水利枢纽运行期基础监测成果分析

王刚

（娄底市防洪工程建设服务中心，湖南 娄底417000）

1 工程概况

某水利枢纽工程为Ⅱ等工程，规模为大（Ⅱ）型，坝顶高程900 m，坝顶全长408 m，最大坝高51 m。水库正常蓄水位898 m，总库容1.96亿m3。从2006年6月30日主体工程开工到2009年9月，首台机组正式并网发电，就近进入晋、蒙电网；具有防洪防凌、供水发电、水土保持和生态环境保护以及保证下游河道不断流等综合效益[1]。

坝址区地层主要由奥陶系中统马家沟组（O2m）、石炭系本溪组（C2b）、太原组（C3t）和第四系（Q3+Q4）构成。坝基持力层岩性为中厚层灰岩、豹皮灰岩夹薄层灰岩、白云岩，岩体较完整，强度较高。坝基下存在多层连续性较好的泥化夹层，形成坝基深层抗滑稳定滑动面。本文对坝体基础在2006年6月至2010年各阶段安全监测情况进行整理分析，并对基础状态作出分析与评价，希望为工程施工提供参考。

2 坝基监测仪器的布置[1 ]

2.1 坝基变形监测

1）坝基垂直位移监测。在灌浆及主排水廊道和排水廊道内，每坝段布设2个水准标点，观测坝基垂直位移。

2）坝基水平位移监测。在3#～10#坝段和10#～18#坝段的基础灌浆廊道内各布设1条引张线（共2条），4#～10#、10#～17#坝段间，每坝段设1个测点，用以监测坝基的水平位移。

3）坝基变形监测。在2#、8#、13#、18#4个坝段的基岩中，各埋设2～3组基岩多点变位计，监测坝基变形。

2.2 坝基渗流监测

坝基除设有上游帷幕外，还在下游坝趾处设有下游帷幕。为了对坝基扬压力进行全面监测，设2个纵向监测断面，6个横向监测断面。

1）第1个纵向监测断面布置在上游灌浆及主排水廊道内，第1道排水幕线上。第2个纵向监测断面布置在排水廊道内，第3道排水幕线上。每个纵向监测断面在每个坝段设1个测点，埋设测压管，测压管深入基岩1 m。

2）横向监测断面布置在1#、5#、8#、13#、18#、19#坝段，共6个断面。每个监测坝段布置5～6个测点，测点布置以上游密、下游渐疏为原则。第1个测点布置在基础帷幕的上游，埋设测压管，监测淤沙对渗流的影响；第2个测点布置在第1道排水幕线上，监测NJ304、NJ303软弱夹层的扬压力，测压管进水管段埋设在软弱夹层以下0.5～1 m的基岩中；第3、4、5个测点分别布置在第1、2道排水幕下游及第2道排水幕线上，埋设测压管，监测第1、2道排水幕后及第2道排水幕线上的扬压力；第6个测点布置在基础下游灌浆廊道内第3道排水幕线上，监测坝趾处基岩内NJ304、NJ303软弱夹层的扬压力。

在坝左、右岸上、下游岸坡各布置10个测压孔，测孔的布置以能绘出绕坝渗流线为原则，孔应伸入原地下水位线以下。

3 监测成果分析

3.1 坝基变形分析

3.1.1 坝基垂直位移分析

坝基垂直位移开始监测时间是大坝进入正常运行期阶段，A-A断面各测点（编号为EM1-1—EM19-1）坝基最大沉降量为1.7 mm，出现在2009年11月1日6#坝段；坝基最小沉降量为-2.0 mm，出现在2009年12月18日2#坝段；平均最大沉降量为0.5 mm，出现在10#坝段。B-B断面各测点（编号为EM1-2—EM19-2）坝基最大沉降量为0.7 mm，出现在2009年9月11日7#坝段；坝基最小沉降量为-2.4 mm，出现在2009年12月18日1#坝段；平均最大沉降量为-0.1 mm，出现在11#坝段。从特征值可以看出，离上游坝面越近坝基的沉降越大，越靠近边坡坝段向下沉陷变形越小，反之越大。

