積石峽水電站采用浸泡法加速壩體預沉降的工程措施與效果

王思德

（青海黃河上游水電開發有限責任公司 青海 西寧 810001）

1 工程概況

積石峽水電站位于青海省循化縣與民和縣交界的黃河干流上，是黃河上游規劃的第五座大型梯級電站。水庫正常蓄水位1856m，總庫容2.94億m3，為日調節水庫，壩后式廠房裝機容量1020MW。擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1861m，壩頂長度314.288m，寬度9.80m，最大壩高101m。大壩上游坡比1∶1.4，下游設“之”字型馬道，馬道間壩坡上部為1∶1.4，下部為1∶1.3。

壩體填筑分區從上游至下游依次為墊層料2A（周邊縫處為特殊墊層料2B）、過渡料3A、排水料3E、主堆石壩料3BⅠ、3BⅡ、下游堆石料3C及下游卵石護坡3D，其中2A、2B、3A和3E均為砂卵石篩分料，主、次堆石料3BⅠ、3BⅡ、3C均為左、右岸壩區開挖料。壩內設“L”型排水區，其中垂直排水區位于過渡料3A與主堆石料3BⅠ之間，水平排水區底部高程為1785m，高4m。

2 采用浸泡法加速壩體預沉降方案的緣由

（1）根據積石峽上游公伯峽混凝土面板堆石壩運行期大壩沉降觀測資料分析，水庫蓄水后壩體沉降主要來自壩內浸潤線以下部位：公伯峽壩內滲流水面高程約為1902m，接近下游量水堰堰頂高程[1]。EL.1907m沉降測點至基巖面壩體填筑厚度23.7m，蓄水后（截止2007年3月底，下同）相對壓縮量70mm，壓縮率為0.29%；EL.1907m至EL.2003.68m（最高沉降測點）填筑厚度96.68m，蓄水后相對壓縮量50mm，壓縮率為0.05%，浸水部分壩體的壓縮率比上部干燥區的壓縮率大6倍左右。如積石峽大壩在施工期對壩體進行浸泡促進預沉降，勢必可以大大減少水庫蓄水后的壩體沉降量。

（2）積石峽大壩主、次堆石料的巖性主要為白堊系礫石、中細砂巖和泥質粉砂巖，飽和抗 壓 強 度 33MPa～123MPa， 軟 化 系 數0.29～0.88，屬中等硬度偏軟巖石。清華大學對開挖料筑壩可行性研究結論是：開挖料可以作為主堆石料，但位于壩體浸潤線以下的壩料會產生一定的濕化變形，壩料濕化變形會導致混凝土面板的撓度增加，導致面板順坡向壓應力、水平向拉、壓應力和部分面板周邊縫張開度增加，因此建議在澆筑面板前進行壩體泡水，減少濕化對面板的不利影響。

（3）西北地區已建的面板堆石壩的混凝土面板普遍裂縫較多。眾所周知，導致面板裂縫的影響因素復雜，除高寒、干燥等氣候因素外，諸多施工因素也是造成面板裂縫的原因[2]。要建一座面板裂縫較少的高質量的面板堆石壩，就是要盡可能消除導致面板裂縫的各種不利因素。在澆筑面板前對壩體下部進行充水浸泡，使壩體沉降比較充分，盡量減少蓄水后的面板變形即是面板防裂的措施之一。

3 壩體浸泡時機的選擇

壩體浸泡的合適時機是壩體填筑到頂（即防浪墻底部高程1857m，下同）和混凝土面板澆筑之前。但西北高寒地區浸泡期還應避開寒冬季節，以防壩面混凝土擠壓墻和墊層料遭受凍脹破壞。積石峽大壩河床段及其右側2009年8月7日已經填筑到頂，然后填筑左側壓力鋼管上平臺（EL.1834.5m）以上的壩體，計劃于同年9月底填筑到頂。如9月底再開始充水浸泡，要到12月中旬才能退水完畢，退水后期處于隆冬季節，壩面受損的風險極大。所以決定9月上旬開始壩體充水浸泡，此時壩體左側1/4范圍離壩頂僅差8m左右，對壩體沉降量的影響不大。壩體充水過程，左岸填筑繼續進行，壩內充水至最高水位時，壩體全斷面同時填筑到頂[3]。

4 壩體浸泡高程的確定

根據公伯峽面板壩運行期壩體沉降規律及清華大學壩料濕化試驗成果，壩體浸泡高程可依據下述三個原則選定：

（1）浸泡高程越高越好；

（2）浸泡高程宜接近大壩運行期壩內浸潤線高程；

（3）浸泡期間相鄰建筑物的擋水高程。

壩體浸泡前壩下量水堰堰板已經安裝，堰頂高程為1787.55m，壩內水平排水體的設置高程為1785m～1789m，據此可以預計運行期壩內浸潤線高程略高于1787.55m，9月上旬壩下廠房3#機組段上游擋墻澆筑高程為1785.50m。根據上述條件，確定壩體浸泡高程為1785m。河床段趾板建基面高程1760m，壩軸線部位基巖高程1766m，大壩下游基巖高程1776m，浸泡區壩體平均填筑厚度約20m。

