某面板堆石壩壩體沉降觀測資料分析

戴春華,石曉蘭

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.東陽市橫錦水庫管理局,浙江 東陽 332100)

1 工程概況

某水庫位于浙江東部沿海地區(qū),是一座以供水、防洪為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的Ⅱ等水利工程。水庫集水面積40.01 km2,總庫容3398萬m3,水庫正常蓄水位65.30m(國家85高程,下同),設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇,相應(yīng)洪水位為68.04 m,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000 a一遇,相應(yīng)洪水位為70.00 m。大壩壩型為混凝土面板堆石壩,壩頂高程為70.00 m,防浪墻頂高程71.20 m,最大壩高49.00 m,壩頂寬6.9m,長420.0 m,大壩上、下游坡坡比分別為1∶1.4、1∶1.3, 在下游23.0,39.0,54.0 m高程處, 設(shè)置 3級3.0 m寬的馬道。

工程樞紐建筑物由大壩、泄水建筑物、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠及升壓站組成。泄水建筑物布置在右壩段,為溢流重力壩,寬24.0 m,堰頂高程61.30 m;引水發(fā)電系統(tǒng)位于大壩左岸,由進(jìn)水口、洞身及出口組成;電站廠房位于大壩下游左岸,由主廠房、副廠房、升壓站、尾水渠、進(jìn)廠公路等組成。

2 壩體沉降量監(jiān)測儀器布置

壩體沉降量監(jiān)測儀器采用水管式沉降儀進(jìn)行,7套共計21個測點(diǎn) (編號SG1～SG21),其中在壩基20.0 m高程 0+120,0+192,0+260 m斷面分別設(shè)置3個、5個、3個沉降量監(jiān)測點(diǎn);在大壩39.0 m高程0+120,0+192,0+260 m斷面分別設(shè)置2個、4個、2個沉降量監(jiān)測點(diǎn);在大壩54.0 m高程0+192 m斷面設(shè)置2個沉降量監(jiān)測點(diǎn)。0+192 m為主監(jiān)測斷面,沉降量監(jiān)測儀器布置見圖1。

圖1 0+192 m斷面沉降量監(jiān)測儀器布置圖 單位:m

3 沉降量觀測資料分析

3.1 計算方法

水管式沉降儀測點(diǎn)沉降量計算公式為:

式中:St為測點(diǎn)t時刻的沉降量,cm(正值表示下沉,負(fù)值表示上升);h0、ht為量測管的初讀數(shù)及第t時刻讀數(shù),cm;H0、Ht為觀測房基點(diǎn)的高程初讀測值及第t時刻測值,cm。

由于實際工程中觀測房的安裝往往會滯后于測點(diǎn)的埋設(shè),沉降的起始觀測日會與測點(diǎn)的埋設(shè)日期有一定時間差,這段時間差內(nèi)壩體所產(chǎn)生的沉降量稱之為時差沉降量。所以在計算沉降時(1)式往往變成(2)式所示:

式中:S0為測點(diǎn)的時差沉降量,cm。

時差沉降量采用埋設(shè)時的測點(diǎn)絕對高程值和量測系統(tǒng)安裝完畢后水面絕對高程值進(jìn)行計算。

3.2 資料分析

大壩自2008年3月份開始填筑,于2008年11月7日填筑至66.07 m高程,2009年3月1日澆筑混凝土面板,2009年5月25日開始蓄水。20.0 m高程SG1～SG5沉降測點(diǎn)于2008年4月21日埋設(shè),39.0 m高程的SG6、SG7測點(diǎn)2008年6月25埋設(shè),SG8、SG9測點(diǎn)2008年8月3日埋設(shè),54.0 m高程SG10、SG11測點(diǎn) 2008年 10月8日埋設(shè),由于受到觀測房施工滯后的影響,大壩由下往上不同高程測點(diǎn)的起始觀測日期分別為 2008年 8月 7日、2008年 9月29日和2008年11月27日。

