深厚覆蓋層防滲墻安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

柳 瑩，李 江，賈洪全，楊玉生，3

（1．新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆烏魯木齊 830000；2．新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000；3．中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048）

1 研究背景

深埋于覆蓋層內(nèi)的防滲墻屬于隱蔽工程，對(duì)其進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，是判定防滲墻施工質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)的必要手段[1-2]。監(jiān)測(cè)成果對(duì)防滲墻質(zhì)量鑒定和運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)具有重要的實(shí)際意義。

目前，國(guó)內(nèi)深厚覆蓋層內(nèi)建成的深、超深防滲墻工程在撓度變形、應(yīng)力應(yīng)變、滲透壓力和土壓力等開(kāi)展了不同程度的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)實(shí)施前通過(guò)相關(guān)軟件模擬計(jì)算分析墻體材料和形狀、施工順序和連接方式等對(duì)運(yùn)行期防滲墻性態(tài)的影響，有助于指導(dǎo)優(yōu)化防滲墻設(shè)計(jì)和施工[3]。監(jiān)測(cè)實(shí)施前通過(guò)相關(guān)軟件模擬計(jì)算分析墻體材料和形狀、施工順序和連接方式等對(duì)運(yùn)行期防滲墻性態(tài)的影響，有助于指導(dǎo)優(yōu)化前期防滲墻設(shè)計(jì)和施工。酈能惠等[4]采用雙屈服面彈塑性模型分析各種不利因素對(duì)防滲墻應(yīng)力變形的影響規(guī)律并提出了工程建議。Liu等[5]通過(guò)數(shù)值模擬分析論證了選擇低彈模高強(qiáng)度混凝土、優(yōu)化防滲墻與壩體心墻連接方式可有效降低墻體的壓應(yīng)力和變形。20世紀(jì)以來(lái)，深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)儀器選型、儀器布設(shè)安裝技術(shù)及保護(hù)、監(jiān)測(cè)結(jié)果分析等發(fā)展迅速，西藏旁多水庫(kù)在防滲墻滲壓計(jì)安裝中研發(fā)了深槽柔性彈簧桿法，保證了滲壓計(jì)的成活率[6]。監(jiān)測(cè)儀器安裝技術(shù)和工藝的發(fā)展提高了儀器成活率和監(jiān)測(cè)效果，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的防滲墻運(yùn)行狀態(tài)也更真實(shí)、準(zhǔn)確。瀑布溝水電站[7]壩基防滲墻施工期應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明，墻體變形與覆蓋層沉降不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的負(fù)摩阻力是影響其應(yīng)力應(yīng)變的主要因素。新疆大河沿[8]水庫(kù)壩基186 m超深防滲墻施工期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，墻體應(yīng)力變形、滲流、土壓力的變化均在合理范圍內(nèi)，防滲墻運(yùn)行狀況良好。監(jiān)測(cè)結(jié)果分析能判定和評(píng)價(jià)防滲墻實(shí)際工作性態(tài)和破壞與否，同時(shí)校核前期數(shù)值模擬的合理性和準(zhǔn)確性。

我國(guó)在深厚覆蓋層內(nèi)已建深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)上均取得了較好的成果，顯現(xiàn)出監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的可行性和必要性。然而，深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)受深厚覆蓋層結(jié)構(gòu)的多元性、墻體施工和受力的復(fù)雜性等限制，仍存在一定不足。總結(jié)深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)細(xì)節(jié)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析成果并提出對(duì)策建議，以期為后續(xù)深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)結(jié)果分析和工作性態(tài)評(píng)價(jià)等技術(shù)的改進(jìn)提供參考。

