印度尼西亞Jatigede大壩工程壩體心墻孔隙水壓力分析

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

1 工程概況

Jatigede大壩工程位于印度尼西亞西爪哇省的Cimanuk河上，距離Cirebon城75km。工程所在地為赤道地區，屬熱帶季風氣候，年平均氣溫26℃，年平均降雨量2880mm。每年分為雨季和旱季，雨季時段為每年11月至次年4月，旱季時段為5月至10月。

Jatigede大壩工程控制流域面積1460km2，水庫總庫容1062.78×106m3。大壩壩型為粘土心墻堆石壩，最大壩高110m。電站裝機容量110MW，多年平均發電量約4.5億kW·h。樞紐主要建筑物包括：大壩、溢洪道、灌溉洞、發電進水口、隧洞、調壓井、壓力管道和廠房等。粘土心墻堆石壩、溢洪道控制段地震設防烈度為Ⅸ度，其它建筑物的地震設防烈度為Ⅷ度。

2 壩體設計

Jatigede水庫大壩壩型為粘土心墻堆石壩。壩頂高程265.00m，最大壩高110m，壩軸線長1668m。上游圍堰與大壩連為一體，為大壩的一部分。圍堰頂部高程204.00m，頂寬12.00m。上游壩坡在204.00m高程以上為1∶2，以下為1∶3。下游壩坡1∶1.9，設三級馬道，馬道寬均為6.0m，頂高程分別為235.00m、205.00m和175.00m。

壩體斷面分為6個區，從中部向上、下側均為(1)粘土防滲墻區、(2A)、(2B)反濾料區、(3A)過渡料區(最大粒徑40cm)、(3B)堆石區(最大粒徑80cm)和(4)干砌石護坡。

3 大壩心墻孔隙水壓力

本工程于2008年開工。大壩于2012年5月開始填筑，2014年8月2日壩體填筑結束。2015年8月31日大壩下閘蓄水。2016年5月31日大壩蓄水到252.27m(最近蓄水的高點)。2016年5月31日至2017年4月，大壩水位保持在250m～252.0m之間。2017年4月以后，大壩水位保持在245m～252.0m之間。

選擇最大壩高剖面Sta1+100為大壩主要監測斷面，大壩孔隙水壓力計共計16個點(PP1-PP16)，設在1#監測斷面，各測點的布置見圖1。

圖1 主要監測斷面孔隙水壓力計剖面

3.1 Sta1+100監測斷面171.50m高程處孔隙水壓力分析

最大壩高斷面(Sta1+100)，171.50m高程共設5個監測點，為PP12、PP13、PP14、PP15、PP16，其中PP13、PP14、PP15三個點位于心墻內，PP12和PP16位于心墻上、下游側的反濾層2A中。2013年12月7日，PP13損壞，以后無監測值；2014年5月19日，PP12損壞，以后無監測值；其余各點在監測時段內有測值。

3.1.1 降水量、壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

圖2 Sta1+100斷面171.50m高程處降水量、壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

3.1.2 壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

圖3 Sta1+100斷面171.50m高程處壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

3.1.3 孔隙水壓力分析

(1)2012年6月7日，壩體填筑至171.77m，PP12-PP16開始有測值，2014年7月2日壩體填筑結束。

在壩體填筑過程中，至PP13損壞(2013年12月7日)以前，隨著壩體的升高，各監測點的數值逐漸增大；越靠近心墻中部，孔隙水壓力越大，越靠心墻外緣，監測值越小。(注：在PP13損壞時，PP14測值從241.2m下降至234.2m，下降了7m，監測值異常。PP13的測值隨著壩體的升高逐漸增大，但測值偏大，可能異常。)

(2)2014年8月2日壩體填筑結束，2015年8月31日大壩下閘蓄水。

壩體填筑結束時，心墻中部的監測點PP14達到蓄水前的最大值238.09m；以后隨著時間的增加，孔隙水壓力逐漸消散，PP14的監測值緩慢降低。

(3)2015年8月31日大壩下閘蓄水，2016年5月4日大壩蓄水至251.92m。

在此期間，各監測點PP14、PP15、PP16的孔隙水壓力隨著上游庫水位的上升而迅速增加；靠近上游的點升高值較大，靠近下游的點升高值較小。

(4)2016年5月4日-2017年5月31日，庫水位保持在250.0m～252.50m之間，大壩外荷載基本上保持不變，PP14、PP15孔隙水壓力緩慢降低，表明：大壩心墻進一步固結，超孔隙水壓力進一步消散。(2016年5月4日，PP14的監測值達到最大值247.9m，PP15的監測值達到最大值234.6m。)

2017年5月31日之后，基本形成穩定滲流場，PP14、PP15孔隙水壓力與上游水位變化直接相關，監測數值隨水位變化而緩慢變化，且整體呈下降趨勢。

根據圖2、圖3，水庫蓄水至2018年5月4日時，心墻內PP14、PP15各點的孔隙水壓力可能還沒有完全消散。

(5)監測點PP12，位于心墻外上游的反濾料2A中，能自由排水。在壩體填筑過程中，PP12孔隙水壓力基本不受壩體填筑上升的影響，但與上游圍堰的水位相關：圍堰水位高，PP12孔隙水壓力較大；圍堰水位低，PP12孔隙水壓力較小。

(6)監測點PP16，位于心墻外下游的反濾料2A中，能自由排水。在壩體填筑期、蓄水過程中，以及蓄水后期，PP16孔隙水壓力基本不受壩體填筑影響，監測值為171.8m～173.9m，變化極小。

