豐滿大壩重建施工期老壩運(yùn)行性態(tài)分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠，吉林吉林，132108）

豐滿大壩重建施工期老壩運(yùn)行性態(tài)分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠，吉林吉林，132108）

對豐滿大壩重建工程進(jìn)行了簡介，并對豐滿大壩重建施工期老壩運(yùn)行性態(tài)進(jìn)行了分析，供參考。

豐滿大壩重建；施工期；老壩；運(yùn)行性態(tài)分析

1 工程概況

豐滿水電站全面治理（重建）工程是以恢復(fù)電站原任務(wù)和功能為目標(biāo)，在原豐滿大壩下游120 m處新建大壩，治理工程實(shí)施后不改變水庫主要特征水位，不新增庫區(qū)征地和移民。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、城市及工業(yè)用水、養(yǎng)殖和旅游等綜合作用，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。新建電站安裝6臺200 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，保留原三期電站2臺140 MW的機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)1 480 MW，多年平均發(fā)電量17.09億kW·h。樞紐工程由碾壓混凝土重力壩、溢流壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、壩后式廠房、GIS開關(guān)站及利用原三期電站組成。

為監(jiān)測豐滿老壩在重建工程施工期的變化情況，確保施工過程中老壩安全、穩(wěn)定運(yùn)行，通過在原監(jiān)測頻次基礎(chǔ)上實(shí)行加密監(jiān)測、特種作業(yè)施工過程中進(jìn)行專項(xiàng)監(jiān)測等方式，為施工過程提供強(qiáng)有力的監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐。2014年7月開始新壩的基礎(chǔ)開挖工作，豐滿發(fā)電廠隨后開始進(jìn)行老壩的加密監(jiān)測工作。

2 老壩加密監(jiān)測項(xiàng)目簡介

2.1 壩頂激光水平和垂直位移監(jiān)測

壩頂激光水平和垂直位移監(jiān)測布置在壩頂電纜廊道內(nèi)，長1 000 m，共52個(gè)測點(diǎn)，觀測端點(diǎn)分別設(shè)在0號及56號壩段，兩端點(diǎn)分別設(shè)有倒垂與雙金屬標(biāo)來觀測端點(diǎn)位移。該系統(tǒng)可同時(shí)觀測水平位移與垂直位移。

2.2 壩基縱向揚(yáng)壓力監(jiān)測

壩基縱向揚(yáng)壓力監(jiān)測布置在3～54號壩段，共計(jì)64個(gè)孔，全部采用GK-4500S振弦式滲壓計(jì)進(jìn)行觀測。

2.3 壩基橫向揚(yáng)壓力監(jiān)測

壩基橫向揚(yáng)壓力監(jiān)測布置在8、14、16、26、27、32、34、35、36、38、43、44、47、54號壩段橫向測壓斷面，共計(jì)59個(gè)孔，全部采用GK-4500S振弦式滲壓計(jì)進(jìn)行觀測。

2.4 壩基滲漏量監(jiān)測

壩基滲漏量監(jiān)測共布置110個(gè)測點(diǎn)，采用自動(dòng)化方式對壩基排水孔的單孔滲漏量進(jìn)行監(jiān)測。

3 統(tǒng)計(jì)模型的選取

影響大壩監(jiān)測量的主要因素是氣溫、水位、時(shí)效。統(tǒng)計(jì)方程如下：

σ=σH+σT+σθ

其中：σH為庫水位變化引起的位移；σT為壩體溫度變化引起的位移；σθ為時(shí)效變形。

3.1 水位分量

重力壩上任一監(jiān)測點(diǎn)由靜水壓力引起的水平位移σH與水深H、H2、H3、H4呈線形關(guān)系，即：

其中：H=(h-200)，h為上游水位。

3.2 溫度分量

分析中采用監(jiān)測班樓頂小型自動(dòng)氣象站監(jiān)測的氣溫為溫度因子，氣溫只是水平位移的間接影響因素，對混凝土內(nèi)部影響有滯后，選擇監(jiān)測前7 d、15 d、30 d、60 d、90 d和120 d的平均氣溫，同時(shí)考慮氣溫的周期變化。故：