2 國(guó)內(nèi)深厚覆蓋層防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展

我國(guó)防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)最早應(yīng)用于1958年建設(shè)的密云水庫(kù)，而后防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)備受關(guān)注并持續(xù)發(fā)展[9]。2001年建成的小浪底壩基防滲墻最大墻深81．9 m，僅設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其土壓力計(jì)采用水壓法布設(shè)，應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、傾角計(jì)采用角鋼架法布設(shè)，儀器成活率高達(dá)100%[10]。2009年建成的仁宗海壩基防滲墻深80．5 m，設(shè)計(jì)3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，并布設(shè)固定式測(cè)斜儀、鉆孔滲壓計(jì)、單向應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果分析得出壩體填筑影響墻體撓度變形，豎向荷載及墻側(cè)摩阻力嚴(yán)重影響墻體應(yīng)變空間分布[11]。2016年建成西藏旁多水庫(kù)壩基防滲墻（最大墻深158 m）墻深已突破150m級(jí)，針對(duì)常規(guī)安裝方法無(wú)法適用其壩基全素混凝土超深防滲墻的特殊情況，采用自主研發(fā)的固定鋼架法埋設(shè)應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)，柔性彈簧桿法安裝滲壓計(jì)，成功減少超深防滲墻監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)施工難度，確保了監(jiān)測(cè)儀器的精確定位、成活率和監(jiān)測(cè)效果，監(jiān)測(cè)資料準(zhǔn)確反映了防滲墻工作性態(tài)與壩體填筑、庫(kù)水位的關(guān)系[6]。新疆深厚覆蓋層壩基防滲墻發(fā)展主要?dú)v經(jīng)了3個(gè)階段：1990年代初期防滲墻深度在50 m以?xún)?nèi)；21世紀(jì)初探索防滲墻＋帷幕灌漿的防滲處理形式，防滲墻深度突破100 m級(jí)；2010年以來(lái)深厚覆蓋層防滲墻深度向200 m級(jí)發(fā)展。隨著深厚覆蓋層壩基防滲墻處理深度的增加，防滲墻監(jiān)測(cè)的重要性和必要性不言而喻。2010年建成的下坂地水庫(kù)壩基防滲墻布設(shè)了固定式測(cè)斜儀、雙向應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)和滲壓計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出防滲墻撓度變形較小，應(yīng)力應(yīng)變分布及變化與壩體填筑和蓄水有關(guān)，防滲效果良好[12]。2019年建成的阿爾塔什水庫(kù)壩基防滲墻在3個(gè)斷面上埋設(shè)單、雙向應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)，蓄水前5支應(yīng)變計(jì)損壞，成活率僅有64．3%；監(jiān)測(cè)結(jié)果表明墻體混凝土大都處于受壓狀態(tài)[13]。在建的大河沿水庫(kù)壩基186 m超深防滲墻埋設(shè)了測(cè)斜儀、應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、滲壓計(jì)和土壓力計(jì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在施工期防滲墻呈現(xiàn)兩端受壓、中間受拉狀態(tài)[8]。國(guó)內(nèi)部分已建深厚覆蓋層深、超深防滲墻工程監(jiān)測(cè)儀器選型及布置情況見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)部分已建深厚覆蓋層壩基深、超深防滲墻工程監(jiān)測(cè)儀器選型及布置情況統(tǒng)計(jì)表

綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)深厚覆蓋層防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器種類(lèi)越來(lái)越多、質(zhì)量越來(lái)越精良、適用性越來(lái)越廣，監(jiān)測(cè)精度越來(lái)越高，信息處理越來(lái)越高效準(zhǔn)確的發(fā)展態(tài)勢(shì)。當(dāng)然，深厚覆蓋層壩基超深防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)仍在不斷探索，相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善。

3 深厚覆蓋層防滲墻安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

防滲墻成型后，在大壩填筑期和蓄水運(yùn)行期的適應(yīng)性和運(yùn)行性狀直接關(guān)乎壩基防滲效果和運(yùn)行安全穩(wěn)定，這就需要通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判定和評(píng)價(jià)防滲墻的實(shí)際形狀。

3．1 規(guī)定針對(duì)性的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)原則防滲墻監(jiān)測(cè)目的就是通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判定和評(píng)定防滲墻運(yùn)行性態(tài)、施工質(zhì)量、防滲效果以及安全穩(wěn)定，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工的正確性，據(jù)以修正和完善設(shè)計(jì)方案[14]。防滲墻監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和儀器布設(shè)要目的明確、高效可靠、經(jīng)濟(jì)合理，便于及時(shí)檢驗(yàn)和后期檢修；（2）監(jiān)測(cè)儀器選型要因地制宜，儀器設(shè)備精確可靠、性能穩(wěn)定、耐久防潮，儀器安裝前嚴(yán)格校正率定；（3）重要監(jiān)測(cè)斷面同一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目盡量采用多種監(jiān)測(cè)手段，便于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性、準(zhǔn)確性的校核和補(bǔ)充；（4）根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程的實(shí)際情況，盡量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，提高觀(guān)測(cè)精度，簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理和資料分析，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)成果參考作用，及時(shí)反饋可靠信息作為決策依據(jù)。

