堆石壩瀝青混凝土筑心墻形變的監測研究

劉洋

【摘要】瀝青混凝土心墻形變研究監測案例壩簡述；瀝青混凝土心墻形變監測系統的布設；瀝青混凝土心墻的測量結果與分析。本文對堆石壩瀝青混凝土筑心墻形變開展監測研究，重點對該壩瀝青混凝土心墻的水平向位移，心墻相對過渡料間的位錯變形以及瀝青混凝土心墻的內部應力應變的監測數據開展分析，以為同類工程應用提高技術參考。

【關鍵詞】瀝青混凝土；堆石壩；心墻形變；監測；分析研究

1、瀝青混凝土心墻形變研究監測案例壩簡述

案例壩系某水電第六級水庫電站的壩工程，該水電工程的主要功能是發電和防洪，沒有漂木航運或灌概等其它特別綜合利用要求。具有多年水調節能力，總庫容2.98億m3；壩前死水位為2600.0m，常規蓄水位為2650.0m，多年平均流量為14.5m/s，流域面積壩址以上為323km2；該電站的水輪機裝配高程2005.2m，電站額定水頭580m，最小水頭546.7m，最大水頭644.8m；電站額定發電引用流量為47.24mVs，其中最大發電引用流量為52.66mVs；案例壩縱剖面。

案例壩系瀝青混凝土心墻型堆石壩，其前軸線長度為411m，上游坡度為1：2，下游坡度為1：1.8，壩體高程124.5m，壩體頂寬度為14m。下游壩趾設壓重區，平均長約215m，厚度22m。心墻下游的底部填筑體均采取了基礎排水和反濾措施。該壩瀝青混凝土心墻底寬1.2m，頂寬0.6m，心墻的底部設計為鋼筋混凝土基座。心墻基礎防滲設計為帷幕灌漿和防滲墻方式，防滲軸主體線長860m。

2、瀝青混凝土心墻形變的監測系統設置

為獲得有分析參考價值的典型檢測數據，我們在0+220.50壩位斷面，從▽2538.00起始，間隔每5-10米，沿瀝青混凝土心墻下游壁置放單向固定式測斜儀，一共15支，用來進行瀝青混凝土心墻在上下游方向上的水平移位測量

此外，為實施瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯變形測量，分別對0+120.00m壩位斷面上游和下游兩側，針對不同的心墻高程，設計布置6支位錯計。為測量瀝青混凝土心墻相對過渡料的豎向位移，我們把位錯計下端固定在過渡料內，上端則固定在瀝青混凝土的心墻上。為測量瀝青混凝土心墻的內部應力應變，我們在0+120.00、0+220.00、0+320.00、0+153.00和0+270.00壩位斷面，以上、下游側瀝青混凝土心墻壁面的不同高程，設計布置了由測縫計改裝的單向應變計38支。

3、瀝青混凝土心墻的測量結果與分析

3.1心墻的水平向位移測量

瀝青混凝土心墻在水平向，總體由上游向下游方向發生位移。其中向上游的偏移量最大值，發生在壩體下部▽2538.00的IN15位置，其測量值是-8.13mm；其向下游偏移量最大值發生在中部▽2572.00的IN09位置，其測量值是114.83mm。其中2013年至2014年7月間，發生最大變幅量為90.55mm，變動幅度較大，分析為儀器本身的測量問題，不應是瀝青混凝土心墻真實的位移反應。

3.2瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯變形

0+120.00m壩位斷面的瀝青混凝土心墻相對過渡料間的位錯變形檢測成果，表1所示：

測量結果揭示：0+120.00m壩位斷面位錯均為承受壓應力，這意味此處瀝青混凝土心墻的壓縮性位移強于過渡料沉降。這個位錯在施工期間變化明顯，水壩建成后運行期間則位錯開始變得穩定，并且這個變化狀態與庫水位無關。同樣的過程測量0+220.00m和0+320.00m壩位斷面，測量結果揭示：0+220.00m和0+320.00m壩位斷面錯計亦全部受壓，意味發生在該處心墻的壓縮量亦較過渡料的沉降量都要大，也都是水壩建成后運行期間則位錯開始變得穩定，并且這個變化狀態與庫水位無關。

3.3瀝青混凝土心墻的內部應力應變

對壩0+120.00、0+220.00、0+320.00和0+153.00、0+270.00斷面瀝青混凝土心墻，每處設置10支應變計，進行斷面心墻的應變過程測量。比如0+120.00m斷面處的測量，獲得測值成果以及過程線。瀝青混凝土心墻的內部力應變日測，如2014-7-1日的實測數據，具體如表3-2所示：

對0+120.00m檢測斷面的監測成果揭示：0+120.00m檢測斷面在施工期間，其瀝青混凝土心墻的應變狀態主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應力的方向應變發展，并且其應變幅度很明顯；在大壩筑填完工以后，該應變則隨時間推移均向壓應變方向略微變化，不過變化幅度降低很快，此間的庫水位對這種變化影響不明顯，截至檢測截止日，應變過程己逐漸趨于穩定。從數字資料上看，▽2609.05上、下游各側的sx01和sx02，▽2599.05的上游一側的sx05，▽2594.5的下游側sx08，相對來看，應力變化較為明顯。對0+220.00m檢測斷面的監測成果揭示：除了▽2563的sx14有拉應變的微小變化外，其它都是壓應力應變，其中sx15和sx25自監測開始至今，基本上沒有變化。此部分其余心墻，施工期間，心墻的應變狀態主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應力的方向應變發展，并且其應變幅度很明顯；在大壩筑填完工以后，該應變則隨時間推移均向壓應變方向略微變化，而且應變主要發生在蓄水初期，呈上游側壓應變小于下游側壓應變的規律，這有可能是因為水壓的彎矩作用力所導致。截至檢測截止日，此處上游側的應變過程己逐漸趨于穩定，下游側的壓應變仍還隨著時間的推移有增加趨勢，不過增加的幅度較小。對0+322.00m檢測斷面的監測成果揭示：在施工期，施工期間，心墻的應變狀態主要是隨著填建筑體高程的增加而向著壓應力的方向應變發展，并且其應變幅度很明顯。在大壩筑填完工以后，該應變則隨時間推移均向壓應變方向變化，不過變化幅度不大。

結論：

瀝青混凝土心墻應力應變呈現壓應變多拉應變少的規律，而且應變具有隨時間推移而緩慢増大的趨勢，但其増幅始終較小，而且這個過程中水庫水位產生的影響一直較小。0+220壩位斷面為最深河床部位，測量結果反映，該處瀝青混凝土心墻應變，其上游側小于下游側。大壩施建到蓄水過程中出現下游側的應變較大，意味針對瀝青混凝土心墻，水壓彎矩作用仍然存在，其領受水壓彎矩作用與一般大壩的彎矩受力變化規律相符合。

參考資料：

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