金雞水庫瀝青混凝土心墻壩施工期監(jiān)測分析*

(1.重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160；2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074；3.重慶市忠縣興業(yè)水資源開發(fā)有限責(zé)任公司，重慶 404300)

1 引 言

瀝青混凝土心墻堆石壩在我國始建于20世紀(jì)80年代初期，為掌握其運(yùn)行性態(tài)和規(guī)律，指導(dǎo)工程施工、保證大壩安全運(yùn)行、反饋設(shè)計(jì)、提供科研依據(jù)，相關(guān)學(xué)者在瀝青混凝土心墻變形監(jiān)測資料分析領(lǐng)域做了大量研究工作。如榮冠等[1]根據(jù)茅坪溪土石壩近五年的施工期連續(xù)監(jiān)測，開展了瀝青混凝土心墻變形監(jiān)測資料分析，分析表明各項(xiàng)測值指標(biāo)變化正常，符合土石壩變形規(guī)律；王科峰等[2]根據(jù)尼爾基水利樞紐四年的施工期監(jiān)測，開展了瀝青混凝土心墻薄弱連接部位變形監(jiān)測資料分析，分析表明薄弱部位未見明顯異常滲流情況，心墻運(yùn)行正常。但結(jié)合工程地質(zhì)、環(huán)境、降雨、施工過程等因素開展的安全監(jiān)測資料分析較少。為此，本文綜合考慮以上因素，對(duì)在建的金雞水庫工程大壩滲流、瀝青混凝土心墻撓度及心墻與混凝土基座接縫變形、心墻溫度等監(jiān)測項(xiàng)目開展了工作，分析表明各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)符合大壩施工期變化規(guī)律，大壩施工質(zhì)量良好，可為下一步水庫蓄水驗(yàn)收及運(yùn)行提供科學(xué)指導(dǎo)。

2 工程概況及主要監(jiān)測內(nèi)容

金雞水庫工程位于重慶市忠縣，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水為主，兼有防洪等綜合效益的中型水利工程。水庫樞紐工程主要由擋水建筑物(主壩、副壩)、泄水建筑物、取水建筑物、導(dǎo)流放空建筑物等部分組成。主要擋水建筑物為瀝青混凝土心墻堆石壩，心墻厚度60～80cm，最大壩高37.2m，壩頂寬6m，壩頂長135m。壩頂高程514.5m。工程于2014年10月開工建設(shè)，2015年10月開始填筑主壩工程，大壩安全監(jiān)測儀器與設(shè)施，隨壩體填筑施工，逐步埋設(shè)安裝就位，現(xiàn)施工期已布設(shè)的監(jiān)測項(xiàng)目有壩體內(nèi)部(瀝青心墻撓度、心墻與混凝土基座接縫)變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、瀝青混凝土心墻溫度監(jiān)測、環(huán)境量(雨量)監(jiān)測以及視頻監(jiān)測等，具體設(shè)計(jì)情況見下表。水庫設(shè)計(jì)了0+058.4最大橫向監(jiān)測斷面和沿壩軸線縱向監(jiān)測斷面，其最大橫向監(jiān)測斷面壩體填筑和部分儀器布置情況如圖1所示。

圖1 壩0+058.4斷面壩體填料分區(qū)和部分監(jiān)測儀器布置 (單位：m)

金雞水庫瀝青混凝土心墻壩安全監(jiān)測項(xiàng)目表

注表中設(shè)計(jì)支數(shù)與已安裝支數(shù)欄數(shù)據(jù)不相等是由于大壩還未完工，有的監(jiān)測儀器還未安裝埋設(shè)。

3 施工期監(jiān)測成果分析

金雞水庫瀝青混凝土心墻堆石壩工程監(jiān)測資料全面準(zhǔn)確地反映了大壩在施工期的滲流、心墻的溫度、撓度及與混凝土基座接縫變形變化特征，同時(shí)監(jiān)測資料在反饋設(shè)計(jì)及指導(dǎo)施工方面也發(fā)揮了重要作用，現(xiàn)將施工期獲得的監(jiān)測成果分析如下。