3．2 選擇合理的監(jiān)測(cè)儀器類(lèi)型防滲墻監(jiān)測(cè)儀器包括單雙向應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、固定式或活動(dòng)式測(cè)斜儀、土壓力計(jì)、滲壓計(jì)等，從結(jié)構(gòu)原理上分差動(dòng)電阻式和振弦式兩種。差動(dòng)電阻式儀器的耐久性和穩(wěn)定性好，儀器本身可監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度；儀器布設(shè)工藝成熟，成活率可達(dá) 94．8%～98．0%以上；振弦式儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)值精準(zhǔn)且受外界干擾較小，自動(dòng)化和智能化程度高，適用于遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)用比較廣泛。監(jiān)測(cè)儀器選型時(shí)要根據(jù)其適用性、經(jīng)濟(jì)性和精度要求等綜合選擇，盡量采用智能化和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備，以節(jié)約后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的人力物力。當(dāng)前，大中型工程基本趨向于采用振弦式監(jiān)測(cè)儀器。當(dāng)工程地處高寒、高震區(qū)，且防滲墻深度較大時(shí)，一般選擇應(yīng)用廣泛且性能穩(wěn)定的 “BGK（北京基康公司）”和 “Sinco（美國(guó)新科公司）”監(jiān)測(cè)儀器，西藏旁多水庫(kù)壩基超深防滲墻監(jiān)測(cè)即是如此[9]。

3．3 制定可行的監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)注意事項(xiàng)防滲墻監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)具有典型性、代表性，一般包括最大壩高斷面或最大墻深斷面。其次，土層性質(zhì)變化較大和地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域也應(yīng)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)斷面；監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)斷面豎直方向應(yīng)均勻劃分，在界面尺寸變化、地層條件復(fù)雜部位應(yīng)加密觀(guān)測(cè)點(diǎn)。

無(wú)應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)分別布設(shè)于防滲墻中心和兩側(cè)，應(yīng)變計(jì)外側(cè)預(yù)留約10 cm的保護(hù)層。二者應(yīng)等距對(duì)正布置，高程保持一致，一般采用垂直吊裝法或沉重塊法布設(shè)，無(wú)應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)的豎向布設(shè)間隔，墻深小于70 m（深墻）時(shí)約為10 m，墻深大于70 m（超深墻）時(shí)為20～30 m；在墻體材料、截面和覆蓋層結(jié)構(gòu)變化處應(yīng)適當(dāng)加密觀(guān)測(cè)點(diǎn)，以保證防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。采用沉重塊法時(shí)，在儀器埋設(shè)2 d前，應(yīng)按防滲墻混凝土配合比預(yù)制無(wú)應(yīng)力計(jì)，安裝用尼龍繩預(yù)先浸水1 d后和鋼絲進(jìn)行適當(dāng)預(yù)拉，以消除塑性變形；沉重塊下放過(guò)程中保持水平，在儀器埋設(shè)后應(yīng)懸浮在槽底，以使吊繩受力呈鉛直狀態(tài)；應(yīng)變計(jì)設(shè)置保護(hù)框，與無(wú)應(yīng)力計(jì)保持同步下放，儀器電纜端朝下并綁扎在鋼絲上[15]。土壓力計(jì)一般采用掛布法將其布設(shè)于防滲墻頂部和底部上、下游側(cè)的覆蓋層中，并根據(jù)實(shí)際情況在不同高程處和覆蓋層結(jié)構(gòu)顯著變化處增加觀(guān)測(cè)點(diǎn)，以確定不同高程、層次的土壓力對(duì)防滲墻的影響程度。

防滲墻水平位移監(jiān)測(cè)普遍采用固定式或活動(dòng)式測(cè)傾儀，測(cè)斜管安裝在防滲墻中心線(xiàn)底部、地形地質(zhì)突變和受力較復(fù)雜部位。采用鉆孔或起拔鋼管形成預(yù)留孔，下設(shè)測(cè)斜管；因超深防滲墻鉆孔垂直度難以控制，故起拔鋼管預(yù)留孔法應(yīng)用較為普遍。深、超深防滲墻測(cè)斜管內(nèi)測(cè)斜儀豎向布設(shè)間隔為10～20 m。