(7)各監測點的測值，與降水相關性不大。

3.2 STA1+100監測斷面201.50m高程處孔隙水壓力分析

最大壩高斷面(Sta1+100)，201.50m高程共設5個監測點，為PP7、PP8、PP9、PP10、PP11，其中PP8、PP9、PP10三個點位于心墻內，PP7和PP11分別位于上、下游反濾層2A中。2015年2月4日，PP7損壞，無監測值；其余各點在監測時段內有效。

3.2.1 降水量、壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

圖4 Sta1+100斷面201.50m高程處降水量、壩體填筑、庫水位及孔隙水壓力時間曲線

3.2.2 庫水位及孔隙水壓力時間曲線

圖5 Sta1+100斷面201.50m高程處庫水位及孔隙水壓力時間曲線

3.2.3 不同時間的孔隙水壓力曲線

壩體填筑至壩頂后，在201.50m高程處不同時間的孔隙水壓力曲線見圖6。

圖6 Sta1+100斷面201.50m高程不同時間的孔隙水壓力曲線

3.2.4 孔隙水壓力分析

(1)2012年9月5日，壩體填筑至202.883m，PP7-PP11開始有測值，2014年8月2日壩體填筑結束。

在壩體填筑過程中，隨著壩體的升高，壩體荷載增加，各監測點的數值逐漸增大；越靠近心墻中部，孔隙水壓力越大，越靠心墻外緣，監測值越小。(注：PP10的測值偏大，可能是該點下游及下部心墻滲透系數極小造成的。)

(2)2014年8月2日壩體填筑結束，2015年8月31日大壩下閘蓄水。

填筑結束時，心墻中部的監測點PP9達到蓄水前的最大值218.92m；以后隨著時間的增加，孔隙水壓力逐漸消散，PP9的監測值緩慢降低。

(3)2015年10月31日庫水位上升至201.50m，2016年5月4日大壩蓄水至251.92m。2015年2月4日，PP7損壞，無監測值。

在此期間，各監測點PP7、PP8、PP9、PP10、PP11的孔隙水壓力隨著上游庫水位的上升而迅速增加；靠近上游的點升高值較大，靠近下游的點升高值較小。

(4)2016年5月4日至2018年5月4日，庫水位保持在245.0m～253.0m之間，心墻內PP8、PP9、PP10仍逐漸緩慢上升，越靠近上游的點上升越大，說明各點的孔隙水壓力還沒有完全消散。

(5)監測點PP7，位于心墻外上游的反濾料2A中，能自由排水。在壩體填筑過程中，PP7孔隙水壓力基本不受壩體填筑上升的影響，監測值為200.8m～202.04m，基本不變。

(6)監測點PP11，位于心墻外下游的反濾料2A中，能自由排水。在壩體填筑期、蓄水過程中，以及蓄水后期，PP11孔隙水壓力基本不受壩體填筑影響，監測值為202.76m～205.98m，變體極小。

(7)各監測點的測值，與降水相關性不大。

4 大壩心墻孔隙水壓力監測分析及結論

4.1 與有限元計算結果對比

孔隙水壓力計PP8、PP9、PP10，PP13、PP14、PP15的監測結果顯示：2012年9月1日-2015年8月31日(大壩蓄水前)監測時段內，201.50m高程的測點PP10最大壓力值179kPa(2014年7月13日)，171.50m高程的測點PP13測值一直較大(883kPa，2013年11月7日)，后因儀器故障測值中斷；相鄰位置的測點PP15具有最大壓力值736kPa(2014年7月3日)。

有限元計算結果表明：竣工時201.50m高程的測點PP10附近的大主應力約為800kPa，小主應力約為350kPa，體應力約為575kPa，監測點孔隙水壓力為179kPa(2014年7月13日)，相應有效應力為396kPa；171.50m高程的測點PP15附近大主應力約為1400kPa，小主應力約為650kPa，體應力約為1025kPa，監測點孔隙水壓力為736kPa(2014年7月3日)，相應有效應力約為289kPa。監測到的孔隙水壓力遠小于相應位置粘土心墻體應力，因此，粘土心墻不會發生破壞，是安全的。

4.2 結論

(1)在壩體填筑過程中，隨著壩體的升高，壩體荷載增加，心墻內各監測點的數值逐漸增大；越靠近心墻中部，孔隙水壓力越大，越靠心墻外緣，監測值越?。?/p>

(2)大壩填筑至壩頂與蓄水之間的時段內，隨著時間推移，孔隙水壓力逐漸消散，同時有效應力逐漸增大。孔隙水壓力的消散速度與滲透路徑有關，滲透路徑越大孔隙水壓力消散速度越慢、時間越長；

(3)2015年8月31日-2016年5月4日(導流洞下閘封堵至大壩蓄水至251.92m)監測時段內，隨著上游庫水位的上升，心墻內的孔隙水壓力逐漸增大；靠近心墻上游的點升高值較大，靠近心墻下游的點升高值較小；

(4)大壩蓄水到正常水位，大壩正常運行時，即使孔隙水壓力沒有完全消散，也會在形成穩定滲流后與滲透水壓力平衡，形成穩定滲流場；

(5)各監測點的測值，與降水相關性不大；

(6)監測到的孔隙水壓力遠小于相應位置粘土心墻體應力，因此，粘土心墻不會發生破壞，是安全的。結合壩體沉降、水平位移、滲流等監測數據，表明壩體設計是安全的，且壩體填筑質量好。