堆石壩瀝青混凝土筑心墻形變的監(jiān)測研究

劉洋

【摘要】瀝青混凝土心墻形變研究監(jiān)測案例壩簡述；瀝青混凝土心墻形變監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)；瀝青混凝土心墻的測量結(jié)果與分析。本文對堆石壩瀝青混凝土筑心墻形變開展監(jiān)測研究，重點(diǎn)對該壩瀝青混凝土心墻的水平向位移，心墻相對過渡料間的位錯(cuò)變形以及瀝青混凝土心墻的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測數(shù)據(jù)開展分析，以為同類工程應(yīng)用提高技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】瀝青混凝土；堆石壩；心墻形變；監(jiān)測；分析研究

1、瀝青混凝土心墻形變研究監(jiān)測案例壩簡述

案例壩系某水電第六級水庫電站的壩工程，該水電工程的主要功能是發(fā)電和防洪，沒有漂木航運(yùn)或灌概等其它特別綜合利用要求。具有多年水調(diào)節(jié)能力，總庫容2.98億m3；壩前死水位為2600.0m，常規(guī)蓄水位為2650.0m，多年平均流量為14.5m/s，流域面積壩址以上為323km2；該電站的水輪機(jī)裝配高程2005.2m，電站額定水頭580m，最小水頭546.7m，最大水頭644.8m；電站額定發(fā)電引用流量為47.24mVs，其中最大發(fā)電引用流量為52.66mVs；案例壩縱剖面。

案例壩系瀝青混凝土心墻型堆石壩，其前軸線長度為411m，上游坡度為1：2，下游坡度為1：1.8，壩體高程124.5m，壩體頂寬度為14m。下游壩趾設(shè)壓重區(qū)，平均長約215m，厚度22m。心墻下游的底部填筑體均采取了基礎(chǔ)排水和反濾措施。該壩瀝青混凝土心墻底寬1.2m，頂寬0.6m，心墻的底部設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土基座。心墻基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)為帷幕灌漿和防滲墻方式，防滲軸主體線長860m。

2、瀝青混凝土心墻形變的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置

為獲得有分析參考價(jià)值的典型檢測數(shù)據(jù)，我們在0+220.50壩位斷面，從▽2538.00起始，間隔每5-10米，沿瀝青混凝土心墻下游壁置放單向固定式測斜儀，一共15支，用來進(jìn)行瀝青混凝土心墻在上下游方向上的水平移位測量

此外，為實(shí)施瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯(cuò)變形測量，分別對0+120.00m壩位斷面上游和下游兩側(cè)，針對不同的心墻高程，設(shè)計(jì)布置6支位錯(cuò)計(jì)。為測量瀝青混凝土心墻相對過渡料的豎向位移，我們把位錯(cuò)計(jì)下端固定在過渡料內(nèi)，上端則固定在瀝青混凝土的心墻上。為測量瀝青混凝土心墻的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變，我們在0+120.00、0+220.00、0+320.00、0+153.00和0+270.00壩位斷面，以上、下游側(cè)瀝青混凝土心墻壁面的不同高程，設(shè)計(jì)布置了由測縫計(jì)改裝的單向應(yīng)變計(jì)38支。

3、瀝青混凝土心墻的測量結(jié)果與分析

3.1心墻的水平向位移測量

瀝青混凝土心墻在水平向，總體由上游向下游方向發(fā)生位移。其中向上游的偏移量最大值，發(fā)生在壩體下部▽2538.00的IN15位置，其測量值是-8.13mm；其向下游偏移量最大值發(fā)生在中部▽2572.00的IN09位置，其測量值是114.83mm。其中2013年至2014年7月間，發(fā)生最大變幅量為90.55mm，變動(dòng)幅度較大，分析為儀器本身的測量問題，不應(yīng)是瀝青混凝土心墻真實(shí)的位移反應(yīng)。

3.2瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯(cuò)變形

0+120.00m壩位斷面的瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯(cuò)變形檢測成果，表1所示：

測量結(jié)果揭示：0+120.00m壩位斷面位錯(cuò)均為承受壓應(yīng)力，這意味此處瀝青混凝土心墻的壓縮性位移強(qiáng)于過渡料沉降。這個(gè)位錯(cuò)在施工期間變化明顯，水壩建成后運(yùn)行期間則位錯(cuò)開始變得穩(wěn)定，并且這個(gè)變化狀態(tài)與庫水位無關(guān)。同樣的過程測量0+220.00m和0+320.00m壩位斷面，測量結(jié)果揭示：0+220.00m和0+320.00m壩位斷面錯(cuò)計(jì)亦全部受壓，意味發(fā)生在該處心墻的壓縮量亦較過渡料的沉降量都要大，也都是水壩建成后運(yùn)行期間則位錯(cuò)開始變得穩(wěn)定，并且這個(gè)變化狀態(tài)與庫水位無關(guān)。