3.1 滲流監(jiān)測資料分析

滲流監(jiān)測是為了掌握大壩滲流規(guī)律和在滲流作用下壩體的滲透變形。水庫施工期滲流監(jiān)測包括基巖、壩基、壩體滲流監(jiān)測，以下分別對(duì)其監(jiān)測資料進(jìn)行分析。

3.1.1 基巖滲流監(jiān)測

為監(jiān)測防滲帷幕的防滲效果，在河床及岸坡帷幕灌漿下游帶安裝了3支滲壓計(jì)。分別安裝在監(jiān)測斷面0+058.4高程466.0m處、0+030.0高程478.5m處、0+106.0高程487.5m處，其基巖安裝的部分滲壓計(jì)測值變化曲線圖如圖2所示。

圖2 基巖滲流監(jiān)測滲壓計(jì)SY4滲透壓力和降雨量變化曲線

降雨對(duì)施工期基巖滲透壓力變化影響明顯。從地勘資料可知，河床高程460.8m以上巖體滲透性以強(qiáng)透水為主，高程469.00m以上巖體滲透性以中等透水為主；左岸岸坡高程479.70m以上巖體滲透性以中等透水為主；右岸岸坡高程479.00m以上巖體滲透性以中等透水為主。滲壓計(jì)SY4安裝在最大斷面帷幕灌漿下游帶466.0m高程處，安裝部位巖石以強(qiáng)透水為主，從圖2可看出，變化曲線先上升后趨于穩(wěn)定，這是由于儀器安裝后降雨隨巖體下滲，且儀器安裝位置水分不易排出，從而導(dǎo)致滲透壓力先上升后趨于穩(wěn)定；滲壓計(jì)SY9、SY10分別安裝在左、右岸帷幕灌漿下游帶，安裝部位巖石均以中等透水為主，其滲透壓力變化與降雨關(guān)系協(xié)調(diào)，從而表明灌漿帷幕的防滲效果較好。

3.1.2 壩基滲流監(jiān)測

為了解瀝青混凝土心墻與基座交界面的沖蝕情況，在0+058.4監(jiān)測斷面建基面心墻下游側(cè)過渡料中、距離心墻下游28m、53m處安裝3支滲壓計(jì)，其布設(shè)示意圖如圖1所示。其壩基安裝的部分滲壓計(jì)測值變化曲線如圖3所示。

圖3 壩基滲流監(jiān)測滲壓計(jì)SY8滲透壓力和降雨量變化曲線

從壩基滲流監(jiān)測安裝的滲壓計(jì)反映的滲透壓力變化曲線圖可看出，壩基滲透壓力變化受降雨影響明顯，圖3滲壓計(jì)SY8滲透壓力曲線變化先下降后趨于平穩(wěn)，這是由于SY8距離防滲體下游53m靠近下游壩腳，下游壩腳有基坑，基坑排水，以致SY8滲壓計(jì)安裝部位沒有滲流或地下水，待大壩完建蓄水后壩體內(nèi)水位上升，滲壓計(jì)的測值向正方向變化，表明瀝青混凝土心墻與基座交界面施工良好。

3.1.3 壩體滲流監(jiān)測

為了解壩體滲流，目前在0+058.4監(jiān)測斷面482.0m高程距離心墻下游53m處、490.0m高程心墻下游表面處及距離心墻下游28m處安裝了3支滲壓計(jì)，剩余1支將隨主體工程進(jìn)度安裝埋設(shè)，其布設(shè)示意圖如圖1所示。由于各儀器測值變化相似，只展示了典型數(shù)據(jù)，其壩體安裝的部分滲壓計(jì)測值變化曲線圖如圖4所示：

