新疆某電站非溢流壩段監測分析

田 偉

(新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

1 工程概況

新疆某水庫工程規模屬大(2)型，工程等別為II等。由攔河壩、泄水建筑物和發電引水系統及電站廠房等主要建筑物組成。最大壩高51m，水庫總庫容1．21億m3，裝機容量141MW。工程擋水建筑物(大壩)為混合壩型，壩長963．10m，壩頂高程為916．0m，防浪墻頂高程917．2m;最大壩高51m，壩頂寬度為8m。大壩左岸樁號0+000．00～0+496．00，為碾壓混凝土重力壩;樁號0+496～0+556為碾壓混凝土重力壩與粘土心墻壩結合段;樁號壩0+556．00～壩0+963．10，為右岸階地，采用粘土心墻壩。碾壓混凝土重力壩共分為30個壩段，一般壩段寬15米，采用永久橫縫。粘土心墻壩與碾壓混凝土重力壩，采用插入式連接方式。

碾壓混凝土重力壩，壩體上游面880．00m高程至壩頂916．00m高程為垂直面，880．00m高程至壩基為1∶0．2的斜坡面。壩體下游面908．667m以上為垂直面，以下由半徑為8．0m的園弧與下游1∶0．75的壩坡連接至壩基。壩基最低高程為866．20m。

該電站于2009年1月6日開始下閘蓄水，3月18日水庫水位達到912．07米，5月中旬、7月上旬、12月底，2009年庫水位4次達到912．0米。

2 非溢流壩段安全監測項目

2.1 變形監測

非溢流壩段(0+158．0m)斷面變形監測項目包括:位移監測;接縫、裂縫監測。在非溢流壩段(10壩段)866．2m高程，距基礎上游面2m處布置了1組4點式基巖變位計M2和1支裂縫計K12，以監測基巖變位情況和壩體混凝土與壩基的接縫情況。

2.2 滲流監測

非溢流壩段基礎上游面附近866．2m高程，安裝埋設了滲壓計P10。867．2m高程墊層與碾壓混凝土結合面中部，安裝埋設了滲壓計 P11。在874．0m高程壩體上游面，安裝埋設了滲壓計P12、P13、P14。

2.3 應力應變及溫度監測

應力應變及溫度監測項目包括:壩體混凝土應力應變監測、表面溫度、壩體溫度、壩基邊界及基巖溫度監測。在872．8m高程，距上游面5m處安裝埋設了S5-3應變計組。在874．0m高程，距上游面4m處安裝埋設了S5-4應變計組。在866．2m高程(基礎面高程)，沿基礎面從上游到下游布置了5支溫度計 T18、T19、T20、T21、T22。在 874．0m高程安裝埋設了3支壩體溫度計T23、T24、T25。在885．0m高程安裝埋設了3支壩體溫度計T26、T27、T28和5支壩面溫度計TS1～TS5。在898．0m高程安裝埋設了3支壩體溫度計T29、T30和1支壩面溫度計TS6。在910．0m高程安裝埋設1支壩體溫度計T31。在基礎面中間，安裝埋設了一組基巖溫度計Tr1、Tr2、Tr3、Tr4。非溢流壩段監測儀器布置方式如圖1所示。

圖1 非溢流壩段監測儀器布置圖

3 非溢流壩段監測分析

3.1 非溢流壩段變形監測分析

在非溢流壩段866．2m高程，距基礎上游面2m處布置了1組4點式基巖變位計M2(孔深10m、7．5m、5m、2．5m)和1支裂縫計K12，以監測基巖變位情況和壩體混凝土與壩基的接縫情況。

非溢流壩段(10壩段)K12、M2在安裝埋設后測值基本沒有變化，非溢流壩段在2007年7月6日開始進行固結灌漿后，K12張開了0．1mm。在灌漿壓力的作用下，由于軟弱夾層或者基巖較破碎，M2-1(10m)的錨固點下沉了 3．0mm、M2-2(7．5m)的錨固點下沉了3．6mm、M2-3(5．0m)的錨固點下沉了 3．3mm、M2-4(2．5m)的 錨 固 點 下 沉 了0．8mm。2007年7月份以后由于壩體繼續澆筑(荷載增加)，到2009年4月20日為止，M2-1壓縮了2．7mm，M2-2壓縮到了 0．4mm，M2-3 壓縮到了1．3mm，M2-4和基礎面安裝的K12基本沒有變化。由于混凝土已經澆筑到頂，從2009年4月到12月各測值已趨于穩定，見圖2。

3.2 非溢流壩段混凝土應力及溫度監測分析

872．8m高程，距上游面5m處安裝埋設了S5-3應變計組。在874．0m高程，距上游面4m處安裝埋設了S5-4應變計組(注:-1為上下游方向，-3為垂直方向，-5為左右岸方向)。

由監測數據可以看出:庫水位變化對測點應變變化基本沒有影響，測點應變變化主要受溫度影響。S5-3應變計組安裝埋設后，上、下游方向和左、右岸方向都處于較小的拉應變狀態，垂直方向處于壓應變狀態。2009年1月初到2009年12月底，三個方向的應變變化規律相同，而且應變變幅很小。測點處溫度變化范圍在12．0～15．2℃，上、下游方向應變在3～7με范圍內變化，左、右岸方向應變在-15～-20με范圍內變化，垂直方向應變在-44～-53με范圍內變化。S5-4應變計組，三個方向的應變變化規律相同，都處于較小的壓應變狀態。測點處溫度變化范圍在11．6～14．9℃，上、下游方向應變在-20～-30με范圍內變化，左、右岸方向應變在-5～-15με范圍內變化，垂直方向應變在-21～-28με范圍內變化。測值都在正常范圍內，見圖3。