3.3瀝青混凝土心墻的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變

對壩0+120.00、0+220.00、0+320.00和0+153.00、0+270.00斷面瀝青混凝土心墻，每處設(shè)置10支應(yīng)變計(jì)，進(jìn)行斷面心墻的應(yīng)變過程測量。比如0+120.00m斷面處的測量，獲得測值成果以及過程線。瀝青混凝土心墻的內(nèi)部力應(yīng)變?nèi)諟y，如2014-7-1日的實(shí)測數(shù)據(jù)，具體如表3-2所示：

對0+120.00m檢測斷面的監(jiān)測成果揭示：0+120.00m檢測斷面在施工期間，其瀝青混凝土心墻的應(yīng)變狀態(tài)主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應(yīng)力的方向應(yīng)變發(fā)展，并且其應(yīng)變幅度很明顯；在大壩筑填完工以后，該應(yīng)變則隨時(shí)間推移均向壓應(yīng)變方向略微變化，不過變化幅度降低很快，此間的庫水位對這種變化影響不明顯，截至檢測截止日，應(yīng)變過程己逐漸趨于穩(wěn)定。從數(shù)字資料上看，▽2609.05上、下游各側(cè)的sx01和sx02，▽2599.05的上游一側(cè)的sx05，▽2594.5的下游側(cè)sx08，相對來看，應(yīng)力變化較為明顯。對0+220.00m檢測斷面的監(jiān)測成果揭示：除了▽2563的sx14有拉應(yīng)變的微小變化外，其它都是壓應(yīng)力應(yīng)變，其中sx15和sx25自監(jiān)測開始至今，基本上沒有變化。此部分其余心墻，施工期間，心墻的應(yīng)變狀態(tài)主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應(yīng)力的方向應(yīng)變發(fā)展，并且其應(yīng)變幅度很明顯；在大壩筑填完工以后，該應(yīng)變則隨時(shí)間推移均向壓應(yīng)變方向略微變化，而且應(yīng)變主要發(fā)生在蓄水初期，呈上游側(cè)壓應(yīng)變小于下游側(cè)壓應(yīng)變的規(guī)律，這有可能是因?yàn)樗畨旱膹澗刈饔昧λ鶎?dǎo)致。截至檢測截止日，此處上游側(cè)的應(yīng)變過程己逐漸趨于穩(wěn)定，下游側(cè)的壓應(yīng)變?nèi)赃€隨著時(shí)間的推移有增加趨勢，不過增加的幅度較小。對0+322.00m檢測斷面的監(jiān)測成果揭示：在施工期，施工期間，心墻的應(yīng)變狀態(tài)主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應(yīng)力的方向應(yīng)變發(fā)展，并且其應(yīng)變幅度很明顯。在大壩筑填完工以后，該應(yīng)變則隨時(shí)間推移均向壓應(yīng)變方向變化，不過變化幅度不大。

結(jié)論：

瀝青混凝土心墻應(yīng)力應(yīng)變呈現(xiàn)壓應(yīng)變多拉應(yīng)變少的規(guī)律，而且應(yīng)變具有隨時(shí)間推移而緩慢増大的趨勢，但其増幅始終較小，而且這個(gè)過程中水庫水位產(chǎn)生的影響一直較小。0+220壩位斷面為最深河床部位，測量結(jié)果反映，該處瀝青混凝土心墻應(yīng)變，其上游側(cè)小于下游側(cè)。大壩施建到蓄水過程中出現(xiàn)下游側(cè)的應(yīng)變較大，意味針對瀝青混凝土心墻，水壓彎矩作用仍然存在，其領(lǐng)受水壓彎矩作用與一般大壩的彎矩受力變化規(guī)律相符合。

參考資料：

[1] 張克.瀝青混凝土心墻堆石壩的實(shí)踐與發(fā)展[J].東北水利水電，2011（12）.

[2] 王為標(biāo).土石壩瀝青混凝土防滲技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2004（6）.

[3] 魯超.瀝青混凝土心墻模型水力劈裂的試驗(yàn)研究[D].西安理工大學(xué)，2010.

[4] 韋伯文.瀝青混凝土心墻試驗(yàn)分析及施工質(zhì)量拉制[D].西安理工大學(xué)，2009.