陳玉嬌，湯 巍，劉 源，陳福球

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410213）

1 引言

黑麋峰抽水蓄能電站位于長(zhǎng)沙市北郊的黑麋峰風(fēng)景區(qū)，總裝機(jī)容量1200 MW，共安裝4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組。工程屬一等大（1）型工程，工程樞紐由上水庫(kù)建筑物、下水庫(kù)建筑物、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面副廠房等組成。電站上水庫(kù)正常蓄水位400 m，死水位376.5 m，上水庫(kù)主要建筑物包括主壩1、主壩2、副壩1、副壩2；下水庫(kù)正常蓄水位103.7 m，死水位65 m，下水庫(kù)大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩。

水電站大壩建造在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土特性不均勻的地基上，在各種荷載的作用和自然因素的影響下，其工作性態(tài)和安全狀況隨時(shí)都在變化。如果出現(xiàn)異常，又不被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，任其發(fā)展，其后果不堪設(shè)想。隨著我國(guó)水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展、眾多大中型水電站的興建，以及潰壩失事的出現(xiàn)，工程的安全與質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到各方的關(guān)注，因而安全監(jiān)測(cè)工作也日益得到重視。

本文通過(guò)對(duì)黑麋峰下水庫(kù)大壩運(yùn)行的基本情況、水庫(kù)周邊的環(huán)境量、氣溫、降雨量；大壩表面水平變形、垂直位移、大壩內(nèi)部的變形、面板接縫變形、應(yīng)力應(yīng)變和大壩滲漏量等情況進(jìn)行總結(jié)和分析，確保大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 基本情況

黑麋峰下水庫(kù)主壩堆石料的母巖為花崗巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，根據(jù)工程類比，大壩上游面坡比為1：1.4，下游面高程50 m以上坡比為1：1.3，高程50 m以下坡比為 1：1.4，在高程 90 m、70 m、50 m 處分別設(shè)置馬道，馬道寬2 m，下游面綜合坡比約為1：1.44。面板采用變厚面板，厚度為0.3 m+0.003 H（其中H為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離，單位：m），寬度為12 m或6 m兩種；趾板厚度為0.5 m、0.6 m或0.7 m，趾板寬度為3 m、5 m或7 m。趾板最低處高程為28 m，在高程75 m以上趾板厚度為0.5 m，寬度為3 m；在高程75 m至50 m之間，趾板厚度為0.6 m，寬度為5 m；在高程50 m以下，趾板厚度為0.7 m，寬度為7 m。面板上游在高程64 m以下，設(shè)置粘土鋪蓋起輔助防滲作用，粘土鋪蓋頂部寬度為3 m，其上游面坡比為1：1.6；粘土鋪蓋上游設(shè)石渣混合料區(qū)，頂部寬度為6 m，其上游面坡比為1：2。

3 監(jiān)測(cè)布置情況

下水庫(kù)大壩主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：堆石壩體變形監(jiān)測(cè)（內(nèi)外部水平、垂直位移觀測(cè)，面板之間垂直縫、面板與趾板底座之間周邊縫觀測(cè)）；面板應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)；壩體、壩基、岸坡滲流觀測(cè)等。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 大壩表面水平位移

（1）下庫(kù)主壩表面上下游水平位移面板頂部測(cè)值在-5.52～62.49 mm之間，壩頂下游側(cè)測(cè)值在-4.52～102.77 mm之間，下游坡90 m馬道測(cè)值在-0.92～27.11 mm之間，下游坡70 m馬道測(cè)值在-1.06～32.94 mm之間。受庫(kù)水位影響，各測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為向下游變形，同一高程河床部位變形整體大于兩岸，同一斷面變形整體表現(xiàn)為上部大于下部，分布符合一般規(guī)律，至2017年底，靠近兩岸的測(cè)點(diǎn)變形趨于穩(wěn)定，河床中部仍有緩慢向下游變形趨勢(shì)。

