紫坪鋪面板堆石壩施工期沉降監(jiān)測淺析

葉建洪

(中國水利水電第十二工程局,杭州,310004)

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程大壩為混凝土面板堆石壩,河床段趾板基礎高程 728.00m,壩頂高程為884.00m,最大壩高 156m,壩頂長 663.77m,壩頂寬度 12m。上游壩坡為 1∶1.4,下游壩坡為 1∶1.4和 1∶1.5,下游壩坡在 796.00m和 840.00m高程設有 5m寬馬道,840.00m高程馬道以上壩坡為 1∶1.5。壩體底寬約 450m。壩體設計填筑總量為1177萬 m3。

大壩從 2003年3月1日開始填筑,2005年6月16日填筑至壩頂防浪墻底 879.4m高程,填筑工期 27.5個月,平均填筑強度達 42.8萬 m3/月,最高填筑強度達 86萬 m3/月。大壩填筑工程量大、填筑強度高,壩體施工期的沉降監(jiān)測對控制壩體沉降變形及填筑質量顯得更加重要。

2 壩體內部沉降監(jiān)測布置

壩體內部沉降監(jiān)測布置了兩個監(jiān)測斷面,分別位于樁號 DAM 0+251m及 DAM 0+371m,DAM0+251m為主測斷面。監(jiān)測斷面上每 30m高布置一排測點,測點之間間距 30m,主測斷面上共布置四排測點,各排高程分別為 760m、790m、820m、850m。DAM0+371m監(jiān)測斷面除沒有布置760m高程測點外,其余與 DAM0+251m主監(jiān)測斷面相同。主監(jiān)測斷面測點布置見圖 1。

圖 1 DAM0+251m監(jiān)測斷面儀器布置

壩體內部沉降監(jiān)測采用南京水科院生產的電測水管式沉降儀(DCJ-2型)。兩個監(jiān)測斷面共布置 56個沉降觀測點,按高程劃分為 7個單元,測點編號見圖 1及表 1。水管式沉降儀測量基點的變形均由大壩外部變形測量進行監(jiān)測,換算成絕對位移量。

表 1 壩體內部沉降觀測點編號及位置

3 壩體填筑分期

為了滿足度汛及蓄水需要,大壩填筑分三期進行。第一期上游臨時斷面達 810m高程,下游達 770m高程;第二期上游臨時斷面達 850m高程,下游達 800m高程;第三期填筑至壩頂防浪墻底 879.4m高程。大壩填筑分期斷面見圖 2。

圖 2 大壩填筑分期

4 一期填筑沉降監(jiān)測

壩體一期填筑從 2003年3月1日開始,2003年12月28日上游臨時斷面填筑至 810m高程,一期斷面填筑結束。2003年9月底在壩軸線下游 0-154m位置設臨時觀測房,進行臨時觀測。

2003年10月4日至同年12月28日,一期斷面上游從 770m高程填筑至 810m高程,填筑高度40m。DAM0+251m斷面壩體沉降過程線及沉降量見圖 3及圖 4。

從本期監(jiān)測中得出:(1)一期填筑最大沉降量出現(xiàn)在 V4測點,是最大壩高處,最大沉降量108mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 2.7mm。V4測點兩側上、下游方向沉降量逐漸減小;(2)從 V1～V6測點沉降過程線看出,壩體沉降量隨填筑高度增加而增大,填筑至 810m高程停止后,測點沉降明顯減小,沉降過程線逐漸趨于平緩。在此期間,810m臨時斷面下游側沒有填筑,在該范圍內的 V7、V8、V44、V45、V46測點 ,上部填筑高度為 10m,頂面高程為 770m,87天內的實測沉降量均小于 20mm。

圖 3 DAM0+251.0m監(jiān)測斷面 EL.760.0m高程各測點沉降過程線

圖 4 2003年12月31日DAM 0+251m斷面大壩沉降分布

5 二期填筑沉降監(jiān)測

2004年2月開始,二期斷面自 770m高程開始向上填筑,2004年8月10日填筑至 850m高程,二期斷面填筑結束,上游斷面填筑高度 80m。

二期填筑至 790m高程分為兩個時段進行,V47測點以前 2004年3月8日填筑至 790m高程,然后安裝 V 12～V15、V47五個測點,并在 0-67.0m處設置臨時觀測房。V47測點以后 2004年5月3日填筑至 790m高程,安裝 V48、V 49兩個測點,并在壩后設計位置修建永久觀測房。DAM0+251m斷面壩體沉降量及沉降過程線見圖5及圖 6。

圖 5 2004年8月8日DAM 0+251m斷面壩體沉降分布

圖 6 DAM 0+251.0m監(jiān)測斷面 EL.790.0m高程各測點沉降過程線

從本期監(jiān)測中得出:(1)760m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V 6測點上,沉降量由 58mm增加到343mm,增加值為 285mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 3.56mm;(2)790m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V14測點上,沉降量為 427mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 7.12mm;(3)820m高程最大沉降量出現(xiàn)在 V18及 V19測點上,沉降量為84mm。壩體每填筑上升 1m,平均沉降 2.8mm;(4)壩后斷面從 2004年6月20日起停留在 800m高程,49天沒有填筑,V48、V49測點沉降量均小于 20mm;(5)各測點沉降量隨壩體填筑高度的增加而增大,沉降過程為前期沉降較快,隨著上部壩體升高和時間的推移,底部測點的沉降逐漸減緩;(6)在同一高程中,測點上方填筑高度越大沉降就越大;(7)壩軸線位置及已完壩高約 1/2處的V14測點,沉降量最大,達 427mm,占施工期總沉降的 48%。

