混凝土面板堆石壩的監(jiān)測、運行和維護分析

王 丹，張呈岳，何 鵬

（重慶永渝檢驗檢測技術(shù)有限公司，重慶 400061）

近年來，混凝土面板堆石壩表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢和市場競爭力，贏得快速發(fā)展的機遇，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。現(xiàn)階段，不乏壩高超過100m的混凝土面板堆石壩，世界上最高的面板堆石壩壩高已超過200m。我國的混凝土面板堆石壩發(fā)展始于20世紀80年代中期，自引入以來得到快速發(fā)展，成為我國八九十年代以來主要壩型之一。目前，混凝土面板壩主要涉及軟硬巖堆石壩、砂卵石面板壩等。據(jù)調(diào)查，混凝土面板堆石壩贏得飛速發(fā)展的主要原因是其可就地取材，施工工藝簡單、便捷。堆石體具備極強的抗剪能力，能夠穩(wěn)定抵抗內(nèi)部沖刷、有極強的抗震性。同時，其整體運行既安全、可靠，方便維護及日后的檢修工作。伴隨面板堆石壩的不斷發(fā)展，相應的監(jiān)測面板堆石壩運行的技術(shù)也發(fā)展得越來越快，大力支持著面板堆石壩的運行與維護。

1 工程概況

某水庫在某省市的沿江街道境內(nèi)，與市中心相距6km左右，總域面積約35.06km2。主流大溪屬于某江流域水系，沿途有15條小溪匯入，形成一種枝狀結(jié)構(gòu)。在該樞紐工程中，包含溢洪道、泄洪輸水洞、攔河大壩、水電站等工程。其中，攔河大壩為鋼筋混凝土形式的面板堆石壩壩型，壩高最大值為35.4m，總壩頂長410m，總壩頂寬7m，上游與下游的壩坡都是1∶1.4。運行正常時，水庫蓄水位為45.0m，規(guī)劃洪水位為46.90m，相應的校核為48.86m，死水位保持17.5m。整個水庫具有（107×3.152）m3的總庫容，分別有（107×2.46）m3的調(diào)節(jié)庫容、（107×1.222）m3的調(diào)洪庫容、（107×2.12）m3的死庫容，并且以0.78為庫容系數(shù)，屬于多年調(diào)節(jié)類型的水庫。該水庫建設工程中，在砂卵礫類型的覆蓋層上，直接建設鋼筋混凝土形式的面板堆石壩。該水庫于2004年7月開工，2005年開始填筑壩體。從2006年1月到9月初，在壩基基礎及壩體內(nèi)部一共埋設設10只孔隙鋼弦式水壓力計、8只沉降儀。該水庫在2006年11月至2007年1月間，完成混凝土面板工程中的滑模施工環(huán)節(jié)。2007年3月到4月，在壩體四周一共安裝8個縫測縫計測點、14只水利TS型位移計。2007年4月，水庫開始蓄水并運行。2007年3月到8月，完成填筑防浪墻工程及其46.0m以上的工程。2007年9月，填筑壩體到49.10m，并完成最后的壩體填筑工作。接著，在壩體開始設置、安裝表面觀測標點、下游壩體滲流管道、滲流繞壩測壓管，并陸續(xù)做完相應樞紐工程。2009年6月中旬，該水庫工程順利通過竣工驗收。截至2012年底，自動化工程改造完成，四周加裝測縫計、水管式沉降儀、孔隙水壓力計、測壓管等。相應的人工觀測繼續(xù)維持現(xiàn)狀，采用人工測讀形式觀測壩體表面的日常變形。

2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

該工程中的混凝土面板壩屬于國內(nèi)最早一批直接在巖石深厚覆蓋層上建造而成的一種現(xiàn)代化的混凝土面板堆石壩工程。在該水庫工程中，采用CFRD系統(tǒng)下的原型觀測，涉及變形、滲流這兩部分的觀測內(nèi)容，且控制測點少又精。在壩體內(nèi)部，沿著豎直方向，分3層一共布置8個位移觀測點；針對壩基孔隙，在3個剖面上均有布置水壓力儀，10只孔隙水鋼弦式壓力計；在四周的測縫計上，布置8個測點；在壩頂、防浪墻上，分別布置表面位移點7個、馬道表面位移點6個；在壩下游位置，針對坡腳覆蓋層，一共埋設滲流測壓管4根，針對右岸山坡，一共埋設滲流繞壩測壓管3根。

自2007年4月開始蓄水至今，大壩經(jīng)受住多次臺風災害。為進一步改善水質(zhì)、嚴格檢查安全性，在2009年8月，該水庫曾放空庫水后重新蓄水，在2010年安全度過4次臺風。在一臺風時期，在預先進行泄洪棄水條件下，其仍有高達46.66m的庫水位，在正常蓄水位以上1.66m，靠向設計的50年一遇級別的洪水位。

3 運行監(jiān)測分析

2008年4月，筆者曾總結(jié)、分析了該大壩中埋設的觀測儀、整個施工監(jiān)測資料。當該水庫升至最高為46.66m的庫水位，而且接連210d持續(xù)保持超過44.10m后，在2012年3月也曾系統(tǒng)地分析2008年1月—2011年7月獲得的觀測資料。隨后，在2013年12月、2015年12月、2018年7月多次總結(jié)分析。文章的分析時間段是2018年8月1日—2020年2月15日，既有延伸以上幾次進行的總結(jié)分析內(nèi)容，又是第6次系統(tǒng)地分析該水庫大壩工程下的觀測資料。