（2）下庫(kù)主壩表面左右岸水平位移面板頂部測(cè)值在-13.30～13.10 mm之間，壩頂下游側(cè)測(cè)值在-11.90～21.70 mm之間，下游坡90 m馬道測(cè)值在-19.14～33.40 mm之間，下游坡70 m馬道測(cè)值在-6.24～12.90 mm之間。左右岸方向位移趨于穩(wěn)定，變形在40 mm以內(nèi)，主要表現(xiàn)為由兩岸向河床位移，此外，面板和壩頂橫河向水平位移受溫度影響明顯，表現(xiàn)為溫度升高向兩岸變形，溫度降低向河床變形的變化規(guī)律。

4.2 大壩表面垂直位移監(jiān)測(cè)

下水庫(kù)大壩垂直位移監(jiān)測(cè)與視準(zhǔn)線共用同一觀測(cè)墩，采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖1 下庫(kù)大壩外部變形觀測(cè)布置圖

圖2 下庫(kù)主壩壩頂下游側(cè)垂直位移過(guò)程線圖

圖3 大壩表面垂直位移分布圖

由圖2、圖3分析大壩表面沉降整體與壩高成正比，河床部位沉降大于兩岸，上部大于下部。總體來(lái)看，分布符合一般規(guī)律，變形較為協(xié)調(diào)，自2015年起，水庫(kù)水位變化頻繁，河床中部測(cè)點(diǎn)2015年、2016年沉降變形速率較2014年有所增大，但2017年壩頂沉降速率較2016年有明顯減小，也小于2015年沉降速率，2017年最大年沉降速率為27.10 mm，壩頂沉降變形仍未穩(wěn)定?？拷鼔雾攦砂稖y(cè)點(diǎn)X12-1和X12-7沉降趨于穩(wěn)定，2017年年沉降速率不超過(guò)5 mm。

統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)類似工程的壩頂沉降量于表1，從表可見：下庫(kù)大壩壩頂至2017年12月的最大累積沉降量為216.7 mm，占最大壩高比為0.27%，其余類似工程的面板堆石壩壩頂最大累積沉降在30.0～286.6 mm，占最大壩高比為 0.03%～0.32%，與其他大壩相比，下庫(kù)大壩壩頂沉降量在同類工程中處于中等偏大水平。

表1 同類工程面板堆石壩壩頂沉降一覽表

4.3 大壩內(nèi)部水平位移

在壩左0+014 m斷面高程68 m布置引張線式水平位移計(jì)，共5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為YSA下-1～5，由圖表可見：下庫(kù)大壩受堆石體自重和庫(kù)水壓力的雙重作用，2010年后各測(cè)點(diǎn)主要表現(xiàn)為向下游位移，大壩壩體內(nèi)部順河向絕對(duì)水平位移最大值在21.73～50.85 mm之間，位移量較小，靠近上游側(cè)的測(cè)點(diǎn)受庫(kù)水位影響明顯，距離上游側(cè)最近的測(cè)點(diǎn)YSA下-1向下游位移最大，靠近下游壩坡的測(cè)點(diǎn)受堆石體沉降影響，向下游位移大于壩軸處，壩軸線處向下游位移最小，符合土石壩變形的一般規(guī)律（見下頁(yè)圖4、5）。

