韋慶華 余金鳳 劉俊宏 崔彥斌
【摘 要】文章介紹了巴基斯坦阿萊瓦水電站廠房后邊坡在施工期間的監(jiān)測儀器布置,并以施工期間的監(jiān)測資料為依據(jù),結合平時的巡視檢查所了解的邊坡外部變形情況,分析該邊坡的變形特點,總結超高邊坡淺層和深層變形規(guī)律及穩(wěn)定性影響因素。
【關鍵詞】水電站;邊坡;安全監(jiān)測;變形;穩(wěn)定性
【中圖分類號】TV698.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688(2020)07-0112-03
1 概述
邊坡問題一直是巖土工程的一個重要研究內容,對水利水電工程領域尤其重要[1-3]。阿萊瓦水電站位于巴基斯坦西北邊境省,裝機容量為2×60.5 MW,設計最大流量為21 m3/s,年發(fā)電量為463 GW·h。主要建筑物包括混凝土壩(高60 m)、進水口及沉沙池、消力池、引水斜隧洞及內襯壓力鋼管、廠房、開關站、導流工程、金屬結構、其他附屬建筑等,分大壩和廠房兩個施工區(qū)。廠房位于Jambera村下游約4 km處的印度河左岸岸邊,廠房后坡高度高約163 m,分9個馬道,屬超高邊坡,該邊坡體積大、高度高,其穩(wěn)定性將對廠房的施工安全及廠房的安全運行產生直接影響。安全監(jiān)測對邊坡安全險害預警及工程建設順利進行起到保駕護航的作用[4]。
2 廠房后邊坡主要監(jiān)測手段及監(jiān)測儀器布置
施工期間布置的觀測儀器有兩類:①收斂計,主要測量地表裂縫變形情況,布置于廠房后邊坡開口線以上的地表裂縫處;②多點位移計,主要測量巖體內部不同深度巖體的變形情況,分別監(jiān)測地表向內5 m、10 m、20 m、30 m巖體的變形情況,分別在第9馬道(高程為562m)和第7馬道(高程為592 m)各埋設3套。隨著開挖進度的推進,從2007年5月開始對廠房后邊坡深部變形進行監(jiān)測。
3 廠房后邊坡監(jiān)測資料成果分析
3.1 監(jiān)測成果
3.1.1 廠房后邊坡開口線以上的地表裂縫收斂計觀測資料統(tǒng)計
廠房后邊坡開口線以上的地表裂縫采用收斂計進行觀測,布設一個觀測點,位于第一條裂縫的中部。2007年10月底至2008年2月因當?shù)鼐謩菰蛭也砍冯x工程所在地,該儀器遭到當?shù)鼐用衿茐?,終止觀測,致使我部于2008年3月進行重新布設測點,之后4月底再遭破壞,迫使再次布設測點,因此該點觀測資料分3個時段分析:①2007年4月—2007年10月期間主要觀測數(shù)據(jù)見表1;②2008年3月—2008年4月期間主要觀測數(shù)據(jù)見表1;③2008年5月—2008年8月,觀測成果如圖1所示。
根據(jù)圖1和表1初步判斷,2007年第一次觀測的變形增量異常,懷疑可能跟收斂監(jiān)測墩的混凝土收縮有關。從第二次觀測開始,變形逐漸變小,反映出裂縫變形速率逐漸變小,邊坡裂縫發(fā)育趨于一個逐漸穩(wěn)定的過程,其中在2007年7、9月變形增量略有增大,這與該時期內的降雨有密切關系。在2008年6、7月均有一次突變值,該兩月降雨量較為充沛,因為該裂縫沒有明顯的開裂現(xiàn)象。月變形量除這幾次異常變形較大外,其余各月變形量均小于1 mm。說明邊坡頂部裂縫變形量較小,并處于發(fā)展階段,變形速率基本穩(wěn)定,但裂縫發(fā)育受降雨影響比較明顯。
3.1.2 廠房后邊坡592 m馬道附近多點位移計觀測資料統(tǒng)計
2007年4~10月,分別于592 m馬道和562 m馬道附近先后安裝了6個多點位移計對廠房后邊坡深層變形進行監(jiān)測。從廠房邊坡下游到上游儀器安裝順序依次為MPBE6、MPBE5、MPBE4、MPBE3、MPBE2、MPBE1,前3個位于593 m高程,后3個位于563 m高程,其中MPBE6數(shù)據(jù)變化最為突出,以MPBE6為例加以說明。
根據(jù)MPBE6觀測孔絕對位移值資料,20 m處變形增量最大,因此把20 m的監(jiān)測數(shù)據(jù)做為變形分析的基準值,分析2007年4月29—2008年4月24日的變形規(guī)律。2008年4月10日觀測點20 m處的絕對累計變形量為102.73 mm,已超過儀器設定最大變形量100 mm,隨后該測點處于無讀數(shù)狀態(tài)。MPBE6絕對位移時程曲線如圖2所示。2008年2月以來,在邊坡592 m馬道邊緣和577~592 m的坡面上出現(xiàn)了裂縫,裂縫寬度一般為5 mm左右,局部可達2 cm。根據(jù)2008年4月的巡視檢查情況來看,裂縫尚有發(fā)展趨勢,與多點位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)相吻合。根據(jù)MPBE6各監(jiān)測點的絕對變形數(shù)據(jù),有如下規(guī)律。
(1)位移的絕對值較大,2007年4月29日—2008年4月10日總累計變形量為102.19 mm。超過儀器量程,2008年8月7日該儀器10 m測點累計變形量達103.38 mm,超過儀器量程,致使觀測終止。
(2)邊坡變形受施工干擾較大。例如,在2007年5月19日和2007年6月20日,受下方邊坡的開挖及施工爆破的影響,監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大的變化,但隨著下部邊坡的開挖成型,數(shù)據(jù)變化趨于穩(wěn)定。