各坝段测点反映的过程线趋势基本一致，都是在开始蓄水之后，坝基变形先向上变形，而后向下变形，再趋于平缓。在蓄水之前，10#坝段有向下沉陷的趋势，这主要受到大坝自重的影响，蓄水开始一段时间，坝体向上变形，一段时间之后，再向下变形。从B-B断面各测点来看，12#坝段（编号为EM12-2）分析，在未蓄水之前，向下沉陷，蓄水后先向上变形，后向下沉陷，再向上变形，为波动下沉。

A-A断面上各测点的变形受库水位与温度的影响小，而B-B断面上各测点的变形与上游水位呈现出强相关，当上游水位增高时，相应的坝基垂直位移也增大，反之减小。由此，越靠近下游，坝前水位对坝基垂直位移的影响就越大。温度是坝基垂直位移的影响因素之一,坝基垂直位移过程线随温度变化不如对坝顶垂直位移的变化那么明显。

由相关过程线分析可知，时效也是影响坝基垂直位移的因素。坝基垂直位移主要受自重等的影响，其沿各坝段的分布规律也呈河床坝段大、边坡坝段小的分布规律，与坝顶变化趋势基本一致（图1）。

图1 EM6-2 2009年变形过程线

3.1.2 坝基水平位移分析

在分析时段内，向下游最大位移出现在2009年12月25日，位移值为2.24 mm，发生在8#坝段；向上游最大位移出现在2009年7月22日，位移值为0.29 mm，发生在14#坝段。表中数据基本可以反映大坝在运行期水平位移呈岸坡坝段小，河床坝段大，大坝整体向下游。符合坝体水平位移分布规律。

各坝段坝基位移趋势基本相同，反映出向上下游的位移没有明显差异。各坝段在2009年7月22日和2009年7月31日出现最小值，都随时间的推移向下游增大的趋势，在2009年7月未蓄水之前，坝基引张线位移过程线基本趋于平缓，其值都是负值，说明在未蓄水之前，坝体略有向上游变形的趋势；开始蓄水之后，向上游变形开始减小，向下游变形开始增大，但是数值都不大，最大的值为2.24 mm。

坝基引张线位移相关过程线反映出与水位相关关系比较明显，其变化趋势与库水位的变化趋势基本一致。当库水位升高时，各测点位移向下游增大，反之位移减小；此外，温度也是影响引张线变化的一个重要因素，当气温时减小，各测点水平位移向上游增大，反之升高（图2）。

3.1.3 坝基基岩变形资料分析

图2 EX8-1 2009年变形过程线

2＃坝段埋设的3套多点位移计中，最大伸长为7.13 mm，出现在2009年9月16日；最大压缩为1.59 mm，出现在2007年8月26日；8#坝段埋设的4套多点位移计中，最大伸长为8.61 mm，出现在2009年12月31日；最大压缩为0.63 mm，出现在2007年9月24日；13#坝段埋设的3套多点位移计中，最大伸长为2.41 mm，出现在2008年12月19日；最大压缩为1.34 mm，出现在2009年9月6日；18#坝段埋设的3套多点位移计中，最大伸长为4.9 mm，出现在2009年12月13日；最大压缩为0.17 mm，出现在2008年5月1日。

从过程线图中可以反映出：2#坝段测点M2-2-1大部分测值均为负值，说明2#坝段坝体混凝土与坝肩基岩结合紧密；测点M2-2-2测点大部分测值均为正值说明该测点所在位置为拉伸变形；从8#坝段来看，8#坝段的大部分测值均为正值，该坝段也是拉伸变形；从13#坝段来看，M13-1-1测点大部分测值均为负值，坝体混凝土与坝肩基岩结合紧密；M13-2-1反映的规律为拉伸变形，后有压缩；M13-3-3随着时间变化成周期变化，越往后越趋于平缓，处于压缩状态；M18-1-3测点在大坝开始施工的时候出现拉伸变形，而后一直都是压缩变形。

