金雞水庫瀝青混凝土心墻壩施工期監測分析*

(1.重慶水利電力職業技術學院，重慶 402160；2.重慶交通大學 河海學院，重慶 400074；3.重慶市忠縣興業水資源開發有限責任公司，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80年代初期，為掌握其運行性態和規律，指導工程施工、保證大壩安全運行、反饋設計、提供科研依據，相關學者在瀝青混凝土心墻變形監測資料分析領域做了大量研究工作。如榮冠等[1]根據茅坪溪土石壩近五年的施工期連續監測，開展了瀝青混凝土心墻變形監測資料分析，分析表明各項測值指標變化正常，符合土石壩變形規律；王科峰等[2]根據尼爾基水利樞紐四年的施工期監測，開展了瀝青混凝土心墻薄弱連接部位變形監測資料分析，分析表明薄弱部位未見明顯異常滲流情況，心墻運行正常。但結合工程地質、環境、降雨、施工過程等因素開展的安全監測資料分析較少。為此，本文綜合考慮以上因素，對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、心墻溫度等監測項目開展了工作，分析表明各項監測指標符合大壩施工期變化規律，大壩施工質量良好，可為下一步水庫蓄水驗收及運行提供科學指導。

2 工程概況及主要監測內容

金雞水庫工程位于重慶市忠縣，是一座以農業灌溉、城鄉供水為主，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，2015年10月開始填筑主壩工程，大壩安全監測儀器與設施，隨壩體填筑施工，逐步埋設安裝就位，現施工期已布設的監測項目有壩體內部(瀝青心墻撓度、心墻與混凝土基座接縫)變形監測、滲流監測、瀝青混凝土心墻溫度監測、環境量(雨量)監測以及視頻監測等，具體設計情況見下表。水庫設計了0+058.4最大橫向監測斷面和沿壩軸線縱向監測斷面，其最大橫向監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斷面壩體填料分區和部分監測儀器布置 (單位：m)

金雞水庫瀝青混凝土心墻壩安全監測項目表

注表中設計支數與已安裝支數欄數據不相等是由于大壩還未完工，有的監測儀器還未安裝埋設。

3 施工期監測成果分析

金雞水庫瀝青混凝土心墻堆石壩工程監測資料全面準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，同時監測資料在反饋設計及指導施工方面也發揮了重要作用，現將施工期獲得的監測成果分析如下。

3.1 滲流監測資料分析

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

3.1.1 基巖滲流監測

為監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。分別安裝在監測斷面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測值變化曲線圖如圖2所示。

圖2 基巖滲流監測滲壓計SY4滲透壓力和降雨量變化曲線

降雨對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，安裝部位巖石以強透水為主，從圖2可看出，變化曲線先上升后趨于穩定，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，從而導致滲透壓力先上升后趨于穩定；滲壓計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系協調，從而表明灌漿帷幕的防滲效果較好。

3.1.2 壩基滲流監測

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監測斷面建基面心墻下游側過渡料中、距離心墻下游28m、53m處安裝3支滲壓計，其布設示意圖如圖1所示。其壩基安裝的部分滲壓計測值變化曲線如圖3所示。

圖3 壩基滲流監測滲壓計SY8滲透壓力和降雨量變化曲線

從壩基滲流監測安裝的滲壓計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SY8滲透壓力曲線變化先下降后趨于平穩，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滲壓計安裝部位沒有滲流或地下水，待大壩完建蓄水后壩體內水位上升，滲壓計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 壩體滲流監測

為了解壩體滲流，目前在0+058.4監測斷面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，剩余1支將隨主體工程進度安裝埋設，其布設示意圖如圖1所示。由于各儀器測值變化相似，只展示了典型數據，其壩體安裝的部分滲壓計測值變化曲線圖如圖4所示：

圖4 壩體滲流監測滲壓計SY7滲透壓力和降雨量變化曲線

目前尚處于施工建設期大壩未蓄水，從圖4壩體滲流監測安裝的滲壓計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 壩體內部變形監測資料分析

