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      狹窄河谷混凝土面板壩運(yùn)行監(jiān)測分析

      2022-05-25 13:30:46王恩輝
      黑龍江水利科技 2022年4期
      關(guān)鍵詞:趾板心墻河床

      王恩輝

      (新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,烏魯木齊 830000)

      1 工程簡介

      新疆某混凝土面板壩位于河流出山口段,壩址區(qū)域呈基本“V”形,河床底寬8-16m,正常水位高程處谷寬約116m。水庫總庫容1.298×108m3,壩址區(qū)50年超越概率10%地震峰值加速度為0.2g,壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。最大壩高101m,壩長141.3m,寬高比1.3,下游壩坡在上部約1/3壩高設(shè)置10m寬上壩道路與交通洞相接。屬大(2)型工程,壩體為1級建筑物。

      大壩壩頂高程1934.50m,,上游混凝土面板坡比1∶1.6,下游采用混凝土網(wǎng)格干砌石,坡度為1∶1.5,下游壩坡1904m高程以上設(shè)置10m寬上壩公路,1904m高程以下采用交通洞方式與上壩公路相接,同時在1890.00、1870.00m高程各設(shè)置一道2m寬的馬道,下游壩坡整體綜合壩坡1∶1.86。

      2 壩體型設(shè)計

      該工程考慮河谷底部狹窄,機(jī)械設(shè)備難以展開,河谷趾板開挖難度大,設(shè)計充分利用了瀝青混凝土心墻壩設(shè)計機(jī)理,將壩體上游圍堰與壩體結(jié)合設(shè)置剛性薄壁混凝土心墻作為上游圍堰防滲體和壩體底部永久防滲體,剛性心墻頂部與壩體上游防滲面板連接。剛性心墻采用現(xiàn)澆型式,基礎(chǔ)位于河床堅硬的巖石上,頂高程1860m,最大高度26.5m,頂寬3m,上游側(cè)為垂直坡,下游坡度1∶0.172,剛性心墻通過3.0m寬連接板與河床趾板相接,墻體縱向10m設(shè)一條垂直伸縮縫[1]。

      壩體上游截流堤頂高程1850m,自戧堤頂下游邊線采用1∶2.5坡至剛性心墻頂高程1860m,填筑料質(zhì)量要求和碾壓標(biāo)準(zhǔn)同大壩主堆石料,坡比1∶2.5。上游圍堰設(shè)計頂高程1873m,剛性心墻下游側(cè)采用壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)控制,上游壓蓋坡度1∶2.5。其中高程1860m以下為剛性心墻防滲,1860m以上利用河床防滲面板與岸坡趾板相連兼做固坡和防滲。

      大壩填筑料分混凝土面板上游壓蓋區(qū)和混凝土面板下游壩體填筑區(qū),壓蓋區(qū)分別為壓重區(qū)和鋪蓋區(qū),填筑區(qū)自上游向下游依次為砂礫石墊層、砂礫石過渡層、主堆石區(qū)、下游次堆石料區(qū)。壩體填筑料除下游次堆石料區(qū)采用建筑物爆破開挖利用料外,其余均采用砂礫石料填筑,其中主堆石區(qū)采用砂礫石全料,碾壓滲透系數(shù)控制在10-2-10-3cm/s;墊層料、過渡料采用砂礫篩分料,碾壓滲透系數(shù)控制在10-3-10-4cm/s。

      混凝土面板采用C30鋼筋混凝土,板厚0.3-0.65m,河床部位板寬12m,兩岸坡板寬6m,板縫內(nèi)設(shè)置底部止水銅片及表層GB止水。

      為減少岸坡開挖,工程岸坡趾板設(shè)置貼坡式趾板,水平段長3.0m,岸坡上貼坡長度根據(jù)承受水頭劃分為3-4m。河谷趾板與剛性心墻墻之間設(shè)置3.0m寬混凝土連接板,協(xié)調(diào)趾墻與趾板之間變形。

      圖1 大壩典型剖面圖

      為提高岸坡部位填筑料壓實度,降低變形量,將兩次岸坡處砂礫墊層料和過渡料下游延伸10-70m;同時考慮趾墻下游與巖石陡坡之間間距較小,不便于分區(qū),全部采用墊層料填筑。

      3 壩體運(yùn)行狀態(tài)分析

      本工程壩體于2010年初開始填筑,2011年11月30日填筑到頂。水庫于2012年7月28日下午下閘蓄水,8月3日水位達(dá)到1923m高程,溢洪道開始過水,8月8日達(dá)到水位1927.2m,后因左岸古河槽滲水于2012年10月11日水庫開始放水,至2012年11月1日水庫基本放空,進(jìn)行古河槽防滲墻處理。2014年二次蓄水至今基本保持在正常蓄水位附近運(yùn)行。

      3.1 壩體內(nèi)部變形

      選取河床高填筑壩段設(shè)置水管式沉降儀和引張線式位移計,監(jiān)測壩體內(nèi)部變形,自2011年底至今內(nèi)部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)相對較穩(wěn)定,沉降變形等勢線圖見圖2,最大沉降變形發(fā)生在壩軸線下游的次堆石區(qū),最大沉降量492mm,沉降量占填筑壩高0.5%,且已趨于穩(wěn)定。

