瀑布沟高堆石坝基础防渗墙监测数据分析

付兴友，唐茂颖，杨兴国，薛新华

（1.国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都，610041；2.四川大学水利水电学院，四川成都，610065）

1 工程概况

瀑布沟水电站位于大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两县交界处，距成都市直线距离约200 km，距重庆市直线距离约360 km。电站下游7 km处的乌斯河镇成昆铁路汉源火车站设置有本工程铁路转运站，108国道通过距电站枢纽区约29 km的汉源县城，交通方便。瀑布沟水电站以发电为主，兼有拦沙、防洪等综合利用效益，是四川电力系统中骨干电站之一。电站枢纽由砾石土心墙堆石坝、左岸地下厂房系统、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸放空洞及尼日河引水工程项目和建筑物组成。工程等级为Ⅰ等工程，主要水工建筑物为1级。瀑布沟大坝典型剖面图见图1。

瀑布沟水电站大坝砾石土心墙下部河床覆盖层采用两道各厚1.2 m、中心线间隔14 m的混凝土防渗墙防渗，心墙底面（670.00 m高程）以下最大墙深76.85 m。瀑布沟水电站下游地质剖面图见图2。设计防渗墙造孔面积18 490 m2，实际完成造孔面积19 041.75 m2。设计防渗墙成墙面积16 456 m2，实际完成防渗墙成墙面积16 420.44 m2。基础防渗墙上游墙与心墙间采用插入式连接，插入心墙深度为10 m，墙底设双排帷幕灌浆，孔距2 m，最大深度为20 m；下游墙与心墙采用廊道式连接，廊道底板高程为673.0 m，墙底设双排帷幕灌浆，孔距2 m，最大深度约100 m。防渗墙工程于2006年2月19日开工，2006年12月3日完工，总共历时9.5个月，累计完成造孔成槽工程量19 041.74 m2。上游墙墙下帷幕灌浆于2006年10月14日开始施工，2007年2月10日完工。由于瀑布沟坝体高度大，坝址工程地质复杂，近年来有许多专家学者对瀑布沟水电站进行了有关方面的研究［1-9］。主要介绍了瀑布沟防渗墙安全监测情况，供类似工程参考和借鉴。

图1 瀑布沟水电站大坝典型剖面图Fig.1 Typical profile of Pubugou hydropower dam

图2 瀑布沟水电站下游地质剖面图Fig.2 Geological section map downstream of Pubugou hydropower station

2 大坝防渗墙安全监测分析

大坝防渗墙安全监测内容包括渗压监测、变形监测和应变监测三大部分，这三部分也是决定大坝防渗墙能否安全稳定工作运行的关键。加强渗压及应力应变的控制对工程至关重要［10］。

2.1 防渗墙监测仪器布置

2.1.1 变形监测

在基础灌浆廊道洞内沿轴线布置一条真空激光准直系统，两端伸入到该高程左右岸灌浆平洞稳定基础部位，共布设9个测点，用于观测防渗墙顶部垂直坝轴线方向和垂直变形。为监测基础廊道施工期的沉降以及结构缝的变形情况，对廊道的沉降以及结构缝的变化情况进行观测。垂直位移沉降点水准观测共14个点，包括2个起算点，12个沉降观测点；施工缝观测在廊道下游侧墙布置10套三向测缝计，另外在大坝基础廊道新埋设了施工缝变形观测标志（SC-1型板式三向测缝计）13套，埋设主要位置在桩号0+177.1 m、0+264.2 m、0+354.2 m的拱顶、拱角及边墙中部。

2.1.2 应力应变监测

为了解基础混凝土防渗墙的受力情况，在下游墙（主防渗墙）桩号0+240.00 m和0+310.00 m监测断面，618.00 m、645.00 m和671.00 m高程处各布设一组双向混凝土应变计，同时布置1套无应力计，共10支应变计和4支无应力计。在上游墙（辅防渗墙）桩号0+240.00 m监测断面，671.00 m、645.00 m和618.00 m高程各布设一组双向混凝土应变计，同时布置1套无应力计，共6支应变计和1支无应力计。

2.1.3 渗压观测

上游防渗墙以前、两道防渗墙之间以及下游防渗墙以后布置渗压计14支，用于防渗墙防渗性能的观测。

2.2 防渗墙应力应变分析

下游防渗墙应变计的布置大致分布在高程671 m、高程645 m和高程618 m这三个高程上，且分别在防渗墙轴线的偏上游和偏下游0.4 m进行成对布置，以便检验防渗墙是否均匀受压。成对应变计之间布置有无应力计，以便与应变计配合。限于篇幅，仅列出下游防渗墙（桩号0+240.00）应变监测成果，见图3。