4.4 壩體內(nèi)部垂直位移

下庫(kù)大壩樁號(hào)壩左0+014.8 m橫向監(jiān)測(cè)斷面高程88 m、68 m、55.8 m布置有15套水管式沉降儀，樁號(hào)壩右0+060 m橫向監(jiān)測(cè)斷面高程88 m、68 m布置有8套水管式沉降儀，水管式沉降儀于2006年7月底起測(cè)，2006年3月～2006年11月壩體填筑。2010年以后由于控制模塊故障等原因?qū)е挛聪蛩苁匠两祪x內(nèi)進(jìn)行過(guò)充水，測(cè)量管內(nèi)無(wú)水或測(cè)量模塊故障、傳感器故障等原因?qū)е聼o(wú)測(cè)值，2010年以后測(cè)值不可信。2010年以前測(cè)值可信，2006年7月～2006年11月壩體填筑期間沉降量最大，后趨于穩(wěn)定。壩體內(nèi)部沉降（相對(duì)觀測(cè)房）主要發(fā)生在壩體填筑期，后期沉降較小。同一高程，沉降與壩高呈正比，壩高越高，沉降越大，即壩軸線附近沉降大于上下游側(cè)，分布符合一般規(guī)律。

4.5 面板接縫變形

4.5.1 面板周邊縫

周邊縫X向即周邊縫的開合度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示下庫(kù)大壩周邊縫開合度整體不大，其中位于右岸底

圖4 大壩壩體內(nèi)部順河向絕對(duì)水平位移分布圖

圖5 大壩引張線式水平位移計(jì)絕對(duì)位移過(guò)程線圖

4.5.2 面板垂直縫

下庫(kù)大壩的垂直縫開合度整體不大，最大張開變形在1.61～4.02 mm之間，垂直縫開合變化，主要受溫度的影響，溫度升高，縫閉合，溫度降低，縫張開，呈明顯的年周期性變化，最大年變幅在1.67～4.1 mm 之間（見圖 7）。

圖6 下庫(kù)大壩面板周邊縫測(cè)點(diǎn)開合度、剪切及沉降測(cè)值過(guò)程線

圖7 下庫(kù)大壩面板垂直縫開合度過(guò)程線圖

4.6 混凝土面板應(yīng)力應(yīng)變

4.6.1 面板無(wú)應(yīng)力計(jì)

下庫(kù)大壩面板共埋設(shè)8支無(wú)應(yīng)力計(jì)，以埋設(shè)初期測(cè)值為基準(zhǔn)值，無(wú)應(yīng)力計(jì)歷年測(cè)值過(guò)程線見圖8，無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值受溫度影響明顯，與溫度呈正相關(guān)，溫度升高拉應(yīng)變?cè)龃螅瑴囟冉档?，拉?yīng)變減小，應(yīng)變總體不大，已趨于收斂。

4.6.2 面板應(yīng)變計(jì)

應(yīng)變計(jì)測(cè)值與溫度呈正相關(guān)，溫度升高拉應(yīng)變?cè)龃?，溫度降低，拉?yīng)變減小，應(yīng)變總體不大。順坡向應(yīng)變主要表現(xiàn)為壓應(yīng)變，水平向應(yīng)變主要表現(xiàn)為壓應(yīng)變，水平向壓應(yīng)變總體小于順坡向壓應(yīng)變，壓應(yīng)變較大分布區(qū)域主要集中在河床部位面板中部靠左，分布符合一般規(guī)律（見圖9）。

圖8 下庫(kù)大壩面板無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值過(guò)程線圖

圖9 下庫(kù)大壩面板應(yīng)變分布圖（左為順坡向，右為橫河向）

4.6.3 面板鋼筋計(jì)

面板鋼筋計(jì)隨溫度影響呈明顯的年周期性變化，溫度升高，拉應(yīng)力減?。▔簯?yīng)力增大），溫度降低，拉應(yīng)力增大（壓應(yīng)力減小），鋼筋應(yīng)力總體不大，面板中下部鋼筋計(jì)壓應(yīng)力略有增大。