3.2.1 心墻撓度變形監測

瀝青混凝土心墻施工時，采用人工輔以機械攤鋪瀝青混凝土及兩側過渡料，按照規范[3]規定的碾壓程序進行碾壓施工，心墻在施工期承受的荷載主要有自重和兩側的土壓力以及施工機械碾壓振動力(活荷載)[4]。為了準確掌握瀝青混凝土心墻施工后的傾角變化，采用單點傾斜儀法監測瀝青混凝土墻撓度變形，目前在監測斷面0+058.4心墻下游側表面480.0m、490.0m高程處安裝埋設了2支傾斜儀，布設如圖1所示。其監測成果如圖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。從監測成果圖5可看出，心墻在不同高程處的傾角變化幅度較小，向上下游側變化均在0.1°以內。這說明心墻上下游側過渡料同時填筑施工心墻所受荷載對稱均勻，保證了心墻變形穩定，提高了心墻施工期的穩定性。其中監測發現傾斜儀QX3在2016年1月4日心墻向上游傾斜了0.05°，隨后調取視頻監測資料，發現2016年1月4日心墻下游單側堆石料破碎、碾壓，未與上游側同步進行，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正常，目前測值向下游傾斜0.1°處于平穩狀態，因此施工中根據此心墻撓度變形監測結果，及時在心墻施工方面采取相應措施，對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狀態向上游傾斜0.04°，這是由于儀器埋設初期瀝青混凝土心墻溫度高變形較大，當溫度下降趨于穩定后變形趨于平穩。QX3測得數據反映心墻在高程480.0m處向下游傾斜， QX2測得心墻在490.0m高程處向上游傾斜，此結果反映心墻未向一側傾斜，對心墻的穩定更加有利，同時表明心墻與過渡料及堆石料間能協調變形，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，同時配合壩基滲流監測心墻與基座交界面的沖蝕情況進行分析，在心墻與混凝土基座的交界面處安裝4支位錯計，分別安裝在心墻上游側表面0+030.0監測斷面495.0m高程處、0+055.5監測斷面477.0m高程處、0+085.5監測斷面477.0m高程處、0+106.0監測斷面495.0m高程處，其位錯計WC3變化過程線如圖6所示：

圖6 位錯計WC3變化過程線

從圖6位錯變化過程線可看出測值初期位錯計變化過程線有微幅波動，這主要是由于當時心墻兩側壩施工進度不一致，且儀器埋設初期心墻溫度較高易變形及施工機械在心墻附近活動等因素影響所致[1]。監測結果表明隨著壩體上升位錯變化趨于穩定，上部施工對其影響很小，儀器處于閉合狀態，對結構安全有利。

3.3 瀝青混凝土心墻溫度監測資料分析

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

圖7 溫度計WD3溫度變化曲線

瀝青混凝土攤鋪后的溫度變化與攤鋪時環境溫度、風向及風速，以及與上一層攤鋪間隔時間等很多因素有關[5]。為了準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高溫溫度計，心墻溫度變化歷程曲線如圖7所示。現場測得混凝土出機口溫度為152～178℃，鋪筑密實后的溫度為130～143℃，考慮到電纜耐溫情況，溫度計在瀝青混凝土心墻攤鋪壓密實3h后鉆孔埋設，監測部位攤鋪厚度20cm，施工環境氣溫13℃，西南風2級。從圖7可看出從心墻攤鋪到碾壓密實，溫度變化非常快，3h降到57℃，碾壓后變化速度也很迅速，一個星期后降到38℃，后逐步降低趨于穩定，目前溫度穩定在18℃左右，此時測值主要反映壩體地溫的變化。從現已安裝的溫度計測值反映，心墻的溫度變化正常。

4 結 論

大壩安全監測對了解大壩運行規律及發展趨勢具有十分重要的意義，是反映施工質量、改進施工技術的重要措施，也是保證大壩安全、檢驗設計成果、發展壩工理論的有效手段。大壩施工期間隨著施工進度同步安裝監測設施，開展監測工作，獲取監測資料，對保證大壩的施工質量或安全具有重要意義，對大壩的運行管理具有重要指導作用。金雞水庫施工期監測獲得了大量監測資料，為及時了解大壩工作狀態和指導現場施工發揮了積極作用。根據施工期監測資料的分析可得出以下幾點結論：?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性能及變形受其施工溫度影響明顯，心墻溫度趨于穩定；?心墻上下游側同時施工，可使心墻所受荷載對稱均勻，心墻施工期的穩定性提高，心墻與過渡料及填筑料間能協調變形，大壩工作狀態良好； ?監測數據對后期大壩評價工作有一定的參考價值；后續應加強大壩在首次蓄水期及運行期的監測，并及時對監測數據進行分析。