李作光

（豐滿(mǎn)發(fā)電廠(chǎng)，吉林省吉林市 132108）

1 工程概況

豐滿(mǎn)大壩全面治理（重建）工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用，供電范圍為東北電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。水庫(kù)正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水庫(kù)總庫(kù)容 103.77 億 m3。

樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)、原三期電站組成。新建大壩壩軸線(xiàn)位于原豐滿(mǎn)大壩壩軸線(xiàn)下游120m。

三期原泄洪洞封堵體與水庫(kù)接觸，承擔(dān)永久擋水作用，設(shè)計(jì)級(jí)別與擋水建筑物設(shè)計(jì)級(jí)別一致，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括滲透壓力、接縫變形、應(yīng)力應(yīng)變及溫度。

根據(jù)封堵體的結(jié)構(gòu)特性以及長(zhǎng)度，沿封堵體軸線(xiàn)上游、中部、下游各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在封堵體與襯砌之間、襯砌與圍巖之間的頂部、邊墻、底板布設(shè)4支滲壓計(jì)；封堵體與襯砌之間進(jìn)行接觸和回填灌漿，需要進(jìn)行接縫開(kāi)合度監(jiān)測(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在頂拱和腰部考慮混凝土脫空埋設(shè)3支測(cè)縫計(jì)；封堵體一般為大體積混凝土，為監(jiān)測(cè)回填混凝土的應(yīng)力應(yīng)變及溫度情況，每個(gè)斷面布設(shè)8支溫度計(jì)；在中部觀(guān)測(cè)斷面內(nèi)布設(shè)1組五向應(yīng)變計(jì)，并在應(yīng)變計(jì)旁埋設(shè)1支無(wú)應(yīng)力計(jì)。

3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)12支滲壓計(jì)、9支測(cè)縫計(jì)、24支溫度計(jì)、1組五向應(yīng)變計(jì)，1支無(wú)應(yīng)力計(jì)。

本文對(duì)三期原泄洪洞封堵監(jiān)測(cè)物理量進(jìn)行全面分析，得出分析結(jié)論。

2 泄洪洞封堵監(jiān)測(cè)資料分析

2.1 變形監(jiān)測(cè)[1-4]

封堵體與襯砌之間進(jìn)行接觸和回填灌漿，需要進(jìn)行接縫開(kāi)合度監(jiān)測(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在頂拱和腰部考慮混凝土脫空埋設(shè)3支測(cè)縫計(jì)，測(cè)縫計(jì)編號(hào)為 FJi-1～FJi-3（i為監(jiān)測(cè)斷面號(hào)）。儀器精度為±0.05mm。

各測(cè)縫計(jì)于2018年9～11月完成安裝開(kāi)始觀(guān)測(cè)，測(cè)量頻次為每月3～4 次，測(cè)量頻次滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，測(cè)點(diǎn)FJ2-1于2019年9月7日停測(cè)，其他測(cè)縫計(jì)測(cè)值可靠，數(shù)據(jù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

統(tǒng)計(jì)出測(cè)縫計(jì)特征值，特征值分布圖見(jiàn)圖1，典型測(cè)值過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖2。由圖可見(jiàn)，始測(cè)以來(lái)，測(cè)縫計(jì)開(kāi)度最大值介于1.31（FJ2-1，2019年4月28日）～ 18.85mm（FJ3-2，2020年3月13日）。首次蓄水前，除頂拱部位測(cè)縫計(jì)FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 外，其他測(cè)縫計(jì)于2019年3 ～4月受溫度降低影響，開(kāi)度增大 0.50～1.35mm（FJ2-3）。2019年5月21日～8月11日，頂拱部位測(cè)縫計(jì)FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 開(kāi)度緩慢增加3.24mm、3.56mm、16.01mm，2019年8月11 日后開(kāi)度趨于穩(wěn)定，當(dāng)前分別為6.26mm、6.45mm、18.72mm，其中 FJ3-2開(kāi)度最大，表明封堵段頂部已經(jīng)發(fā)生脫空現(xiàn)象；其他測(cè)縫計(jì)測(cè)值穩(wěn)定，當(dāng)前開(kāi)度在1.04～1.61mm。