4.7 大壩滲流

4.7.1 壩基滲透壓力

在帷幕后，壩基與堆石體接觸面上布設(shè)4支滲壓計(jì)，下水庫(kù)于2007年7月9日開始下閘蓄水，壩基滲壓計(jì)水位開始升高，至2007年10月底，P下-1、P下-2、P下-4水位分別升高 19.53 m、19.12 m 和5.06 m，庫(kù)水位對(duì)壩基滲壓的影響隨繞壩滲流路徑的增加而降低。運(yùn)行期，帷幕后壩基滲壓計(jì)測(cè)值無(wú)明顯趨勢(shì)性變化，最大滲壓水位53.63 m，低于同期庫(kù)水位92.97 m。滲壓計(jì)測(cè)值與庫(kù)水位無(wú)明顯相關(guān)性，最大年變幅為4.20 m，小于庫(kù)水位變幅（35.48 m），說(shuō)明壩基趾板帷幕防滲作用穩(wěn)定。

4.7.2 繞壩滲流

下水庫(kù)壩共布置了14個(gè)地下水位觀測(cè)孔，OH下-01～6位于兩岸壩肩的山坡上，左右各3個(gè)孔，OH下-07～14位于下水庫(kù)右岸分水嶺防滲帷幕后方。下水庫(kù)于2007年7月9日開始下閘蓄水，蓄水后各繞壩孔水位較蓄水前變化不大，主要受降雨影響，繞壩孔水位在100.25～146.01 m之間，高于庫(kù)水位，不會(huì)發(fā)生庫(kù)水外滲（見圖10）。

圖10 下庫(kù)大壩部分繞壩滲流水位變化過(guò)程線圖

4.7.3 滲流量

下庫(kù)大壩量水堰為三角形堰，堰板量程為40 cm，對(duì)應(yīng)最大滲流量為141.67 L/s。量水堰設(shè)在壩腳下游樁號(hào)壩0+098.648 m，距壩軸線200 m處，編號(hào)為WE下-1，測(cè)得的滲漏量包括通過(guò)壩體的滲漏、壩基的滲漏、兩岸壩肩的繞壩滲漏以及壩頂?shù)搅克咧g的壩坡和岸坡上降水所產(chǎn)生的地表徑流流量。下庫(kù)大壩量水堰2013年7月以前，滲流量受庫(kù)水位和降雨影響，最大滲流量39.50 L/s，測(cè)值無(wú)明顯趨勢(shì)性增大；2013年7月以后，受下庫(kù)壩后截水墻漏水影響，量水堰處于無(wú)水狀態(tài)，下庫(kù)壩后滲漏量失真；2016年11月量水堰改造修復(fù)后，測(cè)值受降雨和庫(kù)水位影響上下波動(dòng)，滲漏量在0.39～68.53 L/s之間，較之前滲漏量有所增大，與庫(kù)水位相關(guān)性較好，不考慮降雨影響，剔除前5～7天有降雨的最大滲流量不超過(guò)40 L/s。

統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)類似工程的滲漏量于表2，從表2可見：下庫(kù)大壩實(shí)測(cè)最大滲漏量68.58 L/s，扣除降雨影響的最大滲漏量為36.17 L/s，其余類似工程的面板堆石壩穩(wěn)定最大滲漏量在8～60 L/s之間，與其他大壩相比，下庫(kù)大壩滲漏量在同類工程中處于較高水平。

5 結(jié)論

黑麋峰抽水蓄能電站下庫(kù)主壩壩體、壩基滲流較為穩(wěn)定，滲流量較大，但水質(zhì)清澈；繞壩滲流孔水位較蓄水前變化不大；兩岸壩肩地下水位整體高于庫(kù)水位，不會(huì)發(fā)生庫(kù)水外滲；面板垂直縫開合度不大，巡視檢查未見異常，面板運(yùn)行性態(tài)良好；大壩壩坡穩(wěn)定性復(fù)核滿足規(guī)范要求。

綜上所述，下庫(kù)大壩運(yùn)行過(guò)程中，雖大壩壩頂沉降量及大壩滲漏量在同類工程中處于中等偏大水平，但大壩的滲流和變形控制措施完善，監(jiān)測(cè)成果未見異常，壩體運(yùn)行性狀良好。

表2 國(guó)內(nèi)部分面板堆石壩滲漏量統(tǒng)計(jì)情況表