印度尼西亚Jatigede大坝工程坝体心墙孔隙水压力分析

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

1 工程概况

Jatigede大坝工程位于印度尼西亚西爪哇省的Cimanuk河上，距离Cirebon城75km。工程所在地为赤道地区，属热带季风气候，年平均气温26℃，年平均降雨量2880mm。每年分为雨季和旱季，雨季时段为每年11月至次年4月，旱季时段为5月至10月。

Jatigede大坝工程控制流域面积1460km2，水库总库容1062.78×106m3。大坝坝型为粘土心墙堆石坝，最大坝高110m。电站装机容量110MW，多年平均发电量约4.5亿kW·h。枢纽主要建筑物包括：大坝、溢洪道、灌溉洞、发电进水口、隧洞、调压井、压力管道和厂房等。粘土心墙堆石坝、溢洪道控制段地震设防烈度为Ⅸ度，其它建筑物的地震设防烈度为Ⅷ度。

2 坝体设计

Jatigede水库大坝坝型为粘土心墙堆石坝。坝顶高程265.00m，最大坝高110m，坝轴线长1668m。上游围堰与大坝连为一体，为大坝的一部分。围堰顶部高程204.00m，顶宽12.00m。上游坝坡在204.00m高程以上为1∶2，以下为1∶3。下游坝坡1∶1.9，设三级马道，马道宽均为6.0m，顶高程分别为235.00m、205.00m和175.00m。

坝体断面分为6个区，从中部向上、下侧均为(1)粘土防渗墙区、(2A)、(2B)反滤料区、(3A)过渡料区(最大粒径40cm)、(3B)堆石区(最大粒径80cm)和(4)干砌石护坡。

3 大坝心墙孔隙水压力

本工程于2008年开工。大坝于2012年5月开始填筑，2014年8月2日坝体填筑结束。2015年8月31日大坝下闸蓄水。2016年5月31日大坝蓄水到252.27m(最近蓄水的高点)。2016年5月31日至2017年4月，大坝水位保持在250m～252.0m之间。2017年4月以后，大坝水位保持在245m～252.0m之间。

选择最大坝高剖面Sta1+100为大坝主要监测断面，大坝孔隙水压力计共计16个点(PP1-PP16)，设在1#监测断面，各测点的布置见图1。

图1 主要监测断面孔隙水压力计剖面

3.1 Sta1+100监测断面171.50m高程处孔隙水压力分析

最大坝高断面(Sta1+100)，171.50m高程共设5个监测点，为PP12、PP13、PP14、PP15、PP16，其中PP13、PP14、PP15三个点位于心墙内，PP12和PP16位于心墙上、下游侧的反滤层2A中。2013年12月7日，PP13损坏，以后无监测值；2014年5月19日，PP12损坏，以后无监测值；其余各点在监测时段内有测值。

3.1.1 降水量、坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

图2 Sta1+100断面171.50m高程处降水量、坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

3.1.2 坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

图3 Sta1+100断面171.50m高程处坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

3.1.3 孔隙水压力分析

(1)2012年6月7日，坝体填筑至171.77m，PP12-PP16开始有测值，2014年7月2日坝体填筑结束。

在坝体填筑过程中，至PP13损坏(2013年12月7日)以前，随着坝体的升高，各监测点的数值逐渐增大；越靠近心墙中部，孔隙水压力越大，越靠心墙外缘，监测值越小。(注：在PP13损坏时，PP14测值从241.2m下降至234.2m，下降了7m，监测值异常。PP13的测值随着坝体的升高逐渐增大，但测值偏大，可能异常。)

(2)2014年8月2日坝体填筑结束，2015年8月31日大坝下闸蓄水。

坝体填筑结束时，心墙中部的监测点PP14达到蓄水前的最大值238.09m；以后随着时间的增加，孔隙水压力逐渐消散，PP14的监测值缓慢降低。

(3)2015年8月31日大坝下闸蓄水，2016年5月4日大坝蓄水至251.92m。

在此期间，各监测点PP14、PP15、PP16的孔隙水压力随着上游库水位的上升而迅速增加；靠近上游的点升高值较大，靠近下游的点升高值较小。

(4)2016年5月4日-2017年5月31日，库水位保持在250.0m～252.50m之间，大坝外荷载基本上保持不变，PP14、PP15孔隙水压力缓慢降低，表明：大坝心墙进一步固结，超孔隙水压力进一步消散。(2016年5月4日，PP14的监测值达到最大值247.9m，PP15的监测值达到最大值234.6m。)

2017年5月31日之后，基本形成稳定渗流场，PP14、PP15孔隙水压力与上游水位变化直接相关，监测数值随水位变化而缓慢变化，且整体呈下降趋势。

根据图2、图3，水库蓄水至2018年5月4日时，心墙内PP14、PP15各点的孔隙水压力可能还没有完全消散。

(5)监测点PP12，位于心墙外上游的反滤料2A中，能自由排水。在坝体填筑过程中，PP12孔隙水压力基本不受坝体填筑上升的影响，但与上游围堰的水位相关：围堰水位高，PP12孔隙水压力较大；围堰水位低，PP12孔隙水压力较小。

(6)监测点PP16，位于心墙外下游的反滤料2A中，能自由排水。在坝体填筑期、蓄水过程中，以及蓄水后期，PP16孔隙水压力基本不受坝体填筑影响，监测值为171.8m～173.9m，变化极小。