圖1 三期泄洪洞封堵段測(cè)縫計(jì)特征值分布圖Figure 1 The distribution of characteristic values of the slotting gauge in the sealing section of the Hongdong County

圖2 典型測(cè)縫計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)Figure 2 Measuring value process line of typical seam gauge

2.2 滲壓監(jiān)測(cè)[1-4]

每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在封堵體與襯砌之間、襯砌與圍巖之間的頂部、邊墻、底板布設(shè)4 支滲壓計(jì)，滲壓計(jì)編號(hào)FPi-1～FPi-4（i為監(jiān)測(cè)斷面號(hào)）。儀器精度為 3.50kPa。

滲壓計(jì)于2018年8月13日～11月4日開(kāi)始觀(guān)測(cè)，測(cè)量頻次為每月 3～4 次，測(cè)量頻次滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，滲壓計(jì)FP1-3、FP3-1 在 2019年8月15日后無(wú)數(shù)據(jù)，其他滲壓計(jì)測(cè)值可靠，數(shù)據(jù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

滲壓計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖3，特征值分布圖見(jiàn)圖4，典型滲壓計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖5。由圖可見(jiàn)，滲壓計(jì)在2019年3月前變化趨勢(shì)基本一致，表現(xiàn)為自始測(cè)后緩慢增大，之后趨于穩(wěn)定。2019年3月滲壓計(jì) FP1-4、FP2-1、FP2-4、FP3-4 滲壓增大，變幅在7.80～24.09kPa。

圖3 三期泄洪洞封堵段滲壓計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)分布圖Figure 3 Statistical distribution of the eigen values of the Osmometer at the Hongdong County seal section，Phase III

圖4 典型滲壓計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)Figure 4 Hydrograph of typical osmometer values

滲壓計(jì)測(cè)值與庫(kù)水位呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖5）。首次蓄水期間，各監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)隨庫(kù)水位升高，滲壓有不同程度的增大，變幅介于 23.71～334.82kPa，2019年10 月后滲壓隨庫(kù)水位降低同時(shí)減小，當(dāng)前滲壓計(jì)測(cè)值基本穩(wěn)定，介于40.00～237.87kPa。其中，3號(hào)監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)測(cè)值較其他兩監(jiān)測(cè)斷面測(cè)值較大，最大值達(dá)到 367.64kPa（FP3-4，2019年10月29日）。滲壓計(jì)、測(cè)縫計(jì)測(cè)值表明，隨著水位上升，庫(kù)水已經(jīng)滲入到三期泄洪洞的封堵段，且水頭較高。

圖5 上游水位與 FP3-4 滲壓相關(guān)圖Figure 5 Correlation diagram between water level in upstream and osmotic pressure of FP3-4

2.3 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)

2.3.1 應(yīng)力應(yīng)變[5]

根據(jù)封堵體的結(jié)構(gòu)特性以及長(zhǎng)度，沿封堵體軸線(xiàn)上游、中部、下游各布置 1 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。封堵體一般為大體積混凝土，為監(jiān)測(cè)回填混凝土的應(yīng)力應(yīng)變情況，在中部觀(guān)測(cè)斷面內(nèi)布設(shè) 1組五向應(yīng)變計(jì)，編號(hào)為 FS5-1～FS5-5，并在應(yīng)變計(jì)旁埋設(shè) 1支無(wú)應(yīng)力計(jì)，編號(hào)為 FN1。

應(yīng)變計(jì)組與無(wú)應(yīng)力計(jì)始測(cè)于2018年9月14日，觀(guān)測(cè)頻次為每月3～4 次，測(cè)量頻次滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，無(wú)明顯粗差，但應(yīng)變計(jì)測(cè)值不可靠。儀器精度為±7.5με。

