陳曉華，吳春暉，丁 瑋，陸陽(yáng)洋

（1.寧?？h水庫(kù)管理中心，浙江 寧海 315600；2.寧海縣鎮(zhèn)鄉(xiāng)水利服務(wù)總站，浙江 寧海 315600；3.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210006；4.南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所，江蘇 南京 210029）

1 問(wèn)題的提出

在深厚覆蓋層上建壩的原因主要有：減少投資和加快工期；滿足水保、環(huán)保的需要；壩基覆蓋層太過(guò)深厚，不可能將其完全挖除后在基巖上建壩[1]。無(wú)論是哪種情況，在深厚覆蓋層上建壩一直是水利水電工程界需要解決的重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題之一[1]。與基巖不同，深厚覆蓋層的巖層不連續(xù)，結(jié)構(gòu)松散，巖性變化顯著，成因類型較復(fù)雜，物理力學(xué)性質(zhì)不均勻，工程地質(zhì)條件差[2]，容易產(chǎn)生不均勻沉降和壩基滲漏等問(wèn)題，因此國(guó)內(nèi)外在深厚覆蓋層上建起的水庫(kù)大壩數(shù)量并不是特別多[3]，監(jiān)測(cè)資料也較少。本文以建在深厚覆蓋層上的西林水庫(kù)大壩為研究對(duì)象，針對(duì)深厚覆蓋層上的面板堆石壩覆蓋層沉降和壩基滲流安全監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析，為其他類似工程深厚覆蓋層處理提供參考。

2 工程概況

寧?？h西林水庫(kù)位于寧?？h茶院溪支流西林坑上游，壩址位于寧?？h茶院鄉(xiāng)。水庫(kù)由大壩、有閘溢洪道、泄洪供水洞、電站等主要建筑物組成，是一座以防洪、供水、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)總庫(kù)容1 365萬(wàn)m3，電站裝機(jī)容量400 kW；工程等別Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)建筑物[4-6]。

西林水庫(kù)大壩為面板堆石壩，建立在深厚覆蓋層之上，主斷面覆蓋層厚度為32.70 m，大壩壩頂高程71.40 m，最大壩高53.60 m。在上游壩趾板下方采用全封閉混凝土垂直防滲墻進(jìn)行防滲，防滲墻嵌入弱風(fēng)化巖層1.00 m。大壩自2016年8月開(kāi)始填筑，于2017年9月底填筑至靜碾?yún)^(qū)底部高程，2018年6月完成面板的澆筑，2018年12月開(kāi)始蓄水，2019年5月大壩填筑至壩頂高程。

西林水庫(kù)壩址區(qū)分布地層為侏羅系上統(tǒng)西山頭組晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r和第四系松散層，兩岸壩基巖石風(fēng)化相近。左岸全風(fēng)化帶厚0.50~1.00 m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚0.20~0.30 m，弱風(fēng)化帶厚6.40~14.50 m；河床強(qiáng)風(fēng)化帶厚0.20~1.20 m，弱風(fēng)化帶厚0.50~8.70 m；右岸全風(fēng)化帶厚0.00~1.20 m，弱風(fēng)化帶厚6.00~11.20 m。河床趾板置于砂礫卵石層上，兩岸岸坡趾板置于弱風(fēng)化巖石上，并進(jìn)行固結(jié)灌漿。砂礫卵石覆蓋層各物理力學(xué)參數(shù)為：密度ρ=2.10 g/cm3，摩擦角φ=35°，壓縮模量Es=38~40 MPa，滲透系數(shù)k=2.5×10-4cm/s，允許水力坡降J允=0.1，承載力值fk=200~250 kPa。

3 安全監(jiān)測(cè)儀器布置主要情況

西林水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)于2016年3月開(kāi)始，有比較完善的安全監(jiān)測(cè)資料，現(xiàn)已開(kāi)展的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：覆蓋層壩基沉降監(jiān)測(cè)、壩體沉降監(jiān)測(cè)、壩體水平位移監(jiān)測(cè)、壩基滲流壓力監(jiān)測(cè)、防滲墻應(yīng)變監(jiān)測(cè)、防滲墻水平位移監(jiān)測(cè)、面板垂直縫變形監(jiān)測(cè)、面板周邊縫變形監(jiān)測(cè)、面板溫度監(jiān)測(cè)、大壩表面變形監(jiān)測(cè)、繞壩滲流監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目。共完成各類儀器安裝埋設(shè)132支（臺(tái)、套），其中應(yīng)變計(jì)16支，無(wú)應(yīng)力計(jì)8支，壩基覆蓋層沉降儀10支，滲壓計(jì)22支，溫度計(jì)8支，脫空計(jì)6組，壩腳測(cè)壓管+滲壓計(jì)組合8套，防滲墻固定式測(cè)斜儀10支，水管式沉降儀8套，水平位移計(jì)4套、單向測(cè)縫計(jì)14支，二向測(cè)縫計(jì)6組（12支），三向測(cè)縫計(jì)6組（18支），繞壩滲流測(cè)壓管+滲壓計(jì)6套，表面變形測(cè)點(diǎn)30個(gè)。觀測(cè)設(shè)備布置平面見(jiàn)圖1，主要監(jiān)測(cè)斷面見(jiàn)圖2~3。本文主要對(duì)壩基覆蓋層沉降和壩基滲流觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖1 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施平面布置圖 單位：m