5 大壩浸泡期間的監測項目及檢測要求

5.1 監測項目

除大壩原有的變形監測、滲流監測、壓力監測、兩岸邊坡位移監測仍按常規頻次監測外，大壩浸泡過程重點監測項目為壩體上游基坑水位，壩內水位和壩體沉降監測。

上游基坑水位用設在趾板上的臨時水尺測量。壩內水位用滲壓計和電磁式沉降儀沉降管中的水位測量，測量精度為1mm。壩體沉降用電磁式沉降儀、水管式沉降儀和壩頂臨時觀測墩同時測量，以電磁式沉降儀測值為主，測量精度為1mm。

表1 壩體浸泡前后沉降比較表

圖1 壩內水位過程線和大壩累計沉降量曲線

5.2 監測頻次

壩體浸泡過程的壩內外水位和壩體沉降監測從壩體充水前5天開始至壩體退水完畢后5天結束，每天上午8:00定時觀測，監測成果當天上報給業主、監理、設計等相關單位。

6 壩體充水浸泡實施過程

本次壩體浸泡充、退水主要依靠設在河床段趾板內的4根φ150反滲排水管。排水管穿過趾板下游的墊層料區，滲水的花管段埋設在過渡料中，管外用濾網包裹，四周設置反濾，透水性良好。其次為通過大壩上游面的混凝土擠壓墻和墊層料、過渡料對壩體進行充水和退水。

6.1 基坑充、退水過程

所謂“基坑”是位于大壩上游面與上游圍堰之間的空間，壩體充、退水都由控制基坑水位來實施。基坑水位升降過程如下：

9月2日基坑停止抽排，通過上游圍堰等滲水，基坑水位由1761m開始上升，壩體開始充水浸泡。

9月11日開始用水泵將河水抽入基坑，加快提高基坑內水位和壩內水位。

9月25日基坑水位達到1787.3m，不再升高基坑水位，壩體充水歷時23天。

維持基坑水位1787m以上4天，9月29日基坑水位降至1787m以下。

11月5日基坑水位回落到1761m，退水歷時38天。基坑水位平均每天下降0.69m，一天最大降水幅度1.9m，砼擠壓墻表面并無異動現象。退水較快的原因是壩內各區壩料透水性較好，反滲排水管排水通暢，壩內水位隨基坑水位下降而迅速下降，實測壩內外水位差很小，大壩上游墊層和混凝土擠壓墻穩定無恙。

6.2 壩內水位充、退水過程

壩內水位從9月2日起隨基坑水位上升而同步上升，9月27日達到最高值1786.3m，達到最大水位的時間滯后基坑水位1天～2天。從滲壓計監測資料反映，9月22日至10月2日的10天內，壩內水位均高于1785m。11月5日基坑水位退至1761m，壩內水位滯后4天～5天才退至充水前水位。

7 壩體充水浸泡效果

積石峽壩體充水從9月2日開始，開始時基坑水位上升較慢，壩料也有一個浸潤濕化的過程，至9月8日起壩體沉降明顯加快。充水浸泡前壩體沉降量已在逐漸收斂，8月19日至9月8日20天內壩體沉降已減至10mm，壩體浸泡后沉降量迅速增加，9月8日至9月29日21天內壩體沉降100mm，9月28日起壩體開始退水，沉降量也逐漸減小，本次壩體充水浸泡促進預沉降的效果十分明顯[4,5]。

壩體充水浸泡前后的沉降量比較詳見表1和圖1。

8 結語

積石峽壩體充水浸泡促進預沉降的效果十分明顯，根據積石峽的經驗可以歸納以下幾點：

（1）壩體堆石料的巖性不能太硬，一般軟化系數較小的中等硬度偏軟或軟巖的濕化變形較大，壩體充水浸泡預沉降效果比較明顯。

（2）有條件時宜選擇壩體填筑到頂或接近填筑到頂時再充水浸泡，此時浸泡區壩料上部荷載較大，有利于提高濕化壩料的變形量。

（3）面板堆石壩運行期壩內浸潤線平緩，浸潤線稍高于壩下量水堰堰頂高程，所以壩體浸泡高程接近量水堰堰頂高程即可取得良好的效果。

（4）壩體沉降主要集中在充水期，建議壩內充水至最高水位時宜再浸泡3天～5天再退水較好。陜西水利

[1]陳樹聯,張雷,張群,等.公伯峽面板堆石壩壩體沉降變形規律分析 [J].水電自動化與大壩監測,2009,33（5）:56-60.

[2]左元明,張文茜,沈珠江.小浪底壩石料浸水變形特性研究[C].第一屆華東巖土工程學術大會論文集,1990.

[3]張偉,雷艷,蔡新合,等.積石峽水電站面板堆石壩濕化變形控制研究 [J].人民黃河,2014,36（3）:126-128.

[4]張偉,崔文娟,蔡新合,等.積石峽水電站面板堆石壩不均勻沉降控制措施 [J].西北水電,2013,142:13-15.

[5]蘇曉軍,權全,王進,等.面板堆石壩實測沉降分析與研究——以積石峽為例[J].水資源與水工程學報,2013,24（1）:115-118.