某面板堆石坝坝体沉降观测资料分析

戴春华,石晓兰

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.东阳市横锦水库管理局,浙江 东阳 332100)

1 工程概况

某水库位于浙江东部沿海地区,是一座以供水、防洪为主,结合灌溉、发电等综合利用的Ⅱ等水利工程。水库集水面积40.01 km2,总库容3398万m3,水库正常蓄水位65.30m(国家85高程,下同),设计洪水标准为100 a一遇,相应洪水位为68.04 m,校核洪水标准为2000 a一遇,相应洪水位为70.00 m。大坝坝型为混凝土面板堆石坝,坝顶高程为70.00 m,防浪墙顶高程71.20 m,最大坝高49.00 m,坝顶宽6.9m,长420.0 m,大坝上、下游坡坡比分别为1∶1.4、1∶1.3, 在下游23.0,39.0,54.0 m高程处, 设置 3级3.0 m宽的马道。

工程枢纽建筑物由大坝、泄水建筑物、发电引水建筑物、发电厂及升压站组成。泄水建筑物布置在右坝段,为溢流重力坝,宽24.0 m,堰顶高程61.30 m;引水发电系统位于大坝左岸,由进水口、洞身及出口组成;电站厂房位于大坝下游左岸,由主厂房、副厂房、升压站、尾水渠、进厂公路等组成。

2 坝体沉降量监测仪器布置

坝体沉降量监测仪器采用水管式沉降仪进行,7套共计21个测点 (编号SG1～SG21),其中在坝基20.0 m高程 0+120,0+192,0+260 m断面分别设置3个、5个、3个沉降量监测点;在大坝39.0 m高程0+120,0+192,0+260 m断面分别设置2个、4个、2个沉降量监测点;在大坝54.0 m高程0+192 m断面设置2个沉降量监测点。0+192 m为主监测断面,沉降量监测仪器布置见图1。

图1 0+192 m断面沉降量监测仪器布置图 单位:m

3 沉降量观测资料分析

3.1 计算方法

水管式沉降仪测点沉降量计算公式为:

式中:St为测点t时刻的沉降量,cm(正值表示下沉,负值表示上升);h0、ht为量测管的初读数及第t时刻读数,cm;H0、Ht为观测房基点的高程初读测值及第t时刻测值,cm。

由于实际工程中观测房的安装往往会滞后于测点的埋设,沉降的起始观测日会与测点的埋设日期有一定时间差,这段时间差内坝体所产生的沉降量称之为时差沉降量。所以在计算沉降时(1)式往往变成(2)式所示:

式中:S0为测点的时差沉降量,cm。

时差沉降量采用埋设时的测点绝对高程值和量测系统安装完毕后水面绝对高程值进行计算。

3.2 资料分析

大坝自2008年3月份开始填筑,于2008年11月7日填筑至66.07 m高程,2009年3月1日浇筑混凝土面板,2009年5月25日开始蓄水。20.0 m高程SG1～SG5沉降测点于2008年4月21日埋设,39.0 m高程的SG6、SG7测点2008年6月25埋设,SG8、SG9测点2008年8月3日埋设,54.0 m高程SG10、SG11测点 2008年 10月8日埋设,由于受到观测房施工滞后的影响,大坝由下往上不同高程测点的起始观测日期分别为 2008年 8月 7日、2008年 9月29日和2008年11月27日。

截止2009年12月7日0+192m主断面的实测沉降量分布见图2,过程线见图3,SG1因正靠近面板下方,测点顶部承受的荷载最小,受到的压力小,其沉降最小,为106 mm;SG4位于坝轴线上,上部堆石体最厚,测点顶部承受的压力最大,其沉降最大,为477 mm;SG5位于大坝最下游侧,测点顶部承受的荷载大于SG1而小于SG2～SG4,故其沉降量仅大于SG1,为189 mm。20.0 m高程各测点沉降量分布大致以坝轴线呈对称状态,这与实际情况相符合。39.0m和54.0 m高程各测点沉降量分布与20.0 m高程相似,均是面板附近测点沉降量最小,坝轴线位置测点沉降量最大。图3中需要注意的是,位于坝轴线位置的SG8,该测点在2008年11月25日至2008年11月28日3 d时间内沉降量由17.7 cm突然增加至27.1 cm,分析原因是由于2008年11月25日前测头进水管内存在气泡引起的,导致了非真实的沉降数据,故图中只考虑2008年11月25日之后的观测数据,同时根据对SG8埋设高程上层、下层2个测点沉降量数据分析,表明SG8观测数据的确存在问题,在对该测点进行调试后,数据逐渐平稳。

各观测断面测点沉降量数据见表1。0+120m断面靠近左坝肩,基岩埋深最浅,0+260 m断面下覆砂卵石层厚度相比0+192 m断面偏薄,故20.0 m高程SG12～SG14的沉降量相对0+192,0+260 m断面来说较小,这与实际情况相吻合,0+260 m断面在下覆砂卵石层厚度偏薄的情况下,其测点沉降量与0+192 m断面相比却差不多,表明该断面附近砂卵石层密实度相对较差。38.0 m高程处3个观测断面对应位置测点沉降量相差不大,表明大坝填筑料强度相差不大,坝体材料均一性较好;3个断面的监测数据均表明位于坝轴线位置的测点沉降量最大,沉降量大致以坝轴线呈对称分布。目前各测点沉降量分布均已趋于稳定。

由表1知,除个别测点外,绝大部分测点的沉降量发生在施工期,这与面板堆石坝总的沉降量绝大部分发生在施工期实际情形相符,同时对自埋设后至正式观测这段时间内各测点沉降量的数据分析表明,时差沉降量占总沉降量约1/3,因此,在测点埋设后应及时做好观测房,缩短观测时差,提高沉降观测的精度。

蓄水后,位于20.0 m高程面板下的SG1、SG12、SG17测点,库水压力的作用最大,3个测点沉降量增加最大,但数值较小,其它测点也受库水压力及坝体堆石蠕变的共同作用,沉降量略有增加,但在正常范围内。

大坝2008年3月开始填筑,2008年11月至设计高程,平均每4 d填筑1层 (厚0.8 m),对比国内类似地质条件的其它新建中型工程,本项目大坝填筑工期短,强度高,相应地坝体自身沉降量及基础沉降量也较大,从累积沉降量占坝高的百分数来看,最大值为0.97%,考虑堆石坝的填筑速度,该值在1.5%以内的正常范围。

图2 0+192 m断面各测点沉降量过程线图

图3 0+192 m断面沉降量分布图 单位:mm

表1 3个观测断面沉降数据表 mm

4 结 语

本工程大坝填筑工期短,强度高,但对观测资料分析表明,除个别测点外,绝大部分测点的沉降量发生在施工期,这与面板堆石坝总的沉降量绝大部分发生在施工期规律相符。当大坝各测点周沉降量在2 mm/周的范围时,可进行面板浇筑。在水库蓄水后,位于20.0 m高程面板下的SG1、SG12、SG17测点沉降量增加值较大外,其它测点受库水压力及坝体堆石蠕变的共同作用,沉降量略有增加,但在正常范围内。水库蓄水至今,监测数据表明面板防渗效果好,工作正常。因此,砂卵石基础上大坝高强度填筑虽然会引起坝体较大沉降,但只要大部分沉降量发生在施工期及间歇期,则不会影响蓄水后大坝的运行。