紫坪鋪面板堆石壩施工期沉降監測淺析

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 壩體內部沉降監測布置

壩體內部沉降監測布置了兩個監測斷面,分別位于樁號 DAM 0+251m及 DAM 0+371m,DAM0+251m為主測斷面。監測斷面上每 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監測斷面除沒有布置760m高程測點外,其余與 DAM0+251m主監測斷面相同。主監測斷面測點布置見圖 1。

圖 1 DAM0+251m監測斷面儀器布置

壩體內部沉降監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。

從本期監測中得出:(1)一期填筑最大沉降量出現在 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監測斷面 EL.790.0m高程各測點沉降過程線

從本期監測中得出:(1)760m高程最大沉降量出現在 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

從本期監測中得出:(1)本期最大沉降增加值為 296mm,出現在 V50測點上,是本期最大填筑高度處;(2)填筑區及下游側壩體比上游非填筑區沉降增加值大得多,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。