(7)各监测点的测值，与降水相关性不大。

3.2 STA1+100监测断面201.50m高程处孔隙水压力分析

最大坝高断面(Sta1+100)，201.50m高程共设5个监测点，为PP7、PP8、PP9、PP10、PP11，其中PP8、PP9、PP10三个点位于心墙内，PP7和PP11分别位于上、下游反滤层2A中。2015年2月4日，PP7损坏，无监测值；其余各点在监测时段内有效。

3.2.1 降水量、坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

图4 Sta1+100断面201.50m高程处降水量、坝体填筑、库水位及孔隙水压力时间曲线

3.2.2 库水位及孔隙水压力时间曲线

图5 Sta1+100断面201.50m高程处库水位及孔隙水压力时间曲线

3.2.3 不同时间的孔隙水压力曲线

坝体填筑至坝顶后，在201.50m高程处不同时间的孔隙水压力曲线见图6。

图6 Sta1+100断面201.50m高程不同时间的孔隙水压力曲线

3.2.4 孔隙水压力分析

(1)2012年9月5日，坝体填筑至202.883m，PP7-PP11开始有测值，2014年8月2日坝体填筑结束。

在坝体填筑过程中，随着坝体的升高，坝体荷载增加，各监测点的数值逐渐增大；越靠近心墙中部，孔隙水压力越大，越靠心墙外缘，监测值越小。(注：PP10的测值偏大，可能是该点下游及下部心墙渗透系数极小造成的。)

(2)2014年8月2日坝体填筑结束，2015年8月31日大坝下闸蓄水。

填筑结束时，心墙中部的监测点PP9达到蓄水前的最大值218.92m；以后随着时间的增加，孔隙水压力逐渐消散，PP9的监测值缓慢降低。

(3)2015年10月31日库水位上升至201.50m，2016年5月4日大坝蓄水至251.92m。2015年2月4日，PP7损坏，无监测值。

在此期间，各监测点PP7、PP8、PP9、PP10、PP11的孔隙水压力随着上游库水位的上升而迅速增加；靠近上游的点升高值较大，靠近下游的点升高值较小。

(4)2016年5月4日至2018年5月4日，库水位保持在245.0m～253.0m之间，心墙内PP8、PP9、PP10仍逐渐缓慢上升，越靠近上游的点上升越大，说明各点的孔隙水压力还没有完全消散。

(5)监测点PP7，位于心墙外上游的反滤料2A中，能自由排水。在坝体填筑过程中，PP7孔隙水压力基本不受坝体填筑上升的影响，监测值为200.8m～202.04m，基本不变。

(6)监测点PP11，位于心墙外下游的反滤料2A中，能自由排水。在坝体填筑期、蓄水过程中，以及蓄水后期，PP11孔隙水压力基本不受坝体填筑影响，监测值为202.76m～205.98m，变体极小。

(7)各监测点的测值，与降水相关性不大。

4 大坝心墙孔隙水压力监测分析及结论

4.1 与有限元计算结果对比

孔隙水压力计PP8、PP9、PP10，PP13、PP14、PP15的监测结果显示：2012年9月1日-2015年8月31日(大坝蓄水前)监测时段内，201.50m高程的测点PP10最大压力值179kPa(2014年7月13日)，171.50m高程的测点PP13测值一直较大(883kPa，2013年11月7日)，后因仪器故障测值中断；相邻位置的测点PP15具有最大压力值736kPa(2014年7月3日)。

有限元计算结果表明：竣工时201.50m高程的测点PP10附近的大主应力约为800kPa，小主应力约为350kPa，体应力约为575kPa，监测点孔隙水压力为179kPa(2014年7月13日)，相应有效应力为396kPa；171.50m高程的测点PP15附近大主应力约为1400kPa，小主应力约为650kPa，体应力约为1025kPa，监测点孔隙水压力为736kPa(2014年7月3日)，相应有效应力约为289kPa。监测到的孔隙水压力远小于相应位置粘土心墙体应力，因此，粘土心墙不会发生破坏，是安全的。

4.2 结论

(1)在坝体填筑过程中，随着坝体的升高，坝体荷载增加，心墙内各监测点的数值逐渐增大；越靠近心墙中部，孔隙水压力越大，越靠心墙外缘，监测值越小；

(2)大坝填筑至坝顶与蓄水之间的时段内，随着时间推移，孔隙水压力逐渐消散，同时有效应力逐渐增大。孔隙水压力的消散速度与渗透路径有关，渗透路径越大孔隙水压力消散速度越慢、时间越长；

(3)2015年8月31日-2016年5月4日(导流洞下闸封堵至大坝蓄水至251.92m)监测时段内，随着上游库水位的上升，心墙内的孔隙水压力逐渐增大；靠近心墙上游的点升高值较大，靠近心墙下游的点升高值较小；

(4)大坝蓄水到正常水位，大坝正常运行时，即使孔隙水压力没有完全消散，也会在形成稳定渗流后与渗透水压力平衡，形成稳定渗流场；

(5)各监测点的测值，与降水相关性不大；

(6)监测到的孔隙水压力远小于相应位置粘土心墙体应力，因此，粘土心墙不会发生破坏，是安全的。结合坝体沉降、水平位移、渗流等监测数据，表明坝体设计是安全的，且坝体填筑质量好。