图3 下游防渗墙应变监测成果（桩号0+240.00）Fig.3 Monitored strain of cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

由图3可以看出，下游防渗墙各部位的应变均为压应变，最大压应变为226.7个微应变，说明坝基混凝土防渗墙仍有较大的强度富余度。

2.3 防渗墙渗压分析

在两道防渗墙之间，桩号0+240.00和桩号0+310.00断面分别埋设两支渗压计，分别埋设于同一孔中两不同高程处。限于篇幅，仅列出0+240.00处的防渗墙渗压监测成果，见图4。

图4 两道防渗墙之间坝基渗压监测成果（桩号0+240.00）Fig.4 Monitored seepage pressure at dam foundation be⁃tween the two cutoff walls(stake mark 0+240.00)

由图4可以看出，两墙之间的渗压计换算水位基本上介于上游水位和下游水位之间，变化过程线随上下游水位的变化而变化且变化幅度较上游水位小，由此推断上游防渗墙起到了一定的防渗效果。

2.4 防渗墙变形分析

在下游防渗墙部位沿两主要监测断面各布置一测斜管用于防渗墙的挠度观测，目前0+310.00断面采用活动式测斜仪，0+240.00断面测管于2008年5月进行固定式测斜仪替换。桩号0+240.00断面的活动式测斜最后一次测数时间为5月9日，5月9日A向（顺河向）最大累积位移为朝向下游31.24 mm，发生在最高测点高程670.5 m处；B向（垂直河向）最大累积位移为朝向右岸9.44 mm。替换的固定式测斜仪测点间距（每隔10 m一个测点）过大，测值的连续性、规律性一直较差，因此可信度不高。例如，IN11、IN12（高程647～656 m）测点测值在2008年11月末和2009年4月底变形量发生突变，原因难以推理，可能是仪器原因所致，监测成果见图5和图6。

图5 下游防渗墙活动式测斜监测成果（桩号0+240.00）Fig.5 Monitoring results by movable inclinometer at the cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

图6 下游防渗墙固定式测斜监测成果（桩号0+240.00）Fig.6 Monitoring results by fixed inclinometer at the cutoff wall downstream(stake mark 0+240.00)

由监测成果可知：同一测点的两支应变计测值相差较小且变化规律一致，表明防渗墙未出现明显的弯曲现象，应变空间分布与墙体与两侧覆盖层的摩阻力有关。两墙之间的渗压换算水位介于上游水位与下游水位之间，下游防渗墙之后的渗压变化与下游水位相关，帷幕后的渗压监测水位低于上游水位，由此可以判定两道防渗墙与帷幕均起到了较好的防渗作用。根据防渗墙活动式测斜（水平位移）监测成果可知，A向（顺河向）最大累积位移均发生在最高测点处且均朝向下游方向，B向（垂直河向）位移变化则较A向位移的规律性差。

3 结论及建议

瀑布沟坝体高度大，坝址工程地质复杂，主要介绍了瀑布沟防渗墙安全监测情况，经过对安全监测数据进行分析，得到以下主要结论：

（1）同一测点的两支应变计测值相差较小且变化规律一致，表明防渗墙未出现明显的弯曲现象，应变空间分布与墙体与两侧覆盖层的摩阻力有关；

（2）两墙之间的渗压换算水位介于上游水位与下游水位之间，下游防渗墙之后的渗压变化与下游水位相关，帷幕后的渗压监测水位低于上游水位，由此可以判定两道防渗墙与帷幕均起到了较好的防渗作用；

（3）根据防渗墙活动式测斜（水平位移）监测成果可知，A向（顺河向）最大累积位移均发生在最高测点处且均朝向下游方向，B向（垂直河向）位移变化则较A向位移的规律性差。

由于瀑布沟心墙堆石坝坝高接近200 m，且地处深厚的覆盖层上，坝基和坝体的变形均较大，埋设在坝基处和坝体内部的仪器电缆的走向及保护尤为重要，尤其在沉降变形不一、变形较大的部位，必须考虑电缆的正确走向并预留出足够的电缆裕度以防被坝体的沉降变形破坏。同时，瀑布沟水库为高坝大库，经历了两次蓄水过程，应密切注意各建筑物监测情况。

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