統(tǒng)計(jì)出應(yīng)變計(jì)組與無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值特征值，應(yīng)變計(jì)組和無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖6。經(jīng)分析，部分應(yīng)變計(jì)（FS1-2 和 FS1-3）初期在混凝土水化熱溫升情況下拉應(yīng)變接近400～600με，按實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算單軸最大應(yīng)力應(yīng)變值接近400με，已遠(yuǎn)超過(guò)混凝土極限抗拉應(yīng)變，且應(yīng)變計(jì)組不平衡量超過(guò)500με（見(jiàn)圖 7），嚴(yán)重超過(guò)不平衡量限制，因此測(cè)值不符合一般變化規(guī)律。

圖6 三期泄洪洞應(yīng)變計(jì)組和無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)Figure 6 Phase III Hongdong County strain gage and stress Free Gage hydrograph

圖7 三期泄洪洞應(yīng)變計(jì)組不平衡量檢查結(jié)果Figure 7 Phase III Hongdong County strain gauge imbalance test results

2.3.2 溫度[5]

根據(jù)封堵體的結(jié)構(gòu)特性以及長(zhǎng)度，沿封堵體軸線(xiàn)上游、中部、下游各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。封堵體一般為大體積混凝土，為監(jiān)測(cè)回填混凝土溫度情況，每個(gè)斷面布設(shè)8支溫度計(jì)，編號(hào)為 FTi-1～FTi-4（i為監(jiān)測(cè)斷面號(hào)）。儀器精度為0.2℃。

溫度計(jì)始測(cè)于2018年8月22日～9月11日，觀(guān)測(cè)頻次為每月3～4 次，測(cè)量頻次滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，溫度計(jì)測(cè)值可靠，無(wú)明顯粗差。

統(tǒng)計(jì)出溫度計(jì)測(cè)值特征值，特征值分布圖見(jiàn)圖8，溫度計(jì)典型測(cè)值過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖9。前期由于澆筑混凝土產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致溫度計(jì)測(cè)值較高，最大值達(dá)到43.3℃（FT1-5，2018年9 月26 日），當(dāng)前溫度基本穩(wěn)定，測(cè)值在8.1～10.7℃。

圖8 三期泄洪洞封堵段溫度計(jì)特征值分布圖Figure 8 Phase III distribution of the characteristic values of thermometers at the Hongdong County plug section

圖9 三期泄洪洞典型溫度計(jì)測(cè)值過(guò)程線(xiàn)Figure 9 Phase Ⅲ hydrograph of typical thermometer readings in Hongdong County

3 結(jié)語(yǔ)

（1）三期泄洪洞封堵段測(cè)縫計(jì)測(cè)值表明，2019年首次蓄水期間，隨水位上升，頂拱測(cè)縫計(jì) FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 開(kāi)度逐漸增加 3.24mm、3.56mm、16.01mm，2019 年8月11日測(cè)值趨于穩(wěn)定，當(dāng)前開(kāi)度分別為6.26mm、6.45mm、18.72mm，3號(hào)斷面測(cè)縫計(jì)開(kāi)度過(guò)大，表明封堵段頂部已經(jīng)發(fā)生脫空現(xiàn)象；其他測(cè)縫計(jì)變形基本穩(wěn)定，當(dāng)前開(kāi)度在1.04～1.61mm。

（2）三期泄洪洞封堵段滲壓計(jì)測(cè)值表明，蓄水以來(lái)，各監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)隨庫(kù)水位升高，滲壓有不同程度的增大，變幅介于23.71～334.82kPa，2019年10月后隨庫(kù)水位降低，滲壓測(cè)值隨之減小，當(dāng)前測(cè)值基本穩(wěn)定，介于40.00～237.87kPa。其中，3號(hào)監(jiān)測(cè)斷面滲壓計(jì)測(cè)值較其他兩監(jiān)測(cè)斷面測(cè)值較大，最大值達(dá)到 367.64kPa，表明，隨著水位上升，庫(kù)水已經(jīng)滲入到三期泄洪洞的封堵段，且水頭較高。

（3）三期泄洪洞封堵段應(yīng)變計(jì)組測(cè)值已不可靠。溫度當(dāng)前測(cè)值在8.1～10.7℃，基本穩(wěn)定。