3.1 四周縫變形

針對該水庫中的混凝土面板壩，通過二向測縫計組，觀測面板四周的縫變形。一共設置了8個測點，TS2、TS4、TS8現(xiàn)已失效，僅TS1、TS3、TS5、TS6、TS7可用。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，TS7測點出現(xiàn)的開合量最大，為0.29mm，同時測點TS3、TS6均呈現(xiàn)出零開合現(xiàn)象，故此面板四周的縫已經(jīng)大致穩(wěn)定了。

3.2 豎向上的內(nèi)部位移

針對豎向上的內(nèi)部位移，利用水管式沉降儀進行觀測測讀。考慮到時間持續(xù)長、水中雜質(zhì)多、通氣管常滯留水而堵塞局部通氣管等因素，個別測點可能在局部時段發(fā)生測值波動甚至突變問題而增大分析的難度，通常采取局部修正措施來補救。據(jù)研究分析，在2年以內(nèi)，沉降量最大點SG2、SG3均為0.8cm，而沉降量最小點SG4、SG7均為0.4cm，沉降量的平均值為0.587cm。這表明沉降量一直不大，已基本趨于穩(wěn)定。

3.3 表面壩體變形

在該水庫工程中，共設有20個混凝土面板壩表面位移觀測點。在壩頂共設置測點7個，均位于下游壩頂側(cè)；在馬道上共設置測點6個，均位于下游馬道側(cè)；在防浪墻上共設置測點7個，分別位于防浪墻底、頂部面板平臺。具體的觀測事項包括表面位置的豎、橫向水平出現(xiàn)的位移。通過視準線法、水準測量法展開觀測，文章重點分析橫向水平觀測位移數(shù)據(jù)信息。在該時段內(nèi)，有下移壩頂測點。唯有7#測點沒有發(fā)生位移，2#測點位移最大且向下移動8mm。在馬道測點，包含上下移、零移動。這些上移測點，極有可能是由于測量誤差引起的。而測點6#測點具有最大上移量，且具體的上移量為4mm，相對較小。鑒于此，經(jīng)判斷分析知大壩在橫向已基本趨于穩(wěn)定。

3.4 最終結(jié)果分析

綜合分析以上監(jiān)測資料，并結(jié)合該大壩表面縱、豎向發(fā)生的位移及關(guān)鍵的滲流分析資料等可得出以下結(jié)論：該水庫工程中，就混凝土面板壩而言，具體的變形發(fā)展大體上與壩體變形基本規(guī)律相符；現(xiàn)階段的表面形變、壩內(nèi)沉降、四周縫變形、內(nèi)部滲流等均顯示正常；該大壩具有理想的防滲墻防滲能力；該大壩變形在可控制的范圍內(nèi)，大致安全。

4 大壩運行與維護

針對該水庫運行過程，應嚴格執(zhí)行三防調(diào)度及“運行控制計劃”命令。就大壩表面，需要觀測橫向水平發(fā)生的位移、豎縱向位移，保持1次/月；孔隙水壓力、四周縫變形、壩內(nèi)豎向位移、滲流等，至少2次/周，全天候自動監(jiān)視觀測。每逢特殊時段，如汛期、暴雨、高水位等，還要更加密切地監(jiān)測，并且更嚴格地巡查管理。同時，每次巡查還應做好相應紀錄工作。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應及時匯報上級主管機構(gòu)及部門，及時、有效地維護保養(yǎng)。具體而言，主要涉及以下維護保養(yǎng)工作。

4.1 妥善處理混凝土面板出現(xiàn)的裂縫

若面板有裂縫問題，必須及時采取有效措施處理。一般使用環(huán)氧樹脂，表面涂抹均勻，將裂縫填塞完全。通常情況下，裂縫往往出現(xiàn)在面板上端，裂縫寬度為0.4～0.2mm，相應的深度在10mm以上。若趾墻交接岸坡的地方出現(xiàn)裂縫，必須及時清理，沖洗干凈裂縫部位，然后用混凝土砂漿及時回填。

4.2 妥善處理混凝土面板在夏季出現(xiàn)的問題

我國夏季高溫現(xiàn)象多發(fā)，混凝土面板暴曬在炎炎烈日下，容易出現(xiàn)變形、裂縫或流失止水填料問題。為有效避免以上問題，必須對混凝土面板采取降溫養(yǎng)護措施。一般會在面板上沿著該大壩縱向安裝φ100mm水管，并在該管的一定位置設置φ2mm小孔，通過高壓水泵向水管正常供水，以維持整個面板的濕潤度，做好降溫養(yǎng)護措施。

5 結(jié)束語

目前，專門針對混凝土面板形式堆石壩開發(fā)的運行監(jiān)測、維護技術(shù)，已經(jīng)達到較高的水平。為了更準確地監(jiān)測面板壩的實際運行情況，在安全監(jiān)測系統(tǒng)中，還應及時引進準確度高、更加自動化的技術(shù)。同時，還應推廣應用動態(tài)監(jiān)測，以動態(tài)監(jiān)測水庫工程的抗震性能，彌補散粒體結(jié)構(gòu)的不足。此外，伴隨電子計算機、網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展及普及，監(jiān)測系統(tǒng)也應逐步提高自動化水平，自動地實時收集、上傳、處理、甄別、準確評估混凝土面板壩的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，再提供給智能化的專家決策，最終達到面板堆石壩有效遠程監(jiān)測目的。最后，還應開發(fā)、研究分析處理這些安全監(jiān)測信息的智能化系統(tǒng)，以便及時采取措施妥善處理，更加高效地使用監(jiān)測資料，有效促進混凝土面板堆石壩的可持續(xù)發(fā)展。