積石峽水電站采用浸泡法加速壩體預(yù)沉降的工程措施與效果

王思德

（青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 青海 西寧 810001）

1 工程概況

積石峽水電站位于青海省循化縣與民和縣交界的黃河干流上，是黃河上游規(guī)劃的第五座大型梯級(jí)電站。水庫(kù)正常蓄水位1856m，總庫(kù)容2.94億m3，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，壩后式廠房裝機(jī)容量1020MW。擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1861m，壩頂長(zhǎng)度314.288m，寬度9.80m，最大壩高101m。大壩上游坡比1∶1.4，下游設(shè)“之”字型馬道，馬道間壩坡上部為1∶1.4，下部為1∶1.3。

壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為墊層料2A（周邊縫處為特殊墊層料2B）、過(guò)渡料3A、排水料3E、主堆石壩料3BⅠ、3BⅡ、下游堆石料3C及下游卵石護(hù)坡3D，其中2A、2B、3A和3E均為砂卵石篩分料，主、次堆石料3BⅠ、3BⅡ、3C均為左、右岸壩區(qū)開(kāi)挖料。壩內(nèi)設(shè)“L”型排水區(qū)，其中垂直排水區(qū)位于過(guò)渡料3A與主堆石料3BⅠ之間，水平排水區(qū)底部高程為1785m，高4m。

2 采用浸泡法加速壩體預(yù)沉降方案的緣由

（1）根據(jù)積石峽上游公伯峽混凝土面板堆石壩運(yùn)行期大壩沉降觀測(cè)資料分析，水庫(kù)蓄水后壩體沉降主要來(lái)自壩內(nèi)浸潤(rùn)線以下部位：公伯峽壩內(nèi)滲流水面高程約為1902m，接近下游量水堰堰頂高程[1]。EL.1907m沉降測(cè)點(diǎn)至基巖面壩體填筑厚度23.7m，蓄水后（截止2007年3月底，下同）相對(duì)壓縮量70mm，壓縮率為0.29%；EL.1907m至EL.2003.68m（最高沉降測(cè)點(diǎn)）填筑厚度96.68m，蓄水后相對(duì)壓縮量50mm，壓縮率為0.05%，浸水部分壩體的壓縮率比上部干燥區(qū)的壓縮率大6倍左右。如積石峽大壩在施工期對(duì)壩體進(jìn)行浸泡促進(jìn)預(yù)沉降，勢(shì)必可以大大減少水庫(kù)蓄水后的壩體沉降量。

（2）積石峽大壩主、次堆石料的巖性主要為白堊系礫石、中細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，飽和抗 壓 強(qiáng) 度 33MPa～123MPa， 軟 化 系 數(shù)0.29～0.88，屬中等硬度偏軟巖石。清華大學(xué)對(duì)開(kāi)挖料筑壩可行性研究結(jié)論是：開(kāi)挖料可以作為主堆石料，但位于壩體浸潤(rùn)線以下的壩料會(huì)產(chǎn)生一定的濕化變形，壩料濕化變形會(huì)導(dǎo)致混凝土面板的撓度增加，導(dǎo)致面板順坡向壓應(yīng)力、水平向拉、壓應(yīng)力和部分面板周邊縫張開(kāi)度增加，因此建議在澆筑面板前進(jìn)行壩體泡水，減少濕化對(duì)面板的不利影響。

（3）西北地區(qū)已建的面板堆石壩的混凝土面板普遍裂縫較多。眾所周知，導(dǎo)致面板裂縫的影響因素復(fù)雜，除高寒、干燥等氣候因素外，諸多施工因素也是造成面板裂縫的原因[2]。要建一座面板裂縫較少的高質(zhì)量的面板堆石壩，就是要盡可能消除導(dǎo)致面板裂縫的各種不利因素。在澆筑面板前對(duì)壩體下部進(jìn)行充水浸泡，使壩體沉降比較充分，盡量減少蓄水后的面板變形即是面板防裂的措施之一。