截止2009年12月7日0+192m主斷面的實測沉降量分布見圖2,過程線見圖3,SG1因正靠近面板下方,測點(diǎn)頂部承受的荷載最小,受到的壓力小,其沉降最小,為106 mm;SG4位于壩軸線上,上部堆石體最厚,測點(diǎn)頂部承受的壓力最大,其沉降最大,為477 mm;SG5位于大壩最下游側(cè),測點(diǎn)頂部承受的荷載大于SG1而小于SG2～SG4,故其沉降量僅大于SG1,為189 mm。20.0 m高程各測點(diǎn)沉降量分布大致以壩軸線呈對稱狀態(tài),這與實際情況相符合。39.0m和54.0 m高程各測點(diǎn)沉降量分布與20.0 m高程相似,均是面板附近測點(diǎn)沉降量最小,壩軸線位置測點(diǎn)沉降量最大。圖3中需要注意的是,位于壩軸線位置的SG8,該測點(diǎn)在2008年11月25日至2008年11月28日3 d時間內(nèi)沉降量由17.7 cm突然增加至27.1 cm,分析原因是由于2008年11月25日前測頭進(jìn)水管內(nèi)存在氣泡引起的,導(dǎo)致了非真實的沉降數(shù)據(jù),故圖中只考慮2008年11月25日之后的觀測數(shù)據(jù),同時根據(jù)對SG8埋設(shè)高程上層、下層2個測點(diǎn)沉降量數(shù)據(jù)分析,表明SG8觀測數(shù)據(jù)的確存在問題,在對該測點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試后,數(shù)據(jù)逐漸平穩(wěn)。

各觀測斷面測點(diǎn)沉降量數(shù)據(jù)見表1。0+120m斷面靠近左壩肩,基巖埋深最淺,0+260 m斷面下覆砂卵石層厚度相比0+192 m斷面偏薄,故20.0 m高程SG12～SG14的沉降量相對0+192,0+260 m斷面來說較小,這與實際情況相吻合,0+260 m斷面在下覆砂卵石層厚度偏薄的情況下,其測點(diǎn)沉降量與0+192 m斷面相比卻差不多,表明該斷面附近砂卵石層密實度相對較差。38.0 m高程處3個觀測斷面對應(yīng)位置測點(diǎn)沉降量相差不大,表明大壩填筑料強(qiáng)度相差不大,壩體材料均一性較好;3個斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明位于壩軸線位置的測點(diǎn)沉降量最大,沉降量大致以壩軸線呈對稱分布。目前各測點(diǎn)沉降量分布均已趨于穩(wěn)定。

由表1知,除個別測點(diǎn)外,絕大部分測點(diǎn)的沉降量發(fā)生在施工期,這與面板堆石壩總的沉降量絕大部分發(fā)生在施工期實際情形相符,同時對自埋設(shè)后至正式觀測這段時間內(nèi)各測點(diǎn)沉降量的數(shù)據(jù)分析表明,時差沉降量占總沉降量約1/3,因此,在測點(diǎn)埋設(shè)后應(yīng)及時做好觀測房,縮短觀測時差,提高沉降觀測的精度。

蓄水后,位于20.0 m高程面板下的SG1、SG12、SG17測點(diǎn),庫水壓力的作用最大,3個測點(diǎn)沉降量增加最大,但數(shù)值較小,其它測點(diǎn)也受庫水壓力及壩體堆石蠕變的共同作用,沉降量略有增加,但在正常范圍內(nèi)。

大壩2008年3月開始填筑,2008年11月至設(shè)計高程,平均每4 d填筑1層 (厚0.8 m),對比國內(nèi)類似地質(zhì)條件的其它新建中型工程,本項目大壩填筑工期短,強(qiáng)度高,相應(yīng)地壩體自身沉降量及基礎(chǔ)沉降量也較大,從累積沉降量占壩高的百分?jǐn)?shù)來看,最大值為0.97%,考慮堆石壩的填筑速度,該值在1.5%以內(nèi)的正常范圍。

圖2 0+192 m斷面各測點(diǎn)沉降量過程線圖

圖3 0+192 m斷面沉降量分布圖 單位:mm

表1 3個觀測斷面沉降數(shù)據(jù)表 mm

4 結(jié) 語

本工程大壩填筑工期短,強(qiáng)度高,但對觀測資料分析表明,除個別測點(diǎn)外,絕大部分測點(diǎn)的沉降量發(fā)生在施工期,這與面板堆石壩總的沉降量絕大部分發(fā)生在施工期規(guī)律相符。當(dāng)大壩各測點(diǎn)周沉降量在2 mm/周的范圍時,可進(jìn)行面板澆筑。在水庫蓄水后,位于20.0 m高程面板下的SG1、SG12、SG17測點(diǎn)沉降量增加值較大外,其它測點(diǎn)受庫水壓力及壩體堆石蠕變的共同作用,沉降量略有增加,但在正常范圍內(nèi)。水庫蓄水至今,監(jiān)測數(shù)據(jù)表明面板防滲效果好,工作正常。因此,砂卵石基礎(chǔ)上大壩高強(qiáng)度填筑雖然會引起壩體較大沉降,但只要大部分沉降量發(fā)生在施工期及間歇期,則不會影響蓄水后大壩的運(yùn)行。