徐昆振，段國學(xué)，丁 林，周一鑫

（1 .長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北省武漢市 430010；2 .廣東粵海珠三角供水有限公司，廣東省廣州市 511458）

0 引言

清江水布埡水利樞紐混凝土面板堆石壩[1]為目前世界上最高的混凝土面板堆石壩，壩頂高程409.0m，壩頂長度674.66m，最大壩高233.2m。大壩上游壩坡1：1.4，下游平均壩坡1：1.46，面板面積13.87萬m2。壩址兩側(cè)岸坡高峻陡峭，谷坡總體上呈不對稱“V”字形。工程自2001年開始施工準備，2002年10月下旬截流，2002年11月主體工程施工，2007年7月第一臺機組發(fā)電，2008年9月底工程完建，11月2日水庫水位達到399.51m，接近正常蓄水位400.00m。

從安全監(jiān)測的結(jié)果來看，水布埡面板壩壩體變形[2—3]控制良好，變形已基本趨于收斂，壩體滲漏量較小，大壩運行是安全[4—5]的。本文對截至2015年底的面板壩堆石壩主要監(jiān)測資料成果進行了分析。

1 堆石體分層沉降

1.1 監(jiān)測儀器布置

為監(jiān)測堆石體內(nèi)部體沉降和水平位移，在大壩堆石體0+132m、0+212m和0+356m的3個監(jiān)測斷面的高程235m、265m、300m、340m和370m上共布設(shè)了11條水管式沉降儀測線和鋼絲水平位移計（各70個測點），水管式沉降儀測點與水平位移測點一一對應(yīng)。河床中部0+212m斷面是壩高最大的斷面，其壩體內(nèi)部變形監(jiān)測儀器見圖1，右岸0+356m斷面內(nèi)部變形儀器見圖2。

1.2 實測沉降成果

截至2015年12月，0+132m斷面最大沉降為1724mm，位于高程340m；0+212m斷面高程340m和高程300m最大沉降分別為2.610m和2.583m，兩者可看作是該斷面沉降最大的測點，最大沉降約占壩高的1.12%，位于壩體中上部；0+365m斷面最大沉降為1948mm，位于高程340m。

從斷面上實測沉降的分布來看，壩體中間沉降最大，同高程平面上向壩體上游面和向下游面漸小，不同高程上則向壩頂和向基礎(chǔ)漸小，符合堆石壩的內(nèi)部沉降分布特點。0+132m斷面、0+212m斷面、0+365m斷面實測分層沉降分布見圖3～圖5，0+212m斷面沉降等值線見圖6～圖8。

0+212m斷面不同高程最大沉降測點沉降過程線見圖9，沉降最大測點的擬合值過程線見圖10。以0+212m斷面最大沉降測點（SV01_1_34）為例，水庫蓄水前壩體填筑過程的沉降量和2007年蓄水過程中的沉降增量分別約占2015年12月沉降量的85%和5%，2007年9月水庫蓄水后至2015年12月增加的沉降量僅占總沉降量的約10%。其他測點蓄水前的沉降量占2015年12月22日沉降量的比例多在60%～90%之間，平均約為80%。2015年各測點的沉降年增量約在10mm以內(nèi)。由此可知，堆石體沉降主要發(fā)生在壩體填筑和水庫蓄水過程中，之后沉降逐漸趨于收斂。

1.3 統(tǒng)計模型分析

通過對壩體0+212m斷面高程300m沉降最大的測點SV01_1_27（橫向樁號0+0.00）實測沉降進行回歸分析，其擬合值及各分量過程線見圖11和圖12。

統(tǒng)計模型分析結(jié)果表明，壩體沉降主要發(fā)生在堆石體填筑過程中，至2015年12月19日實測沉降量為2583mm，填筑高度分量約為2212mm，占總沉降量的85.6%；水位分量約為200mm，占總沉降量的7.8%；從壩體填筑完時起算的時效分量（流變）約為168mm，占總沉降量的6.6%。2015年時效分量的年增量約為10mm。

圖1 河床中部0+212m監(jiān)測斷面儀器布置圖Figure 1 Instrument layout of 0+212m monitoring section in the middle of the river bed

圖2 右岸0+356m監(jiān)測斷面儀器布置圖Figure 2 Instrument layout of 0+356m monitoring section in the right bank

圖3 左岸0+132m斷面2015年12月22日實測沉降分布（單位：m）Figure 3 Distribution of settlement of 0+132m section in the left bank on December 22, 2015(Unit： m)

圖4 河床中部0+212m斷面2015年12月22日實測沉降分布（單位：m）Figure 4 Distribution of settlement of 0+212m section in the middle of the river bed on December 22, 2015(Unit： m)

圖5 右岸0+365m斷面2015年12月22日實測沉降分布（單位：m）Figure 5 Distribution of settlement of 0+365m section in the right bank on December 22, 2015(Unit： m)