滲壓計(jì)布設(shè)于防滲墻上下游外側(cè)的覆蓋層中，豎向上保持等距對(duì)稱(chēng)，間隔為20～40 m。校驗(yàn)合格的滲壓計(jì)在埋設(shè)前應(yīng)用清水將其浸泡，使其處于飽水狀態(tài)，一般用土工膜包裹，與應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)同步安裝，導(dǎo)管和滲壓計(jì)同步下放，安裝中應(yīng)在固定時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn)，確保儀器完好。

鋼筋計(jì)只適用防滲墻頂部設(shè)置鋼筋籠和鋼筋混凝土防滲墻的監(jiān)測(cè)，儀器對(duì)稱(chēng)布設(shè)于防滲墻頂部上下游側(cè)，沿橫河向依次展布；特別是對(duì)于超深防滲墻，覆蓋層沉降與墻體變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的拖拽力和壩體自重荷載作用，將導(dǎo)致防滲墻頂部應(yīng)力變形較大，因此設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在墻體頂部設(shè)置5～10 m深的鋼筋籠，用以改善防滲墻頂部應(yīng)力變形和增加與上部壩體心墻連接的穩(wěn)固性[16]。鋼筋計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果能精確反應(yīng)鋼筋籠設(shè)置對(duì)防滲墻頂部應(yīng)力變形的改善效果，從而論證鋼筋籠設(shè)置的可行性。

3．4 提出適合的防滲墻槽孔穩(wěn)定性和平直度要求防滲墻槽孔穩(wěn)定性和平直度嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)儀器的布設(shè)效率、質(zhì)量和成活率等，特別是超深防滲墻，槽孔穩(wěn)定性、平直度和孔斜率控制難度極大但又極其重要。造孔成槽時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)墻穩(wěn)定性和導(dǎo)墻位置準(zhǔn)確性，合理劃分槽段，選用配套的造孔機(jī)械設(shè)備，通過(guò)先導(dǎo)試驗(yàn)確定施工參數(shù)和提出孔斜控制要求，調(diào)配性能優(yōu)異的固壁泥漿，采用有利于槽壁穩(wěn)定、高效的清孔工藝，從而保證了槽壁穩(wěn)定性、平直度。大河沿水庫(kù)壩基超深防滲墻工程槽孔造孔施工時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格把關(guān)導(dǎo)墻軸線(xiàn)偏位、孔斜率量測(cè)糾偏等措施，將槽孔斜率控制在1‰以?xún)?nèi)，并采用新型MMH正電膠、優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)鈣基膨潤(rùn)土、燒堿、純堿等復(fù)合泥漿護(hù)壁，成功確保了槽孔穩(wěn)定性和平直度，為后續(xù)監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)創(chuàng)造了有利條件[17]。

