金沙江梨園水電站面板堆石壩初期運行性態分析評價

劉紹川，楊再宏

（1.水電水利規劃設計總院，北京，100120；2.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南省昆明市，650051）

0 引言

梨園水電站是金沙江中游河段“一庫八級”規劃的第三級電站，上游為尚未開發的龍盤、兩家人水電站，下游為已經建成發電的阿海水電站，壩址距麗江市公路里程180km。

電站開發任務以發電為主，工程規模為一等大（1）型，樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪沖沙洞、左岸引水發電系統等建筑物組成[1]。水庫正常蓄水位1618m，庫容7.27億m3，裝機容量4×600MW。

如圖1所示，工程面板堆石壩壩頂高程1626m，長度525m，寬度12m，上游側設4.2m高防浪墻。趾板基礎最低高程1471m，最大壩高155m。上游壩坡采用1:1.4，下游壩坡以高程1594m、1544m馬道為界分為三級：高程1594m以上坡比采用1:1.7，高程1594m、1544m以下均采用1:1.5。面板混凝土強度等級為C25，厚度0.40～0.81m。下游護坡以高程1594m馬道為界，下部采用干砌石，上部至壩頂1/5壩高范圍采用漿砌石。壩腳結合尾水渠邊墻設量水堰監測壩體滲流量。大壩總填筑方量820萬m3。

圖1 壩體分區斷面圖Figure 1 Typical dam zoning section

大壩于2011年8月開始填筑，2013年7月一次填筑到頂，2013年11月至2014年5月分兩期施工面板。工程于2014年11月蓄水，2015年6月蓄水至正常蓄水位。

1 主要技術難點和創新點

（1）工程地形地質條件復雜。壩址基巖主要為玄武巖，巖體卸荷裂隙發育，完整性差。兩岸第四系冰磧、崩積、坡積物廣泛分布，其中左岸壩前發育規模巨大的堆積體，左岸趾板基礎位于該堆積體的北緣[2]。左岸壩基高程1560m以下至河邊展布一順河向的緩坡堆積臺地，寬度80～150m，平均厚度20m，總方量約70萬m3，物質組成主要為碎塊石夾孤石，部分為碎塊石夾粉土，局部架空并存在廢棄的淘金坑道。經論證，左岸堆積體臺地保留作為堆石體基礎。

（2）抗震設計。工程壩址區地震基本烈度為7度。根據規范規定，大壩地震設防烈度在基本烈度基礎上提高1度，按8度設防，相應基準期100年超越概率2%和1%的基巖水平峰值加速度分別為0.284g、0.345g。為提高壩體抗震性能，設計采取了放緩下游壩坡、加強下游護坡、提高壩料壓實度、加強面板配筋、加強止水結構等一系列抗震措施。

（3）充分利用開挖料。根據工程料源條件，因地制宜確定壩料分區。壩料90%采用各建筑物開挖料，僅墊層料、過渡料及下游護坡石料由灰巖料場開采加工。其中，下游次堆石區利用電站進水口開挖的砂卵礫石料填筑[3]，總量約80萬m3，相應減少了料場開采量，節約了工程投資。

（4）提高壩料壓實度。按200m級面板堆石壩標準，要求主堆石料壓實孔隙率按小于20%控制，對碾壓過程采用數字大壩技術進行有效監控[4—5]。

（5）合理工期安排。采用壩體一次填筑到頂，再分兩期澆筑面板的施工方案。一、二期面板混凝土施工前，下部壩體預沉降時間分別達到了18個月和8個月。河床部位一期面板施工時混凝土最大垂直輸送高度達152m，溜槽斜長超過260m[4]。

（6）優化面板混凝土配合比。為提高混凝土耐久性和抗裂性，增加混凝土的和易性，面板混凝土中摻粉煤灰、聚乙烯醇（PVAF）纖維、氧化鎂和聚羧酸高效減水劑[4]。

（7）減小面板基礎面約束。面板施工前，對擠壓邊墻表面噴涂“兩油兩砂”，降低面板基礎約束。

（8）面板接縫表面采用涂覆型柔性止水結構[5]。經專題研究，在面板周邊縫、垂直縫表面塑性填料和三復合橡膠板之間增加單組分手刮聚脲涂層[6]，進一步提高面板表面接縫止水的可靠性。同時，取消死水位上部面板垂直縫和壩頂縫表面的三復合橡膠板，改用單組分聚脲復合止水涂層，相應取消不銹扁鋼壓條和固定螺栓。