圖2 M2、K12基礎變形過程線

圖3 S5-4五向應變計組應變過程線

圖4 非溢流壩段溫度監測成果圖

在圖4中，沒有括號的數據為最高溫度，有括號的數據為2009年12月底的測點溫度。非溢流壩段的最高溫度為37．0℃。

2007年4月下旬，在基礎面(866．2m)安裝埋設了1組基巖溫度計Tr1、Tr2、Tr3、Tr4，分別距基礎面10m、7．5m、5．0m和2．5m。安裝埋設后各測點溫度逐漸上升，2008年7月份到2009年底，基巖溫度緩慢下降。2008年底，Tr1、Tr2、Tr3、Tr4 的 溫 度 分 別 為:13．9℃、14．1℃、14．8℃ 和15．4℃。2009年底，Tr1、Tr2、Tr3、Tr4的溫度分別為:13．5℃、13．6℃、14．0℃ 和 14．4℃，見圖 5。壩基溫度主要受壩體混凝土澆筑水化熱產生熱量的影響而上升，溫度隨著基巖深度的增加而減小。

安裝埋設在基礎面的溫度計T18、T19、T20、T21、T22，安裝后溫度上升，但由于墊層混凝土澆筑較薄，且上層混凝土澆筑間隔時間較長，受環境溫度影響，最高溫度只達到最高值23℃，2007年7月初以后各測點溫度逐漸下降。2008年12月底，溫度分別為:13．1℃、15．6℃、17．1℃、14．9℃、12．3℃，中心溫度與上游溫差3．5℃。2009年12月底，溫 度 分 別 為:12．4℃、13．9℃、14．7℃、13．7℃、13．5℃，中心溫度與上游溫差 2．3℃。2007年8月中旬，在874．0m高程安裝埋設了4支溫度計:S5-4-1、T23、T24、T25，(S5-4-1為應變計兼測溫度)，安裝后溫度迅速上升，最高溫度達到30℃。2007年9月底以后各測點溫度逐漸下降。2008年12月底，溫度分別為:14．8℃、18．3℃、18．9℃、17．2℃。2009年 12月底，溫度分別為:11．6℃、15．3℃、15．7℃、14．7℃，見圖 6。2008年5月底，在898．0m高程安裝埋設了3支溫度計T29、T30、TS6，安裝后最高溫度達到 33．0℃。2008年12月底，溫度分別為:25．3℃、19．5℃、13．1℃。2009年 12月底，溫度分別為:13．7℃、13．8℃、8．6℃。2008年 7月底在 910．0m 高程安裝埋設了溫度計T31，入倉溫度24．0℃，最高溫度達到 37．0℃。2008年 12月底，溫度為 17．7℃。2009年12月底，溫度為14．5℃。測點溫度受后續混凝土澆筑熱量影響，碾壓混凝土總體有再次或連續升溫，且初次水化熱后降溫不太明顯。碾壓混凝土的降溫比較緩慢，壩體中心溫度降幅要小于周邊溫度降幅。

圖5 Tr1、Tr2、Tr3、Tr4基巖溫度過程線

圖6 S5-4-1、T23～25溫度過程線

在非溢流壩段上游面874．0～910．0m高程，每隔6m安裝了1支水庫溫度計 Tw1、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5、Tw6、Tw7，共7支。2009年底溫度分別 為:8．7℃、 8．0℃、 2．5℃、 2．9℃、 4．5℃、6．4℃、8．3℃。

在0+158．0m斷面(非溢流壩段)基礎上游面附近866．2m高程，安裝埋設了滲壓計 P10。在867．2m高程墊層與碾壓混凝土結合面中部，安裝埋設了滲壓計P11。在874．0m高程壩體上游面，安裝埋設了滲壓計P12、P13、P14。

到2009年12月底為止，監測成果表明，除安裝埋設在0+158．0斷面、866．2m高程基礎上游面附近P10的滲透壓力，隨庫水位上升而上升外，初步分析壩基與壩體結合處有細微裂縫存在，其他測點處的滲透壓力變化不大。截止2009年12月底庫水位上升到912．2m時，P10測點處的滲透壓力達到了 0．391Mpa。

4 結束語

到2009年12月底，在壩體自重荷載和水庫蓄水的作用下，非溢流壩段基礎壓縮量為2．7mm。三個方向的應變變化規律相同，都處于較小的拉或壓的正常應變狀態。混凝土內部最高溫度37．0℃，其他測點都在33．3℃以下。P10測點附近壩基與壩體之間有細微裂縫存在，滲透壓力達到了391KPa，其他測點的滲透壓力變化不大。綜上所述，通過對山口電站大壩應力應變、滲透壓力與壩體溫度等項目進行闡述與分析，結果表明大壩各項指標運行正常，水庫大壩處于安全狀態。研究結果為掌握大壩的工作性狀與加強大壩安全管理提供了重要科學依據。

［1］《混凝土壩安全監測技術規范》［S］DL/T5178-2003，中國電力出版社，2003．

［2］《混凝土壩安全監測資料整編規程》［S］DL/T5209-2005，中國電力出版社，2005．

［3］趙志仁．大壩安全監測設計．黃河水利出版社，2002．

［4］碾壓混凝土壩安全監測理論和方法［J］．水利學報，2002，9．