圖2 0+163 m斷面監(jiān)測(cè)儀器布置圖 單位：m

圖3 0+208 m斷面監(jiān)測(cè)儀器布置圖 單位：m

4 監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 覆蓋層壩基沉降觀測(cè)

本工程采用斷面電位式沉降儀對(duì)壩基覆蓋層沉降進(jìn)行觀測(cè)，共設(shè)置2個(gè)壩基覆蓋層沉降觀測(cè)斷面，分別為斷面0+163 m和斷面0+208 m。0+163 m斷面壩基覆蓋層厚約30 m，0+208 m斷面壩基覆蓋層厚約15 m。每個(gè)斷面分別布設(shè)5個(gè)壩基沉降測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)全部布設(shè)于壩基開(kāi)挖面上，編號(hào)從上游往下游分別為BG1~BG5和BG6~BG10，具體位置見(jiàn)圖2~3。

壩基覆蓋層沉降過(guò)程線見(jiàn)圖4~5。由圖4~5可知，各測(cè)點(diǎn)沉降測(cè)值與測(cè)點(diǎn)上部壩體填筑過(guò)程密切相關(guān)。填筑初期，隨壩體填筑高程增加，壩基覆蓋層各測(cè)點(diǎn)部位沉降逐漸增大。2017年3月后，壩體填筑高程上升加快，相應(yīng)地各測(cè)點(diǎn)測(cè)值迅速增長(zhǎng)。至2017年9月，壩體填筑至靜碾?yún)^(qū)底部，填筑高程穩(wěn)定在68.40 m，各測(cè)點(diǎn)測(cè)值增速迅速降低，沉降增量均在5 mm以內(nèi)并逐漸減小，表明覆蓋層沉降變形趨于穩(wěn)定。截至2019年8月，0+163 m斷面各測(cè)點(diǎn)最大累積沉降量為244.96 mm（BG4測(cè)點(diǎn)位置），約為該斷面壩基覆蓋層厚度的0.82%，約為最大壩高的0.46%，0+208 m斷面各測(cè)點(diǎn)最大累積沉降量為137.52 mm（BG9測(cè)點(diǎn)位置），約為該斷面壩基覆蓋層厚度的0.91%，約為最大壩高的0.25%。2個(gè)斷面最大沉降量均小于覆蓋層沉降量的技術(shù)警戒值（2.00%覆蓋深度，1.00%最大壩高），壩基總沉降量正常。同一斷面內(nèi)，位于壩軸線位置的測(cè)點(diǎn)（BG4、BG9）測(cè)得覆蓋層沉降量最大。同時(shí)，可以看出靠近右岸壩肩山體的0+208 m斷面各測(cè)點(diǎn)沉降量明顯小于0+163 m斷面。

圖4 0+163 m斷面壩基覆蓋層沉降過(guò)程線圖

綜上可以看出，壩基覆蓋層沉降數(shù)據(jù)特點(diǎn)與壩體填筑過(guò)程、覆蓋層深度、上覆堆石料厚度等吻合。覆蓋層的沉降量值在合理范圍之內(nèi)，未超出技術(shù)警戒值。

圖5 0+208 m斷面壩基覆蓋層沉降過(guò)程線圖

4.2 面板周邊縫觀測(cè)

本工程采用6組二向測(cè)縫計(jì)和6組三向測(cè)縫計(jì)對(duì)面板周邊縫進(jìn)行觀測(cè)，二向測(cè)縫計(jì)布置在面板下游底部與趾板交接處，三向測(cè)縫計(jì)分別布置在面板左右岸與趾板交接處，從左往右分別為SJ1~SJ3、LJ1~LJ6、SJ4~SJ6，具體位置見(jiàn)圖1。

對(duì)于二向測(cè)縫計(jì)，每組測(cè)縫計(jì)一方向?yàn)榇怪泵姘宸较?，另一方向?yàn)榇怪泵姘?趾板板間縫方向，三向測(cè)縫計(jì)分別測(cè)量面板與趾板之間的開(kāi)合度、剪切量和沉降量。面板周邊縫變形過(guò)程線見(jiàn)圖6。由圖6可知，二向測(cè)縫計(jì)所測(cè)面板開(kāi)合度最大值在5 mm以內(nèi)，測(cè)值不大；三向測(cè)縫計(jì)各測(cè)點(diǎn)開(kāi)合度和剪切量測(cè)值均不是很大，且測(cè)值也較為穩(wěn)定，最大開(kāi)合度6.38 mm（SJ2），剪切量3.35 mm（SJ3）。面板沉降變形量在2018年12月水庫(kù)蓄水后開(kāi)始出現(xiàn)變化，主要為SJ2、SJ4出現(xiàn)明顯增大，最大沉降值變形為22.06 mm（SJ4），目前測(cè)值已基本穩(wěn)定。

