斯木塔斯水庫蓄水初期壩體安全監測評價

余中平

（新疆水利水電工程項目管理有限公司,新疆 烏魯木齊 835400）

0 引言

為了明確水庫蓄水期安全鑒定的反饋信息,蓄水初期對樞紐主壩體進行變形、滲流及應力應變專項監測,掌握其運行狀況,是準確評價工程安全運行的基礎。安全監測通常依據建筑物結構特點和地形地質條件,布置變形、滲流滲壓、應力應變等監測項目［1］,評價結論是蓄水安全鑒定的重要依據。

1 工程概況

斯木塔斯工程總庫容1.449億m3,工程等別為Ⅱ等工程,工程規模為大（2）型。工程主要建筑物包括主壩（混凝土面板砂礫-堆石壩）、副壩（混凝土面板砂礫壩）、表孔溢洪道、導流兼深孔泄洪洞、發電引水建筑物、廠房等。斯木塔斯水電站工程正常蓄水位1930.00 m,正常蓄水位下的庫容1.296 億m3,設計洪水位1930.44 m,校核洪水位1931.47 m。壩址以上流域面積2364 km2,壩址處多年平均流量45.66 m3/s,多年平均徑流量為14.41×108m3。裝機容量110 MW,年發電量3.165 億kW·h,保證出力10.5 MW。

2 蓄水安全監測

2.1 壩體內部位移

2.1.1沉降

在水管式沉降儀安裝埋設后7 d~15 d開始觀測,典型斷面0+60 測點沉降過程線見圖1。

圖1 典型斷面沉降過程線

0+060斷面壩體內部沉降觀測成果表明：測點沉降在填筑期沉降速率較大,完成填筑后,測點沉降速率明顯變緩,測點沉降符合工程填筑實際情況,當前沉降基本穩定。由測點累計沉降量圖可見,斷面分布上,壩軸線部位沉降量較兩側大,分布規律正常。觀測沉降量最大值為419.8 mm,發生在1865.00 m高程的TC1-4 測點。由于觀測時未同期觀測觀測房標點沉降,上述沉降量僅為測點相對于觀測房的沉降量。實際最大累積沉降量要大于此值,該值在一般工程經驗范圍內。

2.1.2面板撓度

撓度分析利用面板下面墊層內的水管式沉降儀測點觀測數據進行分析,觀測數據見表1。

表1 面板下面的水管式沉降儀觀測數據 單位：mm

位于0+060 斷面的TC1-1、TC1-8、TC1-13測點分布于面板1866.10 m、1887.56 m、1913.00 m高程。由表可見,第一次到第二次觀測期間蓄水前后,面板最大撓度自97.87 mm變化至114.89 mm,變化幅度17.02 mm,屬小變形。但TC1-8測點在蓄水期間損壞,至第三次觀測期間,TC1-1測點處撓度增大7.45 mm,TC1-13測點處撓度增大63.83 mm,雖無法確知TC1-8 測點處的撓度變化值,總體上尚可評價面板撓度變化一般,在同類工程經驗范圍內。

2.1.3壩體內部水平位移

0+060 斷面分三層安裝的共15個水平位移測點水平位移均較小,最大位移量約22 mm。壩體內部水平位移最大值發生在0+090 斷面的1885.00 m高程EX2-1 測點（約57 mm）,其位移過程線圖見圖2。

圖2 30+090斷面水平位移過程線圖

壩體內部水平位移除EX2-1測點位移量較大外,對于壩高超過百米的本工程而言,壩體內部水平位移均屬小變形。但所有測點位移量均未同期觀測觀測房標點水平位移,故水平位移為相對于觀測房的相對位移。壩體水平位移在工程經驗范圍內。

2.1.4界面位移

主壩位于狹窄河谷,河谷寬高比約1.46∶1,兩岸坡較陡,易向河谷位移。位于壩軸線1910.00 m高程的壩體與岸坡結合部位的桿式位移計位移過程線見圖3。監測結果表明：位移計處于受拉狀態,左岸最大位移約14 mm,右岸最大位移約36 mm。位移變化主要受填筑影響,當前位移處于相對穩定狀態,初期蓄水對其影響較小。

圖3 主壩岸坡拉桿式位移計位移過程線圖

2.2 接縫與周邊縫

2.2.1接縫

位于兩岸受拉區域的面板接縫單向測縫計2 支,其接縫開合度過程線見圖4。

圖4 面板接縫開合度過程線圖

由圖4 可見,面板接縫開合度變化與溫度負相關,接縫隨溫度升高閉合,溫度降低張開,符合一般規律。在初次蓄水過程中,右岸J3 測縫計處面板接縫開度隨庫水位抬高而增大,但開度介于0.2 mm~1.6 mm之間,接縫變化正常；右岸面板接縫J1 測縫計處接縫開度隨水位抬高迅速增大,最大達4.5 mm,應加強觀測和分析。