圖6 河床中部0+212m斷面2007年4月26日蓄水前沉降等值線圖（單位：m）Figure 6 Settlement contour map of 0+212m section in the middle of the river bed before the impoundment on April 26, 2007 (Unit： m)

圖7 河床中部0+212m斷面2007年9月30日蓄水后沉降等值線圖（單位：m）Figure 7 Settlement contour map of 0+212m section in the middle of the river bed after the impoundment on September 30, 2007 (Unit： m)

圖8 河床中部0+212m斷面2015年12月22日沉降等值線圖（單位：m）Figure 8 Settlement contour map of 0+212m section in the middle of the river bed on December 22, 2015 (Unit： m)

圖9 河床中部0+212m斷面不同高程最大沉降測點沉降過程線Figure 9 Curves of different elevation maximum settlement point of 0+212m section

圖10 河床中部0+212m斷面高程340m沉降最大測點實測及擬合沉降過程線Figure 10 Curves of the maximum settlement point in EL304 of 0+212m section measured and fitted

圖11 0+212m斷面高程300m測點SV01_1_27分層沉降擬合值過程線Figure 11 Curves of the settlement point SV01_1_27 in EL300 of 0+212m section fitted

圖12 0+212m斷面高程300m測點SV01_1_27分層沉降分量過程線Figure 12 Curves of the settlement point SV01_1_27 in EL300 of 0+212m section component

1.4 與理論計算值對比

不考慮堆石體流變效應(yīng)的不同模型三維有限元靜力計算的水布埡面板堆石壩蓄水期壩體最大沉降在1.36～1.92m之間，位于壩體中部1/2壩高處。然而實測沉降比理論計算值略大，這主要是計算參數(shù)和假定與實際不完全一致，特別是實測的堆石體流變變形導(dǎo)致的沉降占有較大比重所致。

2 堆石體壓縮模量

以0+212m斷面壩軸線（縱0+00.0）不同高程的水管式沉降儀測點沉降量反演堆石體的壓縮模量，通過計算施工期壓縮模量約在100.7～161.3MPa之間，平均約為122.6MPa。與國內(nèi)外其他面板壩壓縮模量[6]的對照見表1和表2。

從表中可知，百米級面板堆石壩最大沉降量一般為壩高的1%左右，水布埡面板壩在竣工期（蓄水前）最大沉降量為2.23m，約占壩高0.95%，蓄水期至2015年12月最大沉降為2.61m，約占壩高1.12%，實測沉降屬正常水平。

水布埡面板壩堆石體壓縮模量約為122.6MPa，屬較高范圍，如澳大利亞塞沙拉壩（壩高110m）施工期壓縮模量在138～185MPa之間，平均約為145MPa，三板溪壩（壩高185.5m）施工期壓縮模量平均為111.7MPa?？偟膩砜?，水布埡面板壩施工期壓縮模量較高，表明其填筑質(zhì)量較好，堆石體變形得到了較好的控制。

表1 已建面板壩堆石體最大沉降量 及壓縮模量對照表Table 1 The comparison of maximum settlement and compression modulus of CRFD rockfill

表2 已建面板壩堆石體竣工期及蓄水期 最大沉降對照表Table 2 The comparison of maximum settlement between Completion and impoundment periods of CRFD rockfill

3 堆石體下游壩面表面變形

堆石體下游壩面不同高程共布有42個表面位移測點[7-8]，其中31個在壩面上，11個在觀測房處。具體布置見圖13。

3.1 下游壩面水平位移

典型測點向下游位移過程線見圖14，向下游位移分布見圖15和圖16。

2015年12月，實測壩體下游面向下游位移最大值為96.0mm，從位移分布看，橫向上靠河床中部大，向左、右岸漸小，高程上頂部大，下部小。向下游位移的年增量逐年減小，2015年壩頂中部向下游水平位移年增量最大值為5.9mm，沉降最大的測點SA2-5（對應(yīng)面板R5處）的向下游位移年增量為5.6mm。

3.2 下游壩面表面沉降

典型測點沉降過程線見圖17，沉降分布見圖18和圖19。

2015年12月，實測壩體下游面最大的沉降為156.6mm，從沉降分布看，橫向上靠河床中部大，向左、右岸漸??；高程上頂部大，下部小。沉降年增量逐年減小，2015年壩頂中部沉降最大的測點SA2-4（對應(yīng)面板R3處）的年增量為11.3mm。

從以上監(jiān)測成果可以看出，水庫蓄水后下游壩面主要以沉降和向下游方向位移為主，是堆石體自重和上游庫水作用產(chǎn)生的流變變形。目前變形速率在進一步減緩，各方向位移年增量約在10mm以內(nèi)，變形基本穩(wěn)定。