3 壩體浸泡時(shí)機(jī)的選擇

壩體浸泡的合適時(shí)機(jī)是壩體填筑到頂（即防浪墻底部高程1857m，下同）和混凝土面板澆筑之前。但西北高寒地區(qū)浸泡期還應(yīng)避開(kāi)寒冬季節(jié)，以防壩面混凝土擠壓墻和墊層料遭受凍脹破壞。積石峽大壩河床段及其右側(cè)2009年8月7日已經(jīng)填筑到頂，然后填筑左側(cè)壓力鋼管上平臺(tái)（EL.1834.5m）以上的壩體，計(jì)劃于同年9月底填筑到頂。如9月底再開(kāi)始充水浸泡，要到12月中旬才能退水完畢，退水后期處于隆冬季節(jié)，壩面受損的風(fēng)險(xiǎn)極大。所以決定9月上旬開(kāi)始?jí)误w充水浸泡，此時(shí)壩體左側(cè)1/4范圍離壩頂僅差8m左右，對(duì)壩體沉降量的影響不大。壩體充水過(guò)程，左岸填筑繼續(xù)進(jìn)行，壩內(nèi)充水至最高水位時(shí)，壩體全斷面同時(shí)填筑到頂[3]。

4 壩體浸泡高程的確定

根據(jù)公伯峽面板壩運(yùn)行期壩體沉降規(guī)律及清華大學(xué)壩料濕化試驗(yàn)成果，壩體浸泡高程可依據(jù)下述三個(gè)原則選定：

（1）浸泡高程越高越好；

（2）浸泡高程宜接近大壩運(yùn)行期壩內(nèi)浸潤(rùn)線高程；

（3）浸泡期間相鄰建筑物的擋水高程。

壩體浸泡前壩下量水堰堰板已經(jīng)安裝，堰頂高程為1787.55m，壩內(nèi)水平排水體的設(shè)置高程為1785m～1789m，據(jù)此可以預(yù)計(jì)運(yùn)行期壩內(nèi)浸潤(rùn)線高程略高于1787.55m，9月上旬壩下廠房3#機(jī)組段上游擋墻澆筑高程為1785.50m。根據(jù)上述條件，確定壩體浸泡高程為1785m。河床段趾板建基面高程1760m，壩軸線部位基巖高程1766m，大壩下游基巖高程1776m，浸泡區(qū)壩體平均填筑厚度約20m。

5 大壩浸泡期間的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)要求

5.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

除大壩原有的變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)、兩岸邊坡位移監(jiān)測(cè)仍按常規(guī)頻次監(jiān)測(cè)外，大壩浸泡過(guò)程重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為壩體上游基坑水位，壩內(nèi)水位和壩體沉降監(jiān)測(cè)。

上游基坑水位用設(shè)在趾板上的臨時(shí)水尺測(cè)量。壩內(nèi)水位用滲壓計(jì)和電磁式沉降儀沉降管中的水位測(cè)量，測(cè)量精度為1mm。壩體沉降用電磁式沉降儀、水管式沉降儀和壩頂臨時(shí)觀測(cè)墩同時(shí)測(cè)量，以電磁式沉降儀測(cè)值為主，測(cè)量精度為1mm。

表1 壩體浸泡前后沉降比較表

圖1 壩內(nèi)水位過(guò)程線和大壩累計(jì)沉降量曲線

5.2 監(jiān)測(cè)頻次

壩體浸泡過(guò)程的壩內(nèi)外水位和壩體沉降監(jiān)測(cè)從壩體充水前5天開(kāi)始至壩體退水完畢后5天結(jié)束，每天上午8:00定時(shí)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)成果當(dāng)天上報(bào)給業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位。

6 壩體充水浸泡實(shí)施過(guò)程

本次壩體浸泡充、退水主要依靠設(shè)在河床段趾板內(nèi)的4根φ150反滲排水管。排水管穿過(guò)趾板下游的墊層料區(qū)，滲水的花管段埋設(shè)在過(guò)渡料中，管外用濾網(wǎng)包裹，四周設(shè)置反濾，透水性良好。其次為通過(guò)大壩上游面的混凝土擠壓墻和墊層料、過(guò)渡料對(duì)壩體進(jìn)行充水和退水。