      圖2 壩體內(nèi)部沉降變形等勢線圖

      根據(jù)監(jiān)測資料分析,施工期、竣工期壩體均產(chǎn)生自中軸線向兩邊的順河向水平位移,并在中軸線兩側(cè)達(dá)到峰值區(qū);庫區(qū)蓄水后,壩體向下游的水平位移量明顯增加,向上游的水平位移減小;但整體位移量均不大,最大水平位移量均發(fā)生約占壩體1/2壩高的中軸線偏上游側(cè),蓄水前為向上游偏移35.3mm,蓄水后向下游偏移45.9mm。

      壩體順壩軸線向水平位移,由布置于壩體兩岸坡的2點(diǎn)式位移計監(jiān)測,位移計布設(shè)高程1910m的壩軸線上,壩體填筑過程中,縱向位移緩慢增長,2011年11月30日大壩填筑到頂后,壩體縱向位移開始趨于穩(wěn)定,水庫開始蓄水后,壩體內(nèi)部縱向位移均有少量增長,但增加幅度很小,最大變化3.11mm。右側(cè)監(jiān)測數(shù)據(jù)較左側(cè)較左側(cè)偏大,目前已趨于穩(wěn)定,監(jiān)測數(shù)據(jù)40.28mm。壩體內(nèi)部縱向位移受壩體填筑高度及壩體內(nèi)部沉降影響較大,水庫蓄水對壩體內(nèi)部縱向位移影響甚微。

      3.2 壩體滲流

      在剛性心墻底部帷幕灌漿前后布置了3只滲壓計,其中1支于帷幕前,2支位于帷幕后,順河向沿主河床基巖線間隔40m布設(shè)1支滲壓計,監(jiān)測壩體順河向揚(yáng)壓力變化,另在兩岸坡及河床趾板下游共布設(shè)6支滲壓計,監(jiān)測趾板結(jié)構(gòu)縫止水效果。水庫初次蓄水前后心墻帷幕前后的滲壓計與庫水位基本同步,趾板后滲壓計與庫水位相差約20m水頭,壩基滲壓計測值很小,最大14.35kPa,壩后量水堰測值最大為25L/s。水庫2次蓄水后心墻底部上游側(cè)部位滲壓計損壞,其余滲壓計測值較初次蓄水變化不大,同時都隨庫水位的變化有所變化,壩后量水堰測值在12.1L/s-18.6L/s。由此可見壩體滲漏量不大,剛性心墻、趾板及面板整體防滲效果良好[2]。

      3.3 面板應(yīng)變

      在壩體中間主河床部位混凝土面板沿高程設(shè)置2向應(yīng)變計,監(jiān)測面板應(yīng)變情況。從監(jiān)測成果看蓄水前面板水平向及順坡向應(yīng)力應(yīng)變均以拉應(yīng)變?yōu)橹?,水平向最大值?2.79με,順坡向最大值77.42με,蓄水至正常蓄水位時混凝土面板受水壓力作用,水平向及順坡向均測得壓應(yīng)變值,最大壓應(yīng)變位于河床底部,最大值為-241.59με,混凝土面板應(yīng)變量較不大,面板工作正常。

      3.4 結(jié)構(gòu)縫開合度

      1)面板縫:

      根據(jù)埋設(shè)的混凝土面板板間縫測縫計監(jiān)測成果,在首次蓄水前板間縫均呈張開狀態(tài),但開合度較小,均在1.0mm以內(nèi),且變幅很小,開合度變化量在0.5mm以內(nèi)。2012年 7月28日開始蓄水至8月5日達(dá)到最高水位期間,板間縫開合度略有增加,但變幅變化為超3.0mm,蓄水至穩(wěn)定后開合度基本保持穩(wěn)定。板間縫開合度隨水位起伏略有變化,變幅在0.5mm以內(nèi),均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

      2)周邊縫:

      趾板澆筑過程中,在岸坡趾板、河床趾板、剛性心墻與連接板、連接板與趾板之間共設(shè)置10支向測縫計。但水庫蓄水發(fā)現(xiàn)剛性心墻與連接板間測縫計損壞,由于測縫計處于上游蓋重料下部,無法進(jìn)行更換,未能對剛性心墻頂部開合度進(jìn)行監(jiān)測。其余測縫計在兩次蓄水前后開合度基本穩(wěn)定,岸坡周邊縫水平張開均不超20mm,沉降不超25mm;連接板與趾板結(jié)構(gòu)縫水平張開不足10mm,沉降約53mm均,其結(jié)構(gòu)開合度均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

      4 結(jié) 語

      項目建設(shè)采用上游圍堰和壩體的結(jié)合,設(shè)置剛性心墻作為壩體永久防滲兼做圍堰防滲體的方案,即解決了河谷底部場內(nèi)狹窄施工機(jī)械難以布置的困局,同時克服了狹窄河谷趾板開挖難以協(xié)調(diào)的復(fù)雜性,優(yōu)化了面板整體體型改善面板受力。從運(yùn)行幾年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)反映,壩體變形、滲流、面板應(yīng)力應(yīng)變及結(jié)構(gòu)縫的開合度均在設(shè)計允許范圍內(nèi),壩體運(yùn)行正常,不僅為該工程的設(shè)計、施工提供了可靠依據(jù),其研究成果也加深對面板堆石壩壩體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的深入研究,可對以后類似工程提供一定的參考借鑒。

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