3．5 做好監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)的設(shè)計(jì)和施工防滲墻監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)常用方法有：吊索法、掛布法、推頂法、套管法、鉆孔法、預(yù)埋導(dǎo)管法、加壓法、沉重塊法、繩索法和鋼架固定法等。防滲墻監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)安裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查、率定和校核，包括力學(xué)特性、溫度特性、絕緣密封特性參數(shù)等，還應(yīng)檢查其配套和附屬器械的質(zhì)量[18]。設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)斷面位置和高程可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，應(yīng)盡量設(shè)置在兩根澆筑導(dǎo)管中間，澆筑導(dǎo)管下設(shè)時(shí)注意不要觸碰擾動(dòng)已安裝的監(jiān)測(cè)儀器，嚴(yán)格控制澆筑導(dǎo)管混凝土注入量，避免槽孔內(nèi)混凝土面產(chǎn)生高差而橫向流動(dòng)，使槽內(nèi)混凝土面均勻同步上升，保證儀器兩側(cè)混凝土的沖擊力和壓力均衡；當(dāng)設(shè)計(jì)斷面偏向于某一側(cè)或出現(xiàn)單根導(dǎo)管澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)降低混凝土澆筑速率和提高儀器固定裝置剛度，減少混凝土的沖擊力和壓力對(duì)儀器的干擾，提高監(jiān)測(cè)儀器的成活率和質(zhì)量。監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算儀器前期率定校正時(shí)間與槽孔開(kāi)挖、清孔驗(yàn)收等工序的時(shí)間間隔，確保各工序有序銜接。在監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)前后和墻體混凝土澆筑后對(duì)其進(jìn)行全面測(cè)讀，確保監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行正常。監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)主要控制儀器性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和位置準(zhǔn)確穩(wěn)固，從而保證監(jiān)測(cè)儀器的成活率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3．6 開(kāi)展全面的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析目前，深厚覆蓋層內(nèi)深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但監(jiān)測(cè)結(jié)果分析基本均采用常規(guī)分析方法，并且缺少根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析建立的河谷形狀、覆蓋層特性、防滲墻材料特性和深度、施工順序、壩體自重、擋水水頭等因素對(duì)防滲墻應(yīng)力和變形的影響規(guī)律及程度的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于超深防滲墻，還存在以下突出問(wèn)題：（1）工作水頭較大。防滲墻迎水面和背水面深層長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，背水面淺層長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài)；（2）混凝土濕度變形不均一。高壓水頭作用下，水分沿著防滲墻上游面向下游面遷移，形成一定的滲流水力梯度，不同深度墻體內(nèi)部濕度分布嚴(yán)重失衡；（3）超深防滲墻和深厚覆蓋層之間的變形協(xié)調(diào)性。防滲墻剛度相比于覆蓋層較大，深厚覆蓋層較大沉降帶給墻體的側(cè)摩阻力、超深防滲墻的自重和高水頭的水壓力作用將導(dǎo)致墻體產(chǎn)生較大應(yīng)力和變形。這些突出問(wèn)題對(duì)防滲墻應(yīng)力變形及工作性狀的影響急需通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)解析，同時(shí)也加大了監(jiān)測(cè)實(shí)施和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的難度。超深防滲墻監(jiān)測(cè)結(jié)果分析大都停留在常規(guī)二維分析層面，應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用三維、復(fù)雜數(shù)學(xué)模型分析研究，讓監(jiān)測(cè)結(jié)果更直觀(guān)、更準(zhǔn)確反應(yīng)出各因素對(duì)防滲墻的影響規(guī)律和防滲墻的運(yùn)行性狀變化；同時(shí)加強(qiáng)與深防滲墻監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比綜合分析，建立不同時(shí)期、不同條件下深、超深防滲墻應(yīng)力變形和運(yùn)行性狀變化的數(shù)據(jù)庫(kù)，以校核前期數(shù)值模擬計(jì)算分析并指導(dǎo)后期類(lèi)似防滲墻工程建設(shè)。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

4．1 下坂地水庫(kù)工程下坂地水庫(kù)壩基防滲墻設(shè)計(jì)了 0＋160．0 m、0＋221．0 m和0＋294．0 m 3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在3個(gè)斷面沿高程方向共布設(shè)了21套固定式測(cè)傾儀（見(jiàn)圖1），頂部位置共布設(shè)3支無(wú)應(yīng)力計(jì)，在3個(gè)斷面防滲墻上下游側(cè)共布設(shè)40支應(yīng)變計(jì)和36支滲壓計(jì)（見(jiàn)圖2）。

圖1 防滲墻固定式測(cè)傾儀布置圖

圖2 0＋221 m斷面滲壓計(jì)布置圖

撓度變形監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖3）表明：水庫(kù)未蓄水之前（2010年1月5日），河床段（0＋221）防滲墻底部1/3范圍向上游變形，中部以上2/3范圍向下游變形；兩岸壩肩附近防滲墻除0＋160．0 m斷面底部11 m范圍向下游變形外，其余部分均向上游變形，整體上表現(xiàn)為中間受拉、兩側(cè)受壓狀態(tài)。水庫(kù)蓄水后，因?yàn)榉罎B墻在承受壩體自重影響的同時(shí)，還需承受較大的水壓力，所以防滲墻3個(gè)斷面的撓度變形均有不同程度的增加，中間斷面向下游變形量明顯大于兩側(cè)斷面向上游變形量，中間0＋221．0 m斷面中上部最大變形約5 mm。由此可見(jiàn)，防滲墻變形量較小，發(fā)生撓曲變形破壞可能性不大，運(yùn)行狀態(tài)良好。

