江边拦河闸深覆盖层坝基沉降监测资料分析

杜雪珍，朱锦杰，邢林生

(国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州 310014)

1 概述

江边水电站枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、发电系统三大部分组成，是一座以发电为主的低闸高水头引水式电站，电站总装机容量330 MW.水库正常蓄水位1 797 m，死水位1 789 m，日调节库容90.6万m3.拦河闸坝自左至右依次为左岸混凝土挡水坝段、冲砂闸段、泄洪闸段、右岸混凝土挡水坝段和右岸岸坡粘土心墙堆石坝段，见图1.坝顶全长179.10 m，坝顶高程1 799.50 m，最大闸坝高27.5 m.2008 年元月15日主体工程正式开工，混凝土坝段于2009年4月开始浇筑，2010年6月浇筑至坝顶高程1 799.50 m，于2011年1月15日下闸蓄水.

拦河闸坝基础除1#～2#坝段左侧5 m宽位于基岩外，其余建于覆盖层上.闸址坝基覆盖层深厚，按岩性和埋藏条件分为5大层，自上而下依次为崩坡积碎石土、冲洪漂(块)卵(碎)石层、冲湖积砂质粉土、冲洪积卵(碎)砂砾、冲洪积卵(碎)石，最大深度约达110 m，因此坝基压缩变形问题为工程关注的焦点［1］.

2 坝基沉降监测布置

坝基沉降采用杆式沉降仪和几何水准法两种方法观测.

在 4#、5#坝段分缝处(闸右 0+21.5)和 6#坝段(闸右0+47.0)建基面上分别埋设1套4点式、2点式杆式沉降仪，编号为Mzb1，Mzb2，监测施工期及运行期坝基沉降.

在 4#冲砂闸坝段(闸右 0+001.5)、4#、5#坝段分缝处(闸右0+21.5)、5#泄洪闸坝段(闸右 0+35.0)和6#坝段(闸右 0+47.0)，高程 1 776.10 m混凝土底板上布置4个临时垂直位移测点，编号为LDls1～LDls4，监测施工期坝基沉降.

测点布置见图1和图2.

图1 坝基沉降监测布置立面图

图2 坝基沉降监测布置剖面图

3 坝基沉降监测资料分析

3.1 监测成果分析

临时垂直位移测点LDls1～LDls4，采用几何水准法观测，工作基点采用两坝头附近的施工期控制网点［2］，观测时段为2009年9月7日 ～2010年4月11日，仅观测近7个月，测值过程线见图3.

由图可见，各测点自2009年9月观测以来，坝基沉降随坝体浇筑高程的增高而增大，埋设初期沉降速率较大，之后逐渐减小，符合坝基沉降一般规律，2010年4月闸坝底板过水后停止观测，累积沉降最大分别为18 mm、25 mm、22 mm、34 mm.从变化趋势看，临时垂直位移测点测值呈收敛态势，但尚未完全稳定.

杆式沉降仪为钢弦式仪器，通过频率计测得频率值后转算成相应的位移量，正值表示伸长，负值表示缩短.Mzb1、Mzb2分别于2009年4月和7月开始观测，至2010年9月底，分别观测18个月、15个月，相对于最深锚固点的测值过程线见图4.

由图可见，且测值存在异常跳动现象，至2010年9月底，闸坝最大沉降量为 1.02 mm、4.17 mm，位移量很小，与坝体浇筑高程相关关系不明显.

3.2 对比分析

临时垂直位移测点LDls2与杆式沉降仪Mzb1(四点式)位于同一坝段(4#、5#坝段分缝处，闸右0+21.5)，临时垂直位移测点LDls4与杆式沉降仪Mzb2(二点式)位于同一坝段(6#坝段，闸右0+47.0)，两者位移可比性较高.

从量值上看，虽然临时垂直位移测点观测时段较杆式沉降仪短，但其测值是杆式沉降仪测值的10倍以上，可见两者位移相差较大，必有一者测值不可信.

技施阶段，曾采用三维有限元静力计算分析和动力计算分析闸坝和闸室基础变形，静力计算采用Biot固结理论的有效应力方法，骨架模型采用南京水利科学研究院双屈服面弹塑性模型;动力计算采用时程分析法，应用非线性等价粘弹性模型和逐步积分法模拟地震过程，分成若干时段进行分析.分析成果表明:

(1)坝基覆盖层变形以沉降为主，运行期最大沉降为9.9 cm.

(2)闸底板变形主要表现为沉陷，竣工期最大沉降为5.3 cm，运行期最大沉降为8.9 cm.

根据理论计算成果，初步判断杆式沉降仪测值可靠性较差.

3.3 测值失真原因分析

杆式沉降仪主要由沉降板、传感器、传递杆、锚头等组成，本工程杆式沉降仪组采用一点一孔钻孔埋设法.经分析，杆式沉降仪测值失真的原因可能有:

(1)杆式沉降仪组上方的混凝土块尺寸较小，相对于整个工程覆盖层而言，仅起到点的作用，而无面的效果;

(2)施工工艺存在问题，沉降板、传感器安装槽均为混凝土结构，约2 m，浇筑在一起后形成整体，测不出这部分土层的沉降位移;

(3)传感器预拉工作较精密，现场施工难度大、工期紧，可能导致预拉效果欠佳;

(4)由于测孔较深，最长达70 m，直径为Φ32 mm的传递杆本身发生弯曲变形，使得测值减小;

(5)在钻孔内放置了2段各4 m的PVC管保护，在坝基固结灌浆时，浆液可能流入将传感器封堵;

(6)锚固点为1 m厚、直径Φ1 m的固结圈，锚固效果可能不明显.

通过以上分析，埋设在深覆盖层内的杆式沉降仪安装埋设工艺要求较高，任一环节存在不足，均可能导致沉降仪测值失真.

4 结语

监测资料分析成果表明，本工程施工期实测坝基沉降最大约3.5 cm，虽然观测时段不长，但2010年4月闸底板过水时，相应坝段已浇筑至坝顶，基本涵盖整个施工期，后期沉降变形量总体不大，可见实测坝基沉降值小于竣工期闸底板理论计算沉降值.但杆式沉降仪测值失真，无法正常监测运行期坝基沉降，仅能通过坝顶沉降测点进行换算.

今后，在观测深覆盖层坝基沉降时，应在施工期抓住有利时机，尽早安装水准测点，利用施工控制网，采用几何水准法进行监测，并采用分期安装水准标心的方法监测施工期及运行期基础沉降位移，以尽可能多的获取坝基沉降位移.

［1］中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL5108－1999混凝土重力坝设计规范［S］.北京:中国电力出版社，2000:35－42.

［2］中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T5178－2003混凝土坝安全监测技术规范［S］.北京:中国电力出版社，2003:19－20.