其中：τ=2πt/365；Ti為監(jiān)測前i天的平均氣溫。

3.3 時(shí)效分量

時(shí)效變形與時(shí)間呈曲線關(guān)系，故選取t、ekt、ln(t)為時(shí)效因子。

其中：t為監(jiān)測日期距首次監(jiān)測日期的累積天數(shù)。

4 老壩運(yùn)行性態(tài)分析評價(jià)

4.1 壩頂激光水平位移分析

烘焙種籽衣提取液總還原力測定結(jié)果如圖 3所示。烘焙后種籽衣總還原能力不如未烘焙種籽衣，不同烘焙時(shí)間條件呈現(xiàn)不同程度的降低。帶殼烘焙過程中還原力逐漸減弱，未烘焙種籽衣提取液為 4.51 mmol/L（以FeSO4為當(dāng)量，下同），帶殼烘焙40 min時(shí)為2.32 mmol/L；不帶殼烘焙過程中總還原力在20 min和40 min時(shí)有較大幅度的上升，其中20 min時(shí)為3.74 mmol/L，40 min時(shí)為3.69 mmol/L。

（1）激光水平位移的測值隨庫水位變化而變化（見圖1），庫水位上升，監(jiān)測值增大（壩體向下游位移），庫水位下降，監(jiān)測值減?。▔误w向上游位移），測值的變化稍滯后于水位，每年都有相同的變化規(guī)律。

（2）激光水平位移測值分布見圖2，監(jiān)測日期為2015年12月、2014年12月、2013年12月和2011年12月。由分布圖可看出：2015年12月分布曲線介于其他曲線之間，2015年測值沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

（3）從壩頂激光水平位移2005年、2010年、2015年變幅成果可看出：2005年壩頂激光水平位移變化幅度為0.46～11.17 mm，2010年壩頂激光水平位移變化幅度為1.97～14.01 mm，2015年壩頂激光水平位移變化幅度為0.37～10.34mm，河床部分壩段較兩岸邊坡壩段的變幅大，符合混凝土重力壩水平位移變化規(guī)律。

（4）由壩頂激光水平位移回歸結(jié)果過程線（圖3）可看出：計(jì)算值與實(shí)測值擬合較好，這說明監(jiān)測值能夠較好地反映出大壩水平位移測值的變化規(guī)律。

（5）復(fù)相關(guān)系數(shù)R在0.924 3～0.997 3范圍變化，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S在0.152 4～0.532 9 mm變化，回歸效果較好。

圖1 28～35號壩段壩頂激光水平位移過程線Fig.1 Graph of horizontal displacement monitored by crest laser at monoliths No.28～35

圖2 壩頂激光水平位移分布圖Fig.2 Distribution of horizontal displacement monitored by crest laser

（6）2015年末，壩頂激光水平位移52個(gè)測點(diǎn)中26個(gè)測點(diǎn)具有0.08～3.55 mm向上游的時(shí)效變形、7個(gè)測點(diǎn)具有0.54～1.45 mm向下游的時(shí)效變形、19個(gè)測點(diǎn)的時(shí)效變形為0.00 mm。對時(shí)效較大的測點(diǎn)需引起注意，關(guān)注時(shí)效的量值及變化速率。

4.2 壩頂激光垂直位移分析

（1）從壩頂激光垂直位移與日平均氣溫過程線（圖4）可看出：垂直位移過程線基本上以年為周期約呈正弦曲線變化，與水庫水位和氣溫過程線相適應(yīng)，符合大壩垂直位移變化規(guī)律。