圖3 下坂地水庫(kù)壩基防滲墻0＋160 m、0＋221 m、0＋294 m斷面撓曲變形分布圖

滲壓計(jì)水位監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖4—圖5）表明：防滲墻上游滲壓計(jì)的滲壓水頭隨庫(kù)水位的漲落而升降，下游滲壓計(jì)水位在蓄水2年內(nèi)有小幅上升，滲壓計(jì)最大水位漲幅約為上游水頭的1/6（上游水位最大變幅約50 m），而后滲壓計(jì)水位基本趨于穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，防滲墻防滲效果良好。其防滲效果也得到了前人的證實(shí)。

圖4 防滲墻0＋160 m斷面滲壓計(jì)水位過(guò)程線(xiàn)

圖5 防滲墻0＋221 m斷面滲壓計(jì)水位過(guò)程線(xiàn)

4．2 阿爾塔什水利樞紐工程本工程壩基防滲墻設(shè)置防0＋185 m和防0＋230 m監(jiān)測(cè)斷面，防0＋185 m斷面，在高程1635．0 m、1610．0 m和1585．0 m防滲墻軸線(xiàn)和上下游10 cm處分別埋設(shè)無(wú)應(yīng)力計(jì)和單向應(yīng)變計(jì)，防0＋230 m斷面在高程1635．0 m和1610．0 m埋設(shè)相同的監(jiān)測(cè)儀器。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖6）可知：防滲墻澆筑成型后，墻體溫度大約由45℃急劇下降到15℃，應(yīng)變計(jì)F-S1-1、F-S1-2（防0＋160．0斷面、高程1595 m、防滲墻上下游側(cè)）和無(wú)應(yīng)力計(jì) F-N01（防滲墻軸線(xiàn)）的綜合應(yīng)變由拉應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)變，且壓縮變形量急劇增大約500με。墻體溫度趨于穩(wěn)定后，應(yīng)變計(jì)F-S1-1、F-S1-2和無(wú)應(yīng)力計(jì)F-N01的綜合應(yīng)變壓縮變形增加趨勢(shì)明顯減緩，因?yàn)榇藭r(shí)墻體應(yīng)變變化僅受混凝土濕度、徐變和自身體積變形的影響。綜合應(yīng)變變化過(guò)程符合混凝土應(yīng)變變化的一般規(guī)律，防滲墻運(yùn)行狀態(tài)良好。

圖6 應(yīng)變計(jì)F-S1組與無(wú)應(yīng)力計(jì)F-N01綜合應(yīng)變變化過(guò)程線(xiàn)

4．3 三十八團(tuán)石門(mén)水庫(kù)工程三十八團(tuán)石門(mén)水庫(kù)壩基防滲采用混凝土防滲墻結(jié)合帷幕灌漿形式，防滲墻最大深度111 m，墻厚1 m。防滲墻監(jiān)測(cè)設(shè)置壩0＋250 m和壩0＋300 m斷面，壩0＋250 m斷面沿高程布設(shè)6支應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)，壩0＋300 m斷面沿高程布設(shè)8支應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)（見(jiàn)圖7），同時(shí)布置固定式測(cè)斜儀（見(jiàn)圖8），防滲墻頂部上下游側(cè)布置滲壓計(jì)，0＋145 m、0＋220 m、0＋300 m斷面各布設(shè)3支土壓力計(jì)（見(jiàn)圖9）。