2 大壩堆石體監測成果分析

2.1 壩體表面變形

壩體表面水平變形監測采用視準線法，垂直位移監測采用精密水準法。

監測顯示，大壩表面變形與堆石體填筑和蓄水過程緊密相關，隨填筑高程上升而持續增加，2013年7月壩體填筑到頂后表面變形即趨于平緩，2014年底蓄水初期大壩表面變形不同程度增加，但自2015年6月蓄至正常蓄水位后變形速率便逐步減緩，2017年以來變形已趨于收斂。蓄水后壩體表面變形以沉降變形和向下游水平位移為主，位移分布呈現河床中部大、兩岸小的分布特征，下游壩坡變形表現為下部順河向位移大而上部豎直向位移大的分布特點，總體符合堆石壩表面變形一般規律。

截至2017年5月：面板頂部（高程1621m）最大順河向累計位移為56.5mm（指向下游），最大垂直向累計位移為160.3mm，為蓄水后變形；下游壩坡最大順河向位移為168.9mm，最大垂直向位移為314.1mm，蓄水后中上部水平、垂直位移最大增幅分別為59.9mm和109.2mm；壩頂視準線（L5）于2015年8月29日開始觀測，截至目前最大順河向位移為28.5mm，而垂直向最大位移為44.7mm，以沉降變形為主。

2.2 內部沉降變形

為監測壩體內部沉降變形，分別在壩縱0+223m（A斷面）1544m、1569m、1594m高程，壩縱0+319m （B斷面）1520m、1544m、1569m、1594m高程，壩縱0+427m（C斷面）1569m、1594m高程布置了水管式沉降儀、引張線式水平位移計。

截至2016年6月23日，水管式沉降儀監測成果（如圖2所示）顯示：左岸A斷面累計最大沉降量為705.1mm（DBA-V10，軸距0+0，高程1569.0m），較蓄水前增加39.5mm；河床B斷面最大1173.8mm（DB-B-V14，軸距0+35，高程1544.0m），較蓄水前增加34.1mm；右岸C斷面最大619.2mm（DB-C-V4，軸距0+35，高程1569.0m），較蓄水前增加59.3mm。壩體內部沉降總體呈“中間大，兩側小”的分布規律，最大沉降量相當于壩高的0.76%。蓄水后河床中部、高高程部位沉降增長較為顯著，最大變化量為158.3mm，位于河床中部測點DB-B-V22（軸距0-41.6，高程1595.5m）。

引張線式水平位移計監測成果顯示：蓄水前壩體內部水平位移受大壩堆石體沉降擠壓影響，上游測點向上游變形，下游測點向下游變形；蓄水后由于上游水壓力作用，壩體內部指向下游的水平位移增加，且靠近上游和高高程部位的測點水平位移變化較為顯著，而靠近下游和低高程部位的測點水平位移變化相對較??；截至2016年6月9日，大壩內部累計水平位移介于-256.1～225.9mm之間（正值指向下游），蓄水后順河向水平位移增幅最大值，A斷面69.5mm，B斷面91.2mm，C斷面34.6mm（見圖3）。

總體來看，大壩內部沉降變形和水平位移的分布規律、變化過程符合面板堆石壩一般規律，壩體填筑過程中和蓄水后一年內變形增長較為明顯，2016年以來各點測值已趨于收斂，蓄水后沉降變形總體不大。

圖2 河床斷面實測沉降等值線圖Figure 2 Settlement contour of typical dam section

圖3 河床斷面實測水平位移等值線圖Figure 3 Horizontal deformation contour of typical dam section

3 混凝土面板監測成果分析

3.1 面板撓度變形

蓄水初期在水壓力作用下，面板發生向下游的撓曲變形，截至2017年8月電平器實測河床部位面板最大撓度值為26.3cm，2017年以來測值已基本穩定。

3.2 混凝土應力應變

蓄水初期混凝土應變計測值變化顯著，主要表現為壓應變增加，2015年初水位接近正常蓄水位以后測值便趨于穩定。截至2017年8月：應變計測值介于-380.7～123.7με之間，以壓應變為主；無應力計測值變化范圍在30～140με之間，顯示面板混凝土自身體積變形處于膨脹應變狀態。

