-22—J3-24的最大沉降量、剪切量、開合度分別為17.56 mm(2016年7月8日)、10.96 mm(2016年4月21日)、8.62 mm(2016年2月23日)。

圖2 大壩壩頂順河向位移過程線

測(cè)線部位測(cè)點(diǎn)編號(hào)左右向樁號(hào)/m最大測(cè)值/mm發(fā)生日期(年-月-日)2016年年位移量/mm壩頂1092.50m高程LD5-1橫左0+097.0010.512016-08-130.27LD5-2橫左0+045.0070.492016-08-132.66LD5-3橫左0+000.0079.862016-08-132.28LD5-4橫右0-045.0070.512016-09-122.41LD5-5橫右0-082.5056.542016-09-121.61LD5-6橫右0-116.5031.812013-06-070.43

3.2 滲流

3.2.1周邊縫滲壓分布

周邊縫滲壓水位典型過程線見圖3—5，周邊縫滲壓水頭分布見圖3—6。位于較高高程的周邊縫滲壓計(jì)P10、P11、P13和P14在2011年后最大滲壓水頭為2.65 m，滲壓水頭較小，周邊縫防滲較好；位于河谷中間的周邊縫滲壓計(jì)P9和P12滲壓水頭較大，2011年后最大滲壓水頭分別為14.23 m和12.45 m，因其接近河谷中間，其最大滲壓水位分別為981.46 m和981.66 m，與周邊的P2和P5接近，且略低于下游量水堰集水池水位(堰板底高程983.00 m，頂高程983.60 m)。

圖3 面板周邊縫位移測(cè)值過程線

1) 測(cè)值 單位為mm; 2) X-張開 Y-平面剪切 Z-豎向剪切； 3) 括號(hào)內(nèi)測(cè)值為最小值至極大值圖4 周邊縫(三向測(cè)縫計(jì))極值分布

圖5 大壩周邊縫滲壓計(jì)測(cè)值典型過程線

圖6 周邊縫滲壓水頭分布

3.2.2大壩滲流量

圖7是大壩庫(kù)水位和滲流量測(cè)值過程線。大壩總滲漏量主要受庫(kù)水位影響，大壩總滲流量不大，且整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，大壩防滲體系較好。2005—2016年滲流量在3.09～14.61 L/s。與國(guó)內(nèi)外同級(jí)別面板堆石壩相比，大壩滲漏量不大，由此反映面板、趾板、帷幕等所組成的防滲體系較好。

a) 庫(kù)水位圖7 大壩總滲漏量過程線

b) 滲流量續(xù)圖7 大壩總滲漏量過程線

3.2.3繞壩滲流

圖8是繞壩滲流水位典型過程線，圖9是繞壩滲流孔測(cè)值分布。左岸地下水位較高，與蓄水前地勘結(jié)論一致。從歷史數(shù)據(jù)看，大部分左岸地下水位孔測(cè)值與庫(kù)水位相關(guān)性不明顯，目前僅PL1-4受庫(kù)水位影響，但PL1-4比庫(kù)水位低50 m，左岸繞壩滲流不明顯。

a) 上游水位過程線

b) 繞壩滲流孔過程線Ⅰ

c) 繞壩滲流孔過程線Ⅱ圖8 繞壩滲流水位典型過程線

(黑色條柱為2016年12月29日測(cè)值，陰影條柱為損壞前的有效測(cè)值)圖9 繞壩滲流孔測(cè)值分布

3.3 面板鋼筋應(yīng)力

圖10是面板鋼筋實(shí)測(cè)應(yīng)力典型過程線。鋼筋計(jì)應(yīng)力與溫度呈相反的變化規(guī)律，符合鋼筋混凝土熱脹冷縮的一般變化規(guī)律；整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。位于二期面板的測(cè)點(diǎn)及一期面板較高部位受溫度影響而年變幅相對(duì)較大。

圖10 面板鋼筋實(shí)測(cè)應(yīng)力典型過程線

圖11是面板順坡向鋼筋最大壓應(yīng)力分布等值線。鋼筋應(yīng)力分布是河床中間壓應(yīng)力大于兩側(cè)，下部大于上部。順坡向一期面板下部壓應(yīng)力較大，位于993.00 m高程的鋼筋壓應(yīng)力均超過100 MPa，最大壓應(yīng)力達(dá)126.3 MPa(R14)，內(nèi)外層鋼筋應(yīng)力相差不大(不超過5.0 MPa)。

4 結(jié)論

a) 通過13 a的運(yùn)行，大壩變形總量不大，壩頂最大沉降量為100.17 mm，最大順河向位移為79.86 mm，2016年壩頂?shù)淖畲蟪两邓俾蕿?.02 mm/a，最大順河向位移速率為2.66 mm/a，大壩變形已基本穩(wěn)定。

b) 周邊縫最大沉降量、剪切量、開合度均發(fā)生在J3-16—J3-18(右⑤面板)處，分別為32.5、35.6、27.5 mm，2011年后J3-16—J3-18均已損壞，期間大壩滲流未見異常，周邊縫后滲壓均不大，高高程周邊縫后滲壓最大僅為2.65 m，周邊縫防滲較好。

c) 大壩總滲漏量主要受庫(kù)水位影響，最大滲流量為14.61 L/s，與國(guó)內(nèi)外同級(jí)別面板堆石壩相比，大壩滲漏量不大，面板、趾板、帷幕等所組成的防滲體系較好。

d) 左岸繞壩滲流不明顯。右岸P5w、P7w測(cè)孔水位與庫(kù)水位有較大的相關(guān)性，主要由于右岸邊坡發(fā)育張裂縫，右岸帷幕局部防滲效果不理想，右岸存在一定的繞壩滲流。

e) 鋼筋計(jì)應(yīng)力與溫度呈相反的變化規(guī)律，鋼筋應(yīng)力分布是河床中間壓應(yīng)力大于兩側(cè)，下部大于上部，符合一般規(guī)律。最大壓應(yīng)力為126.3 MPa(R14)，小于鋼筋強(qiáng)度，且整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。