6.1 基坑充、退水過(guò)程

所謂“基坑”是位于大壩上游面與上游圍堰之間的空間，壩體充、退水都由控制基坑水位來(lái)實(shí)施?；铀簧颠^(guò)程如下：

9月2日基坑停止抽排，通過(guò)上游圍堰等滲水，基坑水位由1761m開(kāi)始上升，壩體開(kāi)始充水浸泡。

9月11日開(kāi)始用水泵將河水抽入基坑，加快提高基坑內(nèi)水位和壩內(nèi)水位。

9月25日基坑水位達(dá)到1787.3m，不再升高基坑水位，壩體充水歷時(shí)23天。

維持基坑水位1787m以上4天，9月29日基坑水位降至1787m以下。

11月5日基坑水位回落到1761m，退水歷時(shí)38天。基坑水位平均每天下降0.69m，一天最大降水幅度1.9m，砼擠壓墻表面并無(wú)異動(dòng)現(xiàn)象。退水較快的原因是壩內(nèi)各區(qū)壩料透水性較好，反滲排水管排水通暢，壩內(nèi)水位隨基坑水位下降而迅速下降，實(shí)測(cè)壩內(nèi)外水位差很小，大壩上游墊層和混凝土擠壓墻穩(wěn)定無(wú)恙。

6.2 壩內(nèi)水位充、退水過(guò)程

壩內(nèi)水位從9月2日起隨基坑水位上升而同步上升，9月27日達(dá)到最高值1786.3m，達(dá)到最大水位的時(shí)間滯后基坑水位1天～2天。從滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)資料反映，9月22日至10月2日的10天內(nèi)，壩內(nèi)水位均高于1785m。11月5日基坑水位退至1761m，壩內(nèi)水位滯后4天～5天才退至充水前水位。

7 壩體充水浸泡效果

積石峽壩體充水從9月2日開(kāi)始，開(kāi)始時(shí)基坑水位上升較慢，壩料也有一個(gè)浸潤(rùn)濕化的過(guò)程，至9月8日起壩體沉降明顯加快。充水浸泡前壩體沉降量已在逐漸收斂，8月19日至9月8日20天內(nèi)壩體沉降已減至10mm，壩體浸泡后沉降量迅速增加，9月8日至9月29日21天內(nèi)壩體沉降100mm，9月28日起壩體開(kāi)始退水，沉降量也逐漸減小，本次壩體充水浸泡促進(jìn)預(yù)沉降的效果十分明顯[4,5]。

壩體充水浸泡前后的沉降量比較詳見(jiàn)表1和圖1。

8 結(jié)語(yǔ)

積石峽壩體充水浸泡促進(jìn)預(yù)沉降的效果十分明顯，根據(jù)積石峽的經(jīng)驗(yàn)可以歸納以下幾點(diǎn)：

（1）壩體堆石料的巖性不能太硬，一般軟化系數(shù)較小的中等硬度偏軟或軟巖的濕化變形較大，壩體充水浸泡預(yù)沉降效果比較明顯。

（2）有條件時(shí)宜選擇壩體填筑到頂或接近填筑到頂時(shí)再充水浸泡，此時(shí)浸泡區(qū)壩料上部荷載較大，有利于提高濕化壩料的變形量。

（3）面板堆石壩運(yùn)行期壩內(nèi)浸潤(rùn)線平緩，浸潤(rùn)線稍高于壩下量水堰堰頂高程，所以壩體浸泡高程接近量水堰堰頂高程即可取得良好的效果。

（4）壩體沉降主要集中在充水期，建議壩內(nèi)充水至最高水位時(shí)宜再浸泡3天～5天再退水較好。陜西水利

[1]陳樹(shù)聯(lián),張雷,張群,等.公伯峽面板堆石壩壩體沉降變形規(guī)律分析 [J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè),2009,33（5）:56-60.

[2]左元明,張文茜,沈珠江.小浪底壩石料浸水變形特性研究[C].第一屆華東巖土工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集,1990.

[3]張偉,雷艷,蔡新合,等.積石峽水電站面板堆石壩濕化變形控制研究 [J].人民黃河,2014,36（3）:126-128.

[4]張偉,崔文娟,蔡新合,等.積石峽水電站面板堆石壩不均勻沉降控制措施 [J].西北水電,2013,142:13-15.

[5]蘇曉軍,權(quán)全,王進(jìn),等.面板堆石壩實(shí)測(cè)沉降分析與研究——以積石峽為例[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2013,24（1）:115-118.