3.3 鋼筋應力

面板鋼筋計應力蓄水前為-105.6～69.9MPa（正為拉、負為壓），蓄水后位于河床中下部的鋼筋計壓應力有所增加，而位于高程和兩岸周邊縫附近的鋼筋計拉應力有所增大。2017年5月實測鋼筋計應力介于-144.9～88.0MPa之間，除個別鋼筋計外，大部分鋼筋計應力測值平穩。

3.4 接縫變形

單向測縫計監測成果顯示，面板垂直縫最大接縫開度為17.7mm，發生在壩頂附近J-2，其余大部分面板垂直縫開合度介于-8.4～7.2mm之間，總體較小。

周邊縫三向測縫計實測開合度、錯動和沉降變形分別介于-9.4～17.9mm、-3.2～66.8mm、-47.5～7.5mm之間，最大變形發生在右岸面板與溢洪道引渠導墻接縫部位，過程顯示其測值變化主要發生在蓄水初期，蓄至正常蓄水位以后變形有減小趨勢。其余大部分測點接縫變形都在±20mm以內，總體不大。

4 滲流監測成果分析

4.1 滲流量

壩后量水堰自2014年12月26日過水以來，初期測到最大滲流量為64.2L/s，2015年8月以后滲流量逐漸減小，2017年以來基本穩定在30L/s上下，測值總體較?。ㄒ妶D4）。初步分析認為，滲流量減少主要與壩前鋪蓋粉細砂料和周邊縫粉煤灰填料的自愈封堵作用有關，反映大壩防滲體系工作正常。

4.2 壩基滲壓

河床壩基滲壓計測值增長主要發生在蓄水過程中，2014年12月下旬滲水通過量水堰（堰頂高程1511.0m）流出后滲壓測值穩定，最大滲壓水頭較蓄水前增加約34.0m。

圖4 壩后量水堰流量變化過程Figure 4 Leakage monitoring line at dam heel

5 運行檢修情況

梨園水電站蓄水前和蓄水過程中共發現面板裂縫110條，其中一期面板14條，二期面板96條，按設計要求進行了處理，此后歷年巡視檢查均未發現大壩有新增混凝土裂縫。

水庫蓄水后一年內庫區微小地震活動頻繁，后逐漸減少，由于震源較淺、震級較小，未對大壩造成明顯影響。

此外，由于左岸地面發電廠房緊靠下游壩腳布置，汛期機組發電流量與溢洪道泄洪回流疊加后，形成涌浪沖擊下游干砌石護坡，設計對壩腳采取了加強護坡措施。

6 綜合評價

梨園水電站面板堆石壩工程規模大，地形地質條件復雜，設計因地制宜，按照國內200m級面板堆石壩設計標準，圍繞壩體布置、壩料分區、基礎處理、面板混凝土防裂、接縫止水優化、抗震、施工工期安排及過程質量控制等采取了系統、全面和有效的工程措施，自2014年底蓄水以來工程已安全穩定運行五年。

監測成果表明：大壩沉降變形符合一般規律并已趨于收斂，蓄水后沉降變形總體較小，壩體最大沉降值約為1175mm，較蓄水前僅增加了35mm，沉降率0.76%；面板混凝土應力應變和鋼筋應力以受壓為主，垂直縫變形較小，除右岸面板與溢洪道引渠左導墻接縫部位外，周邊縫變形總體不大；壩基滲壓計測值基本穩定，壩后量水堰實測大壩滲漏量逐年減小，目前基本穩定在30L/s左右，屬于類似工程較低水平。

2018年10月、11月金沙江上游發生了“白格堰塞湖”險情，梨園水電站作為堰塞湖下游第一個建成運行的水電站，按照相關調度要求通過預先降低水位，有效攔截了潰堰洪水，阻斷了洪水對下游的影響，充分體現了水電工程的防災減災作用。水位消落和上升過程中，大壩運行平穩正常。

綜上，梨園水電站面板堆石壩初期運行性態良好，工程安全可靠。