2.2.2周邊縫

面板周邊縫（含連接板與高趾墻間接縫、連接板與面板間接縫）三向位移觀測結果見圖5。

由圖5 可見,初次蓄水后,面板周邊縫開合度、面板沉降、滑移變化明顯。周邊縫開合度呈壓縮趨勢,最大開合度約-4 mm。面板不同部位沉降情況不一,最大沉降約24 mm,面板相對于趾板呈向河谷滑移,左岸最大滑移量約8 mm。

圖5 面板周邊縫變形過程線圖

總體上講,經初次蓄水觀測,周邊縫三向位移量均較小,變形正常,無影響安全的異常變形。

2.3 滲流監測

2.3.1滲流壓力

（1）址墻前后

0+045 斷面趾板前后埋設3 支滲壓計,旨在監測帷幕灌漿+固結灌漿+址墻+面板構成的防滲體系的防滲效果。P1位于帷幕灌漿前,P2、P3 位于帷幕灌漿后,滲壓計安裝完成后,孔內采用水泥漿封堵,儀器電纜從孔口引出。P1、P2、P3三測點滲流壓力水位過程線見圖6。由圖6可見,P1、P2、P3滲流壓力水位隨庫水位同步升降,良好的相關性表明,三測點與庫水間均存在良好的水力聯系。

圖6 P1,P2,P3測點滲流壓力水位過程線

經追溯查考,認為P2 和P3 鋼管內水泥漿封填不密實,庫水通過P2 借用的灌漿管、或同時通過P3 電纜經趾墻與水平連接板間止水滲入,造成P2、P3 與庫水相近。雖然目前這些滲入量有限,趾墻頂部回填的蓋重也起到一定的阻滲作用,短時間內尚不至影響大壩安全,但隨著時間的推移,該部位滲流場會逐漸惡化,可能會帶來結構和滲流穩定問題。應結合壩后滲流量和壩基滲流壓力觀測,尤其是P2 和P3 滲流壓力觀測,密切關注該部位的滲流和結構安全問題。

（2）趾板后

沿周邊縫趾板安裝了6支滲壓計,滲壓計布置。

初次蓄水過程中,除位于上游河槽底部左側趾板轉角處的P11 測點監測到測值約47 kPa的水壓力外,其余各測點的滲透壓力均接近于0。P11 測點滲流壓力水位見圖7。由圖可見,經初次蓄水,趾板后滲流壓力值小（占總水頭7%）,表明周邊縫防水性能良好。但對照庫水位過程線,可以看出該滲流壓力水位對庫水位很敏感,尤其是在庫水位降落后有一個小的反彈,而滲流壓力水位隨之有個較大回升,甚至高于高庫水位下的滲流壓力水位,表明滲流條件惡化。如不是埋設問題,很可能該處出現局部滲漏,因該測點下游低高程的測點似未測出水頭,應密切關注。

圖7 P11測點滲流壓力水位過程線圖

2.3.2滲流量

由圖8 可見,主壩在蓄水至1927.00 m高程時,最大滲流量約為40 L/s（放水后壩后回水淹沒堰體,故為不連續過程線）,對壩后無潛流而言,此量值不大,屬正常滲流。

圖8 主壩滲流量過程線圖

2.4 面板應力應變

2.4.1鋼筋應力

在0+060斷面鋼筋混凝土面板1915.00 m和1865.00 m各埋設1支鋼筋計,其應力過程線見圖9。由圖9 可見,鋼筋應力與溫度呈負相關關系,符合一般規律。經初次蓄水后,面板鋼筋應力趨于平穩,拉壓應力值均較小,應力變化正常。

圖9 典型斷面面板鋼筋應力過程線圖

2.4.2混凝土應變

主壩混凝土面板埋設的應變計典型過程線見圖10。應變過程線所反映的應變值均較小,各被監測部位均未發現異常應變現象,應變變化與溫度呈負相關關系,符合一般規律。

圖10 順坡應變計應變過程線圖

3 觀測成果評價

（1）主壩壩體觀測沉降量最大值為419.8 mm,壩體內部沉降規律正常,其沉降值在一般工程經驗范圍內。壩體內部水平位移較小,觀測到的最大水平位移為57 mm。經推算,面板撓度變化也較小。

（2）測縫計監測成果表明,周邊縫及面板接縫變形較小,在工程經驗范圍內。

（3）表面變形觀測數據表明,大壩沉降及水平位移均較小。壩頂標點直接坐落在壩頂混凝土路面,不滿足規范要求,下閘蓄水前應對標點基礎部分的混凝土路面進行切割處理,并重新測定基準值。

（4）壩基滲流壓力很小,初次蓄水期間觀測到的主壩最大滲流量約40 L/s,表明在初次蓄水期間大壩滲流狀態較好。0+045 斷面高趾墻后P2、P3測點滲壓計因封孔不嚴而與庫水相通,現狀條件下,封孔滲入量有限,高趾墻上部已覆蓋約14 m厚的粘土蓋重起到一定的阻滲作用,短時間內不致影響大壩安全,但隨著時間的推移,該部位滲流場會逐漸惡化,可能會帶來結構和滲流問題,應密切關注其發展變化趨勢,必要時應采取工程措施進行處理。

（5）面板鋼筋應力及混凝土應變正常。