圖4 壩體滲流監(jiān)測滲壓計(jì)SY7滲透壓力和降雨量變化曲線

目前尚處于施工建設(shè)期大壩未蓄水，從圖4壩體滲流監(jiān)測安裝的滲壓計(jì)反映的滲透壓力變化曲線圖可以看出，降雨是影響壩體滲壓變化的主要因素。

3.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測資料分析

3.2.1 心墻撓度變形監(jiān)測

瀝青混凝土心墻施工時(shí)，采用人工輔以機(jī)械攤鋪瀝青混凝土及兩側(cè)過渡料，按照規(guī)范[3]規(guī)定的碾壓程序進(jìn)行碾壓施工，心墻在施工期承受的荷載主要有自重和兩側(cè)的土壓力以及施工機(jī)械碾壓振動(dòng)力(活荷載)[4]。為了準(zhǔn)確掌握瀝青混凝土心墻施工后的傾角變化，采用單點(diǎn)傾斜儀法監(jiān)測瀝青混凝土墻撓度變形，目前在監(jiān)測斷面0+058.4心墻下游側(cè)表面480.0m、490.0m高程處安裝埋設(shè)了2支傾斜儀，布設(shè)如圖1所示。其監(jiān)測成果如圖5所示：

圖5 傾斜儀QX2、QX3傾角變化過程線

傾角向下游為正，向上游為負(fù)。從監(jiān)測成果圖5可看出，心墻在不同高程處的傾角變化幅度較小，向上下游側(cè)變化均在0.1°以內(nèi)。這說明心墻上下游側(cè)過渡料同時(shí)填筑施工心墻所受荷載對(duì)稱均勻，保證了心墻變形穩(wěn)定，提高了心墻施工期的穩(wěn)定性。其中監(jiān)測發(fā)現(xiàn)傾斜儀QX3在2016年1月4日心墻向上游傾斜了0.05°，隨后調(diào)取視頻監(jiān)測資料，發(fā)現(xiàn)2016年1月4日心墻下游單側(cè)堆石料破碎、碾壓，未與上游側(cè)同步進(jìn)行，造成心墻向上游傾斜了0.05°，在2016年1月5日上游堆石料攤鋪碾壓后恢復(fù)正常，目前測值向下游傾斜0.1°處于平穩(wěn)狀態(tài)，因此施工中根據(jù)此心墻撓度變形監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)在心墻施工方面采取相應(yīng)措施，對(duì)工程施工管理及防止心墻過大變形起了積極作用；傾斜儀QX2在2016年3月13日安裝后，14日測值向上游傾斜了0.02°，15日測值向上游傾斜增加到0.03°，16日測值向上游傾斜增加到0.04°，17日之后測值趨于平穩(wěn)狀態(tài)向上游傾斜0.04°，這是由于儀器埋設(shè)初期瀝青混凝土心墻溫度高變形較大，當(dāng)溫度下降趨于穩(wěn)定后變形趨于平穩(wěn)。QX3測得數(shù)據(jù)反映心墻在高程480.0m處向下游傾斜， QX2測得心墻在490.0m高程處向上游傾斜，此結(jié)果反映心墻未向一側(cè)傾斜，對(duì)心墻的穩(wěn)定更加有利，同時(shí)表明心墻與過渡料及堆石料間能協(xié)調(diào)變形，壩體選料合理，施工良好。

3.2.2 瀝青心墻與混凝土基座接縫變形監(jiān)測

為了解瀝青混凝土心墻混凝土基座連接部位的可靠性，同時(shí)配合壩基滲流監(jiān)測心墻與基座交界面的沖蝕情況進(jìn)行分析，在心墻與混凝土基座的交界面處安裝4支位錯(cuò)計(jì)，分別安裝在心墻上游側(cè)表面0+030.0監(jiān)測斷面495.0m高程處、0+055.5監(jiān)測斷面477.0m高程處、0+085.5監(jiān)測斷面477.0m高程處、0+106.0監(jiān)測斷面495.0m高程處，其位錯(cuò)計(jì)WC3變化過程線如圖6所示：