4 壩體滲漏量

4.1 實測成果

水布埡面板壩矩形量水堰[9-10]布置在下游壩腳，利用RCC圍堰匯集大壩壩體及壩基范圍內(nèi)的滲漏水。實測滲漏量包含了庫水位、降雨量、溫度、面板破損及修補、時效等因素的影響。

實測滲漏量在13.03～81.17L/s之間，2011年11月14日庫水位396.7m時滲漏量最大。實測壩體滲漏量過程線見圖20。

4.2 統(tǒng)計模型分析

實測滲漏量包含了庫水位、降雨量、溫度、面板破損及修補、時效等因素的影響，為分析實測滲漏量的變化規(guī)律、各因素對滲漏量的影響程度，需要建立實測滲漏量的統(tǒng)計模型。統(tǒng)計模型成果各分量過程線見圖21和圖22。

統(tǒng)計模型分析結(jié)果表明，扣除降雨影響的實測滲漏量（庫水滲漏量）在12.96～80.73L/s之間（見圖23），2012年6月之后扣除降雨影響的實測滲漏量（庫水滲漏量）在45L/s以內(nèi)。2011年之后滲漏量的時效分量（滲漏通道封堵、淤堵、增多或擴大導(dǎo)致的滲漏量的變化量）基本收斂，滲漏量無增大趨勢。

圖13 面板堆石壩表面位移測點布置圖Figure 13 The surface displacement monitoring layout of the CRFD

圖14 下游壩面靠河床中部不同高程實測向下游水平位移過程線Figure 14 Curves of the downstream horizontal displacement at downstream dam surface by different elevations in the middle of the river bed

圖15 2015年12月3日下游壩面不同高程向下游位移分布圖Figure 15 Distribution of the downstream horizontal displacement by different elevations at downstream dam surface on December 3, 2015

圖16 下游壩面靠河床中部向下游位移沿高程分布圖Figure 16 The downstream horizontal displacement distribution along the elevation at downstream dam surface in the middle of the river bed

圖17 下游壩面靠河床中部的不同高程實測沉降過程線Figure 17 Curves of the settlement by different elevations at downstream dam surface in the middle of the river bed

圖18 2015年12月3日下游壩面不同高程沉降分布圖Figure 18 Distribution of the settlement by different elevations at downstream dam surface on December 3, 2015

圖19 下游壩面靠河床中部測點的沉降沿高程分布圖Figure 19 The settlement distribution along the elevation at downstream dam surface in the middle of the river bed

圖20 量水堰實測面板壩滲漏量過程線Figure 20 Curves of rockfill leakage by the weir

圖21 滲漏量主要環(huán)境分量及時效分量過程線Figure 21 Curves of the leakage between environmental and time-effect component

圖22 面板破損及修補分量過程線Figure 22 Curves of the leakage between face slab breakage and repair component

圖23 扣除降雨分量的實測滲漏量（庫水滲漏量）過程線Figure 23 Curves of the rockfill leakage deducting rainfall component (Reservoir leakage)

2007—2015年期間，面板發(fā)生幾次板間縫（垂直縫）部位的擠壓破損（主要是表面鋼筋保護層混凝土破損），從而造成2010—2012年的實測滲漏量較大。經(jīng)統(tǒng)計模型計算因面板破損增加的最大滲漏量約為28L/s；通過對面板破損部位的修補和防滲處理，滲漏量明顯減少，因修補減少的最大滲漏量約為22L/s。溫度分量的變幅約為10.15L/s，其變化是冬季增大，夏季減少。降雨分量在3.66L/s以內(nèi)，主要是下游壩面范圍內(nèi)匯集的降雨。

4.3 類比分析

與國內(nèi)外面板堆石壩的實測滲漏量相比（見表3），水布埡面板壩滲漏量較小。

表3 水布埡面板壩與其他面板壩 實測滲漏量對照表Table 3 The comparison of ro chfiu leakaset between shuibuya CRUF and others

續(xù)表

5 結(jié)束語

（1）水布埡面板壩堆石體分層最大沉降量為2.61m，約占壩高1.12%，堆石體沉降主要發(fā)生在壩體填筑和水庫蓄水過程中，之后沉降逐漸趨于收斂。2015年水布埡面板堆石壩的表面變形和內(nèi)部變形年最大增量約為10mm，堆石體沉降已基本趨于穩(wěn)定。

（2）堆石體壓縮模量平均值約為122.6MPa，壓縮模量較高，表明其填筑質(zhì)量較好，堆石體變形得到了較好的控制。

（3）2007—2015年期間，面板板間縫（垂直縫）發(fā)生幾次局部表層擠壓破損，通過修補和防滲處理，面板壩堆石體的庫水滲漏量已降至45L/s以內(nèi)，滲漏量較小。

（4）綜合水布埡面板壩堆石體的各項監(jiān)測成果可以認為，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，面板壩堆石體運行是安全的。