圖7 防滲墻應(yīng)力應(yīng)變計(jì)與無(wú)應(yīng)力計(jì)布置圖

圖8 防滲墻固定式測(cè)傾儀布置圖

圖9 大壩主斷面壩基滲壓計(jì)和土壓力計(jì)布置圖

根據(jù)滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖10—圖12）可知，防滲墻頂部上游滲壓計(jì)的滲透水位基本與庫(kù)水位保持同步變化，滲透水位上升了62．297～62．104 m。而防滲墻頂部下游滲壓計(jì)的滲透水位隨庫(kù)水位的上升僅發(fā)生微弱變化。根據(jù)土壓力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖13—圖14）可知，水庫(kù)蓄水前，壩0＋220 m和壩0＋300 m斷面防滲墻頂部上、下游的土壓力均有所增加，且覆蓋層越厚，土壓力增幅越大，最大增幅分別約為0．4 MPa和0．7 MPa；水庫(kù)蓄水后，隨著庫(kù)水位的上升，壩0＋220 m和壩0＋300 m斷面防滲墻頂部上游的土壓力總體上繼續(xù)增加，下游土壓力有所減小或維持穩(wěn)定。因?yàn)楦采w層越厚，可能的沉降變形量越大，當(dāng)水庫(kù)蓄水后，壩體上游壩料的容重增加，使得覆蓋層進(jìn)一步發(fā)生沉降。故而蓄水前防滲墻頂部上、下游的土壓力均有所增加，蓄水后僅上游的土壓力增加。

圖10 防滲墻頂部P01、P02滲壓計(jì)滲透水位變化過(guò)程線(xiàn)

圖11 防滲墻頂部P09、P10滲壓計(jì)滲透水位變化過(guò)程線(xiàn)

圖12 防滲墻頂部P17、P18滲壓計(jì)滲透水位變化過(guò)程線(xiàn)

圖13 壩0＋220 m斷面防滲墻頂部土壓力變化過(guò)程線(xiàn)

圖14 壩0＋300 m斷面防滲墻頂部土壓力變化過(guò)程線(xiàn)

監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明，壩體心墻和壩基防滲墻對(duì)滲流的削減效果明顯，防滲墻頂部最大土壓力在0．8 MPa以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足允許要求。防滲墻運(yùn)行正常，防滲效果良好。

5 結(jié)論

本文研究得到如下主要結(jié)論：

（1）總結(jié)了我國(guó)防滲墻安全監(jiān)測(cè)的發(fā)展特點(diǎn)，具體為：20世紀(jì)50年代末我國(guó)開(kāi)始了對(duì)防滲墻的監(jiān)測(cè)工作，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)測(cè)儀器的種類(lèi)逐漸增多，監(jiān)測(cè)精度和質(zhì)量水平越來(lái)越高，檢測(cè)方法也日益完善。特別是近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)深厚覆蓋層壩基深、超深防滲墻建設(shè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展均取得了較好的成果，呈現(xiàn)儀器種類(lèi)多、質(zhì)量精良、適用性廣，監(jiān)測(cè)精度高，信息處理高效準(zhǔn)確的態(tài)勢(shì)。然而，深、超深防滲墻監(jiān)測(cè)受深厚覆蓋層結(jié)構(gòu)的多元性、墻體施工和受力的復(fù)雜性等限制，仍存在一定不足，對(duì)于百米級(jí)、尤其是200 m級(jí)深度的防滲墻受力及變形特性目前研究尚嫌不足。

（2）深厚覆蓋層壩基防滲墻安全監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)有：規(guī)定針對(duì)性的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)原則、選擇合理的監(jiān)測(cè)儀器類(lèi)型、制定可行的監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)注意事項(xiàng)、提出適合的防滲墻槽孔穩(wěn)定性和平直度要求、做好監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)的設(shè)計(jì)和施工、開(kāi)展全面的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析6個(gè)方面。在防滲墻安全監(jiān)測(cè)中，只有把握住這6個(gè)方面的每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能提高監(jiān)測(cè)儀器成活率和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度，更直觀(guān)準(zhǔn)確反應(yīng)各因素對(duì)防滲墻的影響規(guī)律和防滲墻的運(yùn)行性狀變化。

（3）通過(guò)應(yīng)用實(shí)例分析，驗(yàn)證了防滲墻安全監(jiān)測(cè)的作用和特點(diǎn)。例如：下坂地水利樞紐工程防滲墻監(jiān)測(cè)最大變形約5 mm，防滲墻上游滲壓計(jì)最大水位漲幅約為上游水頭的1/6，說(shuō)明防滲墻變形量較小，防滲效果良好，防滲墻運(yùn)行狀態(tài)良好。阿爾塔什水庫(kù)壩基防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，墻體受力變化符合一般規(guī)律，防滲墻運(yùn)行正常。三十八團(tuán)石門(mén)水庫(kù)壩基防滲墻頂部上下游滲透水位差值明顯，土壓力變化滿(mǎn)足要求，防滲墻運(yùn)行狀態(tài)良好，截滲效果明顯。