6 三期填筑沉降監(jiān)測

6.1 壩后 800m～850m高程填筑期

2004年8月24日,下游側從 800m高程開始填筑,2005年1月30日填筑至 850m高程,填筑高度 50m,沉降量增加值分布圖及沉降量增加值見圖 7及表 2。

圖 7 2005年1月30日DAM0+251m斷面三期填筑壩體沉降量增加值分布

表 2 三期 850m以下填筑沉降增加值 單位:mm

從本期監(jiān)測中得出:(1)本期最大沉降增加值為 296mm,出現(xiàn)在 V50測點上,是本期最大填筑高度處;(2)填筑區(qū)及下游側壩體比上游非填筑區(qū)沉降增加值大得多,引起了較大的不均勻沉降,820m、790m高程最大不均勻沉降值達229mm,而平均值為 120mm,使上游先期填筑的壩體上部向下游傾斜。

6.2 850m～880m高程填筑期

2005年2月1日開始壩體全斷面向上填筑,2006年6月16日達 880m高程,填筑高度 30m。沉降量增加值分布圖及沉降量增加值見圖 8及表3。

圖 8 DAM0+251m斷面 850m～880m高程填筑壩體沉降增加值分布

表 3 三期 880m以下填筑沉降增加值 單位:mm

從本期監(jiān)測中得出:(1)壩體上部沉降比下部大,850m沉降值 ＞820m沉降值 ＞790m沉降值＞760m沉降值;(2)820m高程平均沉降量是施工期(至 04年9月底蓄水前止)平均沉降量的50%,850m高程平均沉降量是施工期平均沉降量的90%。

7 施工期總沉降量

施工期總沉降量分布見圖 9及圖 10,從圖中得出:(1)施工期總沉降量最大值發(fā)生在 790m高程,約為壩高的 1/3處,最大沉降量為 886mm,為最大壩高的 5.7‰;(2)壩軸線位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐漸變小;(3)各高程測點沉降量的平均值大小依次為 790m＞820m＞850m＞760m;(4)上游坡面墊層料及過渡料沉降量總體上上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。

8 測點上方每填筑增高 30m對沉降的影響

以 DAM0+251m斷面壩軸線上的測點 V7、V14、V20、V25為樣本,分析測點上方壩體填筑對其沉降影響的程度 ,表 4為 V7、V14、V20、V25上方每填筑增高 30m的沉降量增加值。

表 4 測點上方每增高 30m沉降量增加值 單位:mm

9 沉降率

從沉降過程線可以看出,測點的沉降量是隨著上方壩體的填筑高度增加而增大。壩體上方停止填筑時段內,沉降過程線明顯平緩得多,沉降量急驟減小,并逐步收斂,壩體發(fā)生蠕變。為了分析沉降量占填筑高度的比例關系,用沉降率(沉降量 /填筑高度)來說明。下面(表 5)以 DAM 0+251m斷面壩軸線上的測點 V7、V14、V20、V 25為樣本,分析測點的沉降率(未計壩體蠕變沉降量)。

表 5 V7、V 14、V20、V 25測點沉降率

10 上游臨時斷面預沉降期

一、二、三期上游臨時斷面預沉降期分別為3.5個月、2.5個月及 3.5個月,各期上游臨時斷面預沉降期沉降量見表 6。

表 6 預沉降期沉降量(最大沉降值/平均值) 單位:mm

從表 6中得出:(1)臨時斷面頂部水準測量顯示,一期上游臨時斷面頂部預沉降最大值為28mm,平均值為 22.5mm。二期上游臨時斷面頂部預沉降最大值為 66mm,平均值為 39.2mm,比一期增加約 1倍;(2)在同期中,上部沉降比下部大,即 850m＞820m＞790m＞760m。

11 結論

(1)測點沉降量隨壩體填筑高度的逐步增加而逐漸增大。同一高程測點,上方壩體填筑高度越大,測點沉降量越大;測點上方 30m～90m范圍內壩體填筑時,對該測點產生的沉降增加值最大;(2)壩體沉降率上部大于下部,最大為 850m監(jiān)測高程,其次為 820m高程,第三為 790m高程,最小為 760m高程。820m高程與 790m高程的沉降率相差不大。(3)上游坡墊層料及過渡料總沉降量總體上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。(4)壩軸線位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐漸變小。(5)各高程測點沉降量的平均值大小依次為 790m＞820m＞850m＞760m。(6)施工期總沉降量最大值發(fā)生在 790m高程壩軸線上的 V14測點,約為壩高的 1/3處,同時 790m高程的平均沉降值也最大。