圖6 位錯(cuò)計(jì)WC3變化過程線

從圖6位錯(cuò)變化過程線可看出測值初期位錯(cuò)計(jì)變化過程線有微幅波動(dòng)，這主要是由于當(dāng)時(shí)心墻兩側(cè)壩施工進(jìn)度不一致，且儀器埋設(shè)初期心墻溫度較高易變形及施工機(jī)械在心墻附近活動(dòng)等因素影響所致[1]。監(jiān)測結(jié)果表明隨著壩體上升位錯(cuò)變化趨于穩(wěn)定，上部施工對(duì)其影響很小，儀器處于閉合狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全有利。

3.3 瀝青混凝土心墻溫度監(jiān)測資料分析

瀝青混凝土心墻溫度監(jiān)測采用耐高溫溫度計(jì)進(jìn)行，主要是為了監(jiān)測瀝青混凝土心墻在施工后溫度的消散情況，以及蓄水期、運(yùn)行期防滲墻溫度場的變化，同時(shí)可配合溫度對(duì)心墻變形及裂縫的影響進(jìn)行分析。目前在0+058.4監(jiān)測斷面480.0m、490.0m高程處心墻中間安裝了2支溫度計(jì)，其布置如圖1所示，溫度計(jì)WD3監(jiān)測成果如圖7所示。

圖7 溫度計(jì)WD3溫度變化曲線

瀝青混凝土攤鋪后的溫度變化與攤鋪時(shí)環(huán)境溫度、風(fēng)向及風(fēng)速，以及與上一層攤鋪間隔時(shí)間等很多因素有關(guān)[5]。為了準(zhǔn)確掌握瀝青混凝土心墻的溫度變化，在瀝青混凝土心墻中間埋設(shè)高溫溫度計(jì)，心墻溫度變化歷程曲線如圖7所示。現(xiàn)場測得混凝土出機(jī)口溫度為152～178℃，鋪筑密實(shí)后的溫度為130～143℃，考慮到電纜耐溫情況，溫度計(jì)在瀝青混凝土心墻攤鋪壓密實(shí)3h后鉆孔埋設(shè)，監(jiān)測部位攤鋪厚度20cm，施工環(huán)境氣溫13℃，西南風(fēng)2級(jí)。從圖7可看出從心墻攤鋪到碾壓密實(shí)，溫度變化非常快，3h降到57℃，碾壓后變化速度也很迅速，一個(gè)星期后降到38℃，后逐步降低趨于穩(wěn)定，目前溫度穩(wěn)定在18℃左右，此時(shí)測值主要反映壩體地溫的變化。從現(xiàn)已安裝的溫度計(jì)測值反映，心墻的溫度變化正常。

4 結(jié) 論

大壩安全監(jiān)測對(duì)了解大壩運(yùn)行規(guī)律及發(fā)展趨勢具有十分重要的意義，是反映施工質(zhì)量、改進(jìn)施工技術(shù)的重要措施，也是保證大壩安全、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果、發(fā)展壩工理論的有效手段。大壩施工期間隨著施工進(jìn)度同步安裝監(jiān)測設(shè)施，開展監(jiān)測工作，獲取監(jiān)測資料，對(duì)保證大壩的施工質(zhì)量或安全具有重要意義，對(duì)大壩的運(yùn)行管理具有重要指導(dǎo)作用。金雞水庫施工期監(jiān)測獲得了大量監(jiān)測資料，為及時(shí)了解大壩工作狀態(tài)和指導(dǎo)現(xiàn)場施工發(fā)揮了積極作用。根據(jù)施工期監(jiān)測資料的分析可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：?壩體、壩基防滲效果較好，施工期大壩的滲流主要受降雨影響；?施工期瀝青混凝土心墻力學(xué)性能及變形受其施工溫度影響明顯，心墻溫度趨于穩(wěn)定；?心墻上下游側(cè)同時(shí)施工，可使心墻所受荷載對(duì)稱均勻，心墻施工期的穩(wěn)定性提高，心墻與過渡料及填筑料間能協(xié)調(diào)變形，大壩工作狀態(tài)良好； ?監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)后期大壩評(píng)價(jià)工作有一定的參考價(jià)值；后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)大壩在首次蓄水期及運(yùn)行期的監(jiān)測，并及時(shí)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。