圖6 面板周邊縫變形過(guò)程線圖

綜上，西林水庫(kù)面板周邊縫測(cè)發(fā)展情況正常。

4.3 壩基滲流壓力觀測(cè)

本工程中采用鋼弦式滲壓計(jì)對(duì)壩基滲流壓力進(jìn)行觀測(cè)，共設(shè)置2個(gè)壩基滲流觀測(cè)斷面，即0+163 m斷面和0+208 m斷面，在每一斷面的防滲墻下游及砂礫卵石壩基內(nèi)各布設(shè)8個(gè)滲流壓力測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖2~3）。0+163 m斷面的滲壓計(jì)編號(hào)為K1~K8，其中K1~K3位于防滲墻下游側(cè)，K4~K8沿下游方向依次布置；0+208 m斷面的滲壓計(jì)編號(hào)為K9~K16，其中K9~K11位于防滲墻下游側(cè)，K12~K16沿下游方向依次布置。

各測(cè)點(diǎn)滲壓計(jì)水位實(shí)測(cè)過(guò)程線見(jiàn)圖7~10。由圖7~10可看出，2018年12月蓄水之前，壩基各測(cè)點(diǎn)孔壓水位總體保持穩(wěn)定，各測(cè)點(diǎn)測(cè)值基本穩(wěn)定在21~24 m，由于水庫(kù)尚未蓄水，測(cè)值主要反映了測(cè)點(diǎn)部位的地下水位狀態(tài)。埋設(shè)初期具有一定波動(dòng)，主要由壩體填筑高度有限、外界雨水入滲所致。隨著壩體填筑高度增加，各測(cè)點(diǎn)測(cè)值波動(dòng)程度降低，實(shí)測(cè)過(guò)程線較為光滑。2018年12月水庫(kù)蓄水開(kāi)始后，受水庫(kù)蓄水影響，位于防滲墻后的各測(cè)點(diǎn)測(cè)值有所升高，但最大測(cè)值32.90 m仍遠(yuǎn)小于當(dāng)前蓄水位64.50 m，表明防滲墻工作狀態(tài)良好，隨著蓄水位達(dá)到正常庫(kù)水位，防滲墻后滲壓計(jì)測(cè)值也逐漸穩(wěn)定。位于壩基下游的各測(cè)點(diǎn)測(cè)值基本穩(wěn)定在21~23 m，無(wú)較大變化，表明下游排水通暢。

圖7 0+163 m斷面防滲墻后滲壓計(jì)水位過(guò)程線圖

實(shí)測(cè)的壩基滲透坡降見(jiàn)圖11。由圖11可知，實(shí)測(cè)壩基滲透坡降隨著庫(kù)水位變化較明顯，這是由于隨著庫(kù)水位上升，防滲墻后的測(cè)點(diǎn)孔壓水位增加比較明顯，而下游出逸點(diǎn)的水位幾乎不會(huì)隨上游庫(kù)水位的變化而變化。測(cè)得的最大滲透坡降為0.034，小于允許的滲透坡降。

圖11 壩基實(shí)測(cè)滲透坡降過(guò)程線圖

綜上所述，壩基滲流壓力的監(jiān)測(cè)成果表明，防滲墻防滲效果良好，工作狀態(tài)正常，壩基下游覆蓋層透水性良好。

圖8 0+163 m斷面滲壓計(jì)水位過(guò)程線圖

圖9 0+208 m斷面防滲墻后滲壓計(jì)水位過(guò)程線圖

圖10 0+208 m斷面滲壓計(jì)水位過(guò)程線圖

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)西林水庫(kù)大壩壩基覆蓋層沉降和覆蓋層內(nèi)滲壓計(jì)孔壓水位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

（1）壩基覆蓋層的沉降隨著筑壩高度的增加而增加；

（2）同樣橫斷面內(nèi)，越靠近壩軸線的部分，壩基覆蓋層沉降越大；

（3）不同橫斷面之間，越靠近山體的橫斷面，相對(duì)來(lái)說(shuō)壩基覆蓋層的沉降越小；

（4）隨著蓄水位增加，壩基覆蓋層內(nèi)防滲墻后孔壓水位有一定程度增加，而下游位置的孔壓水位則變化不大，壩基實(shí)測(cè)滲透坡降在允許范圍內(nèi)；

（5）深厚覆蓋層在經(jīng)過(guò)建壩后一段時(shí)間，沉降基本穩(wěn)定，面板周邊縫測(cè)值也無(wú)異常，其對(duì)大壩的影響在可控范圍內(nèi)；

（6）設(shè)置防滲墻措施后，能夠有效改善深厚覆蓋層的滲漏問(wèn)題。