从相关过程线来看，坝基基岩变形与库水位基本呈负相关，与气温关系不明显。蓄水后基岩变形量很小，边坡坝段与基岩结合效果良好（图3）。

图3 M2-2-2测点变形历史过程线

3.2 坝基渗流分析

3.2.1 基底扬压力

各坝段防渗墙前测压管水位较大，防渗墙后变小，水位较平缓，且变幅不大。从纵向测压管水位的变化来看，在坝上-3.10 m与坝下0.9 m各坝段的测压管水位呈现河床坝段大，岸坡坝段小；而坝下66.7 m与坝下37.63 m的各坝段则不明显。

8#坝段的UP8-1测点水位与库水位有明显相关性，管内水位随坝前水位上升而上升，其水位基本保持同坝前水位7～8 m的差值变化，表明该部位基岩裂缝较为发育。

从坝体横向来看，布设在帷幕后的测压管，受库水位变化影响不大，与库水位表现出一定的滞后性，各测点水位过程线变化较为平缓，管内水位变化幅度小，反映大坝基岩完整，帷幕防渗效果较好（图4）。

图4 UP8-1 2009年变形过程线

3.2.2 绕坝渗流

左坝肩最大绕坝渗流水位为914.17 m（测点编号为UP-Z10），最小绕坝渗流水位为861.10 m（测点编号为UP-Z10），最大平均绕坝渗流水位为906.20 m（测点编号为UP-Z10），从绕坝渗流纵、横向来看，变化规律均不明显。

右坝肩UP-Y3测点至UP-Y10测点，左坝肩UPZ2至UP-Z10测得水位和库水位相关性明显，测点水位随库水位变化，说明在这些测点处可能有较好的绕坝渗流通道，需要查明原因，但右坝肩测点UP-Y6、UP-Y7、UP-Y8、UP-Y9测得水位变幅不大，左坝肩测点UP-Z2、右坝肩测点UPY-10，水位变化滞后于库水位的变化；右坝肩UP-Y5测点的测压管水位值低，与库水位变化相关性不很明显，说明测点处绕坝防渗效果比较好。

左坝肩测点UP-Z1测得水位和库水位相关性明显，测点水位随库水位变化，说明在测点处可能有较好的绕坝渗流通道，需要查明原因。

左坝肩UP-Z4测点值在第3季度中后期发生过大幅度的非正常变化，后期与库水位相关线的变化也与前期变化不一致，需要检修。

根据左右岸绕坝渗流的观测资料及对该观测资料的分析，可以看出，在大坝的左右岸除右坝肩UP-Y5测点出处无绕坝渗流外，其余各处均存在不同程度的绕坝渗流，但绕坝渗流状态稳定，防渗措施总体工作良好。建议在两岸坝头加强对山体的防渗（图5）。

图5 UP-Z2 2009年变形过程线

4 结语

1）坝基垂直位移主要受温度、时效影响，而库水位对其影响较小，坝基最大沉降量为1.7 mm。离上游坝面越近坝基的沉降量越大。坝体整体向下沉，呈河床坝段大、边坡坝段小的分布规律。

2）坝基基岩变形与库水位基本呈负相关，与温度关系不明显。基岩变形量较小，边坡坝段坝体与基岩结合效果良好。

3）大坝左右岸除右坝肩UP-Y5测点出处无绕坝渗流外，其余各处均存在不同程度稳定的绕坝渗流，越靠近上游，绕坝渗流水位越高，测得水位和库水位相关性明显。右坝肩UP-Y1测点水位较大，可能有地表水引入，建议在两岸坝头加强对山体地表水的治理。