江邊攔河閘深覆蓋層壩基沉降監(jiān)測資料分析

杜雪珍，朱錦杰，邢林生

(國家電力監(jiān)管委員會大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州 310014)

1 概述

江邊水電站樞紐主要由首部攔河閘、引水系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)三大部分組成，是一座以發(fā)電為主的低閘高水頭引水式電站，電站總裝機容量330 MW.水庫正常蓄水位1 797 m，死水位1 789 m，日調(diào)節(jié)庫容90.6萬m3.攔河閘壩自左至右依次為左岸混凝土擋水壩段、沖砂閘段、泄洪閘段、右岸混凝土擋水壩段和右岸岸坡粘土心墻堆石壩段，見圖1.壩頂全長179.10 m，壩頂高程1 799.50 m，最大閘壩高27.5 m.2008 年元月15日主體工程正式開工，混凝土壩段于2009年4月開始澆筑，2010年6月澆筑至壩頂高程1 799.50 m，于2011年1月15日下閘蓄水.

攔河閘壩基礎(chǔ)除1#～2#壩段左側(cè)5 m寬位于基巖外，其余建于覆蓋層上.閘址壩基覆蓋層深厚，按巖性和埋藏條件分為5大層，自上而下依次為崩坡積碎石土、沖洪漂(塊)卵(碎)石層、沖湖積砂質(zhì)粉土、沖洪積卵(碎)砂礫、沖洪積卵(碎)石，最大深度約達110 m，因此壩基壓縮變形問題為工程關(guān)注的焦點［1］.

2 壩基沉降監(jiān)測布置

壩基沉降采用桿式沉降儀和幾何水準法兩種方法觀測.

在 4#、5#壩段分縫處(閘右 0+21.5)和 6#壩段(閘右0+47.0)建基面上分別埋設(shè)1套4點式、2點式桿式沉降儀，編號為Mzb1，Mzb2，監(jiān)測施工期及運行期壩基沉降.

在 4#沖砂閘壩段(閘右 0+001.5)、4#、5#壩段分縫處(閘右0+21.5)、5#泄洪閘壩段(閘右 0+35.0)和6#壩段(閘右 0+47.0)，高程 1 776.10 m混凝土底板上布置4個臨時垂直位移測點，編號為LDls1～LDls4，監(jiān)測施工期壩基沉降.

測點布置見圖1和圖2.

圖1 壩基沉降監(jiān)測布置立面圖

圖2 壩基沉降監(jiān)測布置剖面圖

3 壩基沉降監(jiān)測資料分析

3.1 監(jiān)測成果分析

臨時垂直位移測點LDls1～LDls4，采用幾何水準法觀測，工作基點采用兩壩頭附近的施工期控制網(wǎng)點［2］，觀測時段為2009年9月7日 ～2010年4月11日，僅觀測近7個月，測值過程線見圖3.

由圖可見，各測點自2009年9月觀測以來，壩基沉降隨壩體澆筑高程的增高而增大，埋設(shè)初期沉降速率較大，之后逐漸減小，符合壩基沉降一般規(guī)律，2010年4月閘壩底板過水后停止觀測，累積沉降最大分別為18 mm、25 mm、22 mm、34 mm.從變化趨勢看，臨時垂直位移測點測值呈收斂態(tài)勢，但尚未完全穩(wěn)定.

桿式沉降儀為鋼弦式儀器，通過頻率計測得頻率值后轉(zhuǎn)算成相應的位移量，正值表示伸長，負值表示縮短.Mzb1、Mzb2分別于2009年4月和7月開始觀測，至2010年9月底，分別觀測18個月、15個月，相對于最深錨固點的測值過程線見圖4.

由圖可見，且測值存在異常跳動現(xiàn)象，至2010年9月底，閘壩最大沉降量為 1.02 mm、4.17 mm，位移量很小，與壩體澆筑高程相關(guān)關(guān)系不明顯.

3.2 對比分析

臨時垂直位移測點LDls2與桿式沉降儀Mzb1(四點式)位于同一壩段(4#、5#壩段分縫處，閘右0+21.5)，臨時垂直位移測點LDls4與桿式沉降儀Mzb2(二點式)位于同一壩段(6#壩段，閘右0+47.0)，兩者位移可比性較高.

從量值上看，雖然臨時垂直位移測點觀測時段較桿式沉降儀短，但其測值是桿式沉降儀測值的10倍以上，可見兩者位移相差較大，必有一者測值不可信.

技施階段，曾采用三維有限元靜力計算分析和動力計算分析閘壩和閘室基礎(chǔ)變形，靜力計算采用Biot固結(jié)理論的有效應力方法，骨架模型采用南京水利科學研究院雙屈服面彈塑性模型;動力計算采用時程分析法，應用非線性等價粘彈性模型和逐步積分法模擬地震過程，分成若干時段進行分析.分析成果表明:

(1)壩基覆蓋層變形以沉降為主，運行期最大沉降為9.9 cm.

(2)閘底板變形主要表現(xiàn)為沉陷，竣工期最大沉降為5.3 cm，運行期最大沉降為8.9 cm.

根據(jù)理論計算成果，初步判斷桿式沉降儀測值可靠性較差.

3.3 測值失真原因分析

桿式沉降儀主要由沉降板、傳感器、傳遞桿、錨頭等組成，本工程桿式沉降儀組采用一點一孔鉆孔埋設(shè)法.經(jīng)分析，桿式沉降儀測值失真的原因可能有:

(1)桿式沉降儀組上方的混凝土塊尺寸較小，相對于整個工程覆蓋層而言，僅起到點的作用，而無面的效果;

(2)施工工藝存在問題，沉降板、傳感器安裝槽均為混凝土結(jié)構(gòu)，約2 m，澆筑在一起后形成整體，測不出這部分土層的沉降位移;

(3)傳感器預拉工作較精密，現(xiàn)場施工難度大、工期緊，可能導致預拉效果欠佳;

(4)由于測孔較深，最長達70 m，直徑為Φ32 mm的傳遞桿本身發(fā)生彎曲變形，使得測值減小;

(5)在鉆孔內(nèi)放置了2段各4 m的PVC管保護，在壩基固結(jié)灌漿時，漿液可能流入將傳感器封堵;

(6)錨固點為1 m厚、直徑Φ1 m的固結(jié)圈，錨固效果可能不明顯.

通過以上分析，埋設(shè)在深覆蓋層內(nèi)的桿式沉降儀安裝埋設(shè)工藝要求較高，任一環(huán)節(jié)存在不足，均可能導致沉降儀測值失真.

4 結(jié)語

監(jiān)測資料分析成果表明，本工程施工期實測壩基沉降最大約3.5 cm，雖然觀測時段不長，但2010年4月閘底板過水時，相應壩段已澆筑至壩頂，基本涵蓋整個施工期，后期沉降變形量總體不大，可見實測壩基沉降值小于竣工期閘底板理論計算沉降值.但桿式沉降儀測值失真，無法正常監(jiān)測運行期壩基沉降，僅能通過壩頂沉降測點進行換算.

今后，在觀測深覆蓋層壩基沉降時，應在施工期抓住有利時機，盡早安裝水準測點，利用施工控制網(wǎng)，采用幾何水準法進行監(jiān)測，并采用分期安裝水準標心的方法監(jiān)測施工期及運行期基礎(chǔ)沉降位移，以盡可能多的獲取壩基沉降位移.

［1］中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL5108－1999混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2000:35－42.

［2］中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T5178－2003混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2003:19－20.