（3）統(tǒng)計(jì)出壩頂激光垂直位移2005年、2010年和2014年變幅成果，從變幅成果可看出：2005年壩頂激光垂直位移變化幅度為1.14～6.69 mm，2010年壩頂激光垂直位移變化幅度為1.72～6.42mm，2015年壩頂激光垂直位移變化幅度為1.36～5.74mm。溢流壩段（9～19壩段）的年變幅較其他壩段大，這是由于溢流壩段較其他壩段單薄，受氣溫影響較顯著的原因。

（4）由壩頂激光垂直位移回歸結(jié)果過程線（圖6）可以看出，計(jì)算值與實(shí)測值擬合較好，這說明監(jiān)測值能夠較好地反映出大壩垂直位移測值的變化規(guī)律。

圖3 14壩段壩頂激光水平位移逐步回歸結(jié)果過程線Fig.3 Stepwise regression result of horizontal displacement at monolith No.14 monitored by crest laser

圖4 28～35號壩段壩頂激光垂直位移過程線Fig.4 Graph of vertical displacement at monoliths No.28～35 monitored by crest laser

（5）復(fù)相關(guān)系數(shù)R在0.963 0～0.997 5范圍內(nèi)變化，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S在0.078 6～0.405 0 mm變化，逐步回歸效果比較好。

（6）2015年末，壩頂激光垂直位移52個(gè)測點(diǎn)中5個(gè)測點(diǎn)具有0.15～0.95 mm上抬時(shí)效變形，33個(gè)測點(diǎn)具有0.04～1.36 mm下沉?xí)r效變形，11個(gè)測點(diǎn)的時(shí)效變形為0.00 mm。對時(shí)效較大的測點(diǎn)需引起注意，關(guān)注時(shí)效的量值及變化速率。

4.3 壩基縱向揚(yáng)壓力分析

（1）縱向揚(yáng)壓水柱高與庫水位呈正相關(guān)，2014年10月22日以后測值普遍突降，這是由于大壩重建工程基礎(chǔ)開挖所致，隨著工程的進(jìn)展，水柱高測值有所回升。

（2）由于大壩重建工程基礎(chǔ)開挖影響，2015年12月24日與2014年10月22日縱向揚(yáng)壓孔內(nèi)水位測值比較，減小量大于10 m的孔共計(jì)4個(gè)，分別是17-3下降10.95 m、22-1下降10.93 m、25-3下降10.59 m、26-1下降10.71 m。17-3和41-3這2個(gè)孔的孔內(nèi)水位小于接縫高程，水柱高為負(fù)值，已干孔。

（3）下降比較大的縱向揚(yáng)壓單孔水柱高復(fù)相關(guān)系數(shù)在0.752 0～0.880 7之間，剩余標(biāo)準(zhǔn)差在1.325～2.484 m之間，時(shí)效在-4.25～-12.12 m之間。

4.4 壩基橫向揚(yáng)壓力分析

（1）橫向揚(yáng)壓單孔水面高程與庫水位呈正相關(guān)，2014年10月22日以后測值普遍突降，2015年12月24日與2014年10月22日橫向揚(yáng)壓孔內(nèi)水位測值比較，減小量比較大的孔共計(jì)3個(gè)，分別是26-2下降7.06 m、26-3下降6.85 m、27-6下降8.68 m。這是由于大壩重建工程基礎(chǔ)開挖所致，隨著工程的進(jìn)展，水面高程測值有所回升。

（2）8號、14號、16號、26號、27號、32號壩段的1號孔位于壩基防滲帷幕前，各孔的水面高程值未受到大壩重建工程基礎(chǔ)開挖的影響。

（3）下降比較大的橫向揚(yáng)壓單孔水柱高復(fù)相關(guān)系數(shù)在0.706 9～0.813 2之間，剩余標(biāo)準(zhǔn)差在1.582～1.731 m之間，時(shí)效在-7.08～-17.09 m之間。