(3)廠房邊坡持續(xù)變形,并在雨季有加速現(xiàn)象。其中,月累計變形量最大的為2007年7、8月,其20 m測點的絕對位移量分別為25.66 mm、43.91 mm,其余各監(jiān)測點均有以上規(guī)律。自2007年4月29日觀測以來,該點記錄的變形值逐日增加,平均增加速率為0.331 mm/d,但在7、8月邊坡變形速率有顯著的加速跡象,平均速率為0.926 mm/d。初步分析認為,這段時間正值雨季,雨水較多,同時邊坡繼續(xù)開挖,坡角卸重過多,卸荷應力增加;在2008年6月26日—2008年8月2日期間,該儀器10 m測點絕對位移量為9.99 mm,初步判斷,該點數(shù)據(jù)增大,其主要原因還是受降雨的影響(如圖2所示)。
3.2 監(jiān)測成果分析
根據(jù)已取得的廠房后邊坡監(jiān)測資料以及結合施工期間的巡視檢查情況,對廠房后邊坡的變形規(guī)律做如下初步分析。
(1)廠房后邊坡頂部地表裂縫仍處于變形階段,但變形量較小,變形速率比較穩(wěn)定。其變形機制受降雨影響較為明顯。由廠房后邊坡開口線以上松散層地表裂縫布設的收斂計監(jiān)測資料可知,從2007年4~10月共7個月時間,總變形量為11.53 mm,除4月上旬最初兩次的觀測數(shù)據(jù)較大,為異常數(shù)據(jù),與混凝土墩收縮變形有關外,其余數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定,最大月累計變形量為6.76 mm(數(shù)據(jù)異常)。在2008年3月15日—2008年4月18日期間,收斂值變化比較平穩(wěn),變形速率較小。自2008年5月2日以來,在2008年6、7月份均有一次突變值外,之后各月變形速率相對較小。
(2)邊坡淺表部變形量較大,深部變形量較小,并且深部變形量有逐漸減小的趨勢。如表2所示,從各點監(jiān)測資料數(shù)據(jù)中顯示,相對位移量其淺部位數(shù)據(jù)大于深部位的數(shù)據(jù),且根據(jù)監(jiān)測資料顯示,深部相對位移量變化速率有逐步減小的趨勢,至于深部巖體是否已趨于穩(wěn)定這一結論還需進一步論證。
(3)同一馬道自上游側向下游側,變形量遞增。如表3所示,在同一馬道的各監(jiān)測點自上游側向下游側累計量呈遞增局勢,根據(jù)平時巡視檢查的情況來看,邊坡下游側的裂縫發(fā)育明顯多于上游測。其中,MPBE3的絕對位移量略顯反常,但根據(jù)各測點的相對位移變化值來看,該點的深部位移量均大于同一馬道的其他兩個測點,而淺部位移量小于其他兩個測點。
(4)邊坡變形存在下部變形量小、上部變形量大的規(guī)律。比較兩個馬道的監(jiān)測變形資料,對同一垂直面的兩支儀器在同一時期(從同一垂直面后安裝的儀器日期為起始)位移累計量進行比較:上游592 m馬道累計變形量為10.13 mm,562 m馬道月累計變形量為8.40 mm;中部592 m馬道月累計變形量為18.06 mm,562 m馬道累計變形量為13.26 mm;下游592 m馬道累計變形量為68.51 mm,562 m馬道累計變形量為6.19 mm。根據(jù)邊坡的受力特點,這種情況并不符合理論邊坡巖體下部變形量大、上部變形量小的規(guī)律,但根據(jù)地質資料表明,該邊坡的變形特點與其巖體的破碎不連續(xù)性有較大關聯(lián),即觀測資料與其地質資料所反映的情況并不矛盾,監(jiān)測數(shù)據(jù)是客觀、真實的,反映了巖體內部的變形情況。
(5)控制廠房后邊坡整體穩(wěn)定性的內因主要為巖體完整性差、巖體強度低等巖體質量因素,外因主要為開挖卸荷及爆破松動、風化、降雨和地震等因素,其中施工爆破和地表水的影響較為明顯。廠房后邊坡于2007年8月已完成全部開挖,隨后進行的是廠房基坑及壓力管道岔管段的開挖。截至2008年4月,廠房基坑開挖廠房后邊坡施工和岔管支洞的施工已基本結束。由于施工中對爆破松動后的巖體沒有徹底清理干凈,因此邊坡表部存在一定的松動巖體,爆破裂隙也發(fā)展到一定的深度范圍,受爆破影響,部分原生節(jié)理、裂隙會有一定的發(fā)展,巖體強度降低,受卸荷作用影響,邊坡表部的變形量加大,如施工期607 m馬道下游側出現(xiàn)塌方,637 m馬道邊緣、622 m馬道邊緣、592 m馬道邊緣均出現(xiàn)了裂縫等。由監(jiān)測資料可知,各監(jiān)測點變形量最大的時間是7、8月,而此時正值雨量最豐月份,這說明邊坡變形與降雨密切相關。
4 結語
影響多點位移計監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的因素以邊坡自身的巖性為主,此外還有開挖卸荷、雨季、施工爆破干擾、地表水滲透和地震等因素。邊坡淺層裂縫變形較小,收斂數(shù)據(jù)變化受降雨影響最明顯。后邊坡上游較下游變形小,淺層變形大于深層變形,且深層變形趨于穩(wěn)定。經(jīng)過邊坡施工期變形監(jiān)測,持續(xù)為設計和下步施工提供相應依據(jù),真正發(fā)揮變形監(jiān)測的耳目作用。
參 考 文 獻
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