4.5 壩基滲漏量分析

（1）2014年10月22日之前的壩基漏水量過程線隨著庫水位的變化而變化，即庫水位升高，壩基漏水量測值增大；庫水位下降，壩基漏水量測值減小。

圖6 14壩段壩頂激光垂直位移逐步回歸結(jié)果過程線Fig.6 Stepwise regression result of vertical displacement at monolith No.14 monitored by crest laser

圖7 18～24壩段壩基縱向揚(yáng)壓水柱高過程線Fig.7 Uplift pressure of monoliths No.18～24

圖8 26號和27號壩段壩基橫向揚(yáng)壓單孔水面高程過程線Fig.8 Uplift pressure of No.26 and 27 monoliths

圖9 壩基全壩滲漏量與庫水位過程線Fig.9 Graph of total seepage of dam foundation and reservoir water level

（2）2014年10月22日之后的壩基漏水量過程線明顯有下降的趨勢。2015年12月23日全壩壩基單孔總滲漏量測值相對2014年10月22日減小11.31 L/min，減小最大的是37號壩段2.79 L/min，其次是39號壩段減小1.80 L/min。這是由位于老壩下游的新壩進(jìn)行基礎(chǔ)開挖所致，是規(guī)律性的變化。

（3）壩基總漏水逐步回歸的計(jì)算值與實(shí)測值擬合較好，復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.9538、標(biāo)準(zhǔn)差S為2.572，逐步回歸效果較好。壩基總漏水具有減小19.93 L/min的時(shí)效。

5 結(jié)語

（1）老壩的壩頂激光水平位移和垂直位移在大壩重建施工期未發(fā)現(xiàn)異常。2015年末壩頂激光水平位移52個(gè)測點(diǎn)中，26個(gè)測點(diǎn)具有0.08～3.55 mm向上游的時(shí)效變形、7個(gè)測點(diǎn)具有0.54～1.45 mm向下游的時(shí)效變形；激光垂直位移52個(gè)測點(diǎn)中，5個(gè)測點(diǎn)具有0.15～0.95 mm上抬時(shí)效變形，33個(gè)測點(diǎn)具有0.04～1.36 mm下沉?xí)r效變形。對時(shí)效較大的測點(diǎn)需引起注意，關(guān)注時(shí)效的量值及變化速率。

（2）由于大壩重建工程基礎(chǔ)開挖影響，2014年 10月22日之后壩基揚(yáng)壓力和壩基漏水監(jiān)測值大幅度下降。這是由于大壩重建工程基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生泄壓效果所致，是規(guī)律性的變化。隨著新壩開始澆筑，壩基揚(yáng)壓和漏水測值有所回升。

通過對豐滿大壩重建施工期老壩運(yùn)行性態(tài)分析可知，大壩施工期老壩的監(jiān)測值未出現(xiàn)較大突變現(xiàn)象，狀態(tài)基本正常。 ■

[1]吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]李作光.豐滿老壩壩基揚(yáng)壓力和漏水發(fā)生變化報(bào)告[R].吉林:豐滿發(fā)電廠,2014.

[3]李作光.2015年豐滿大壩監(jiān)測資料整編分析報(bào)告[R].吉林:豐滿發(fā)電廠,2016.

[4]張峰.新疆某工程發(fā)電引水系統(tǒng)運(yùn)行性態(tài)分析評價(jià)[J].大壩與安全,2012(4):26-30.

作者郵箱：lzgtop@sina.com

Analysis on operation state of the original dam during reconstruction of Fengman dam

by LI Zuoguang
Fengman Hydropower Plant

In this paper,a brief introduction to the reconstruction project of Fengman dam was carried out,and the operation state of the original dam during reconstruction was analyzed,for reference.

reconstruction of Fengman dam;construction period;original dam;operation state analysis

TV698.1

B

1671-1092（2016）05-0041-05

2016-02-29；

2016-03-17

李作光（1966-），男，吉林樺甸人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)榇髩伟踩O(jiān)測。