紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析.pdf

第 3期 ( 第 3 3 4 期) 吉 林 水 利 2 0 1 0年 3月 文章编号1 0 0 9 2 8 4 6 ( 2 0 1 0 )0 3 0 0 0 8 0 4 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟林 。 。蔡德文。 ( 1 四川大学水利水电学院，四川 成都 6 1 0 0 6 5 ； 2 中国水电顾问集团成都勘测设计研 究院，四川 成都 6 1 0 0 7 2 ) 摘要 紫坪铺面板 坝经受了超设计标准的地震考验，经震后及 时修复 ，目前其监洲仪 器运行正常，完好率迭 8 3 。震 后 大坝坝顶一次产 生了 8 1 c m 的明显震 陷和超过 3 0 c m的水平位移 ， 目前坝体变形 已趋 于稳 定，但 面板脱空厦施工缝错抬 现 象明显。紫坪铺 大坝具有较强的抗震能力，地震后坝体总体稳 定，且堆石密度提 高，有利 于震后永久变形的减小。 关键词 地震震陷；水平位移 ，面板脱空；错抬 中图分类号TV6 4 1 4 文献标识码 B 1 前 言 紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游的都江堰 市麻溪 乡，距 都江堰市 9 k m。混凝 土面板堆石 坝坝高 1 5 6 m，坝顶高程 8 8 4 O m，河床段趾板基 础开挖高程 7 2 8 0 m，坝顶全长 6 6 3 7 7 m，坝顶 宽 度 1 2 m，上 游 坡 度 为 1 ：1 4 ，下 游 边 坡 8 4 0 0 m 高程马道 以下 为 1 ：1 4 ，8 4 0 0 m 马道 高程 以 上 的 边 坡 为 1 ：1 5 ，坝 后 设 两 层 马 道 ， 马道宽 5 0 m。本 区域构造部位处于北东 向龙门 山构造带的中南段，基本构造主要 由平武茂 汶 断裂 、： l l J l I 一映秀 断裂 、安 县 一灌县 断裂 、彭 灌复背协和懒板凳一白石飞来峰构造所组成。坝 址 区即位于北川一映秀断裂和安县一灌县断裂所 挟持的断块上，三条主干断裂的地震活动均具有 分段性 。2 0 0 6年 9月 3 0日水库开始下 闸蓄水 ， 2 0 0 6年底工程完工。 大坝监测项 目包括坝体表面变形监测 、坝体 内部变形监测、渗流监测、强震监测、面板结构 变 形 和 应 力 监 测 等 ，设“ D AM O + 2 5 1 ” 和 “ D AM O+3 7 1 ”二个典型断面。坝体表面变形 监测设混凝土防浪墙上 1 条测线和下游坝坡 2 条 测线。面板周边缝和上部高程板间缝设测缝计 ， 其他面板仪器多数位于两个典型断面上。 “ 5 1 2 ”汶川大地震震 中距紫坪铺大坝直线 距离 1 7 k m，地震时上游库水位约 8 3 0 8 3 2 m， 相应库容 3 3亿 M3 ，库前水深 约 1 0 2 O m。根 据强震仪观测成果估算坝址基岩地震烈度超过 9 度 ，超过大坝设防烈度。本文侧重介绍大坝监测 仪器的破损及修复情况，并结合监测资料分析大 坝 的震损 特性 。 2 监测仪器震 后性态 2 0 0 8年 5月 1 2日下午 2 ：2 8 ，紫坪铺面板 堆石坝遭受 8 0级汶川特大地震，并经历之后发 生多次余震。现场检查表明，重要的变形和渗流 渗压仪器 2 6 9套 ，其 中 2 2 3套仪 器完好，7 O套 仪器异常。经 2 0 0 8年 5月 1 4日一 1 6日对 5 6套 水管式沉降仪和 3 7套引张线式水平位移计进行 了检修 ，修复 了其 中绝 大多数仪 器； 目前，2 4 个水平测点已经恢复观测，只有 3个水管式沉降 仪测点( V6 、V9 、V3 4 )无法修复 。目前完好 率 8 3 ( 震前大坝仪器完好率 1 0 0 ) ，具体如 表 1 所 示 。 3 大坝外观 的震损 3 1堆石 坝坝体 和下 游坝坡 1 )堆石 坝 下 游 坝 坡 基 本 平 整 ，局 部 松 动 。 坝体中央 8 5 0 m高程和靠右岸接头段的下游坝坡 松动个 别块石滚落 ，沿坡 面 向下稍有 滑移，同 时，两个部位坝顶路面与下游坝坡 交接处开裂， 坝体 中央 “ D AM 0 +2 0 0 0 +4 0 0 ”下游人行 道和坝面公路结合处开裂最 大达 6 3 c m，右岸接 头段下游干砌石与路面混凝土结构脱开 ，最大宽 收稿 日期2 0 0 9 1 1 1 3 作者简介牟林 ( 1 9 8 0 一) ，大学本科 ，在 职研 究生，工程师，现从事 大坝安全监测工作 。 一 8 一 吉林水利 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟 林等 2 0 1 0年 3月 ( 2 )坝顶上游 防浪墙基本完好 ，但 接缝开 裂 或 挤 压 变 形 明 显 。左 岸 侧 接 缝 最 大 开 度 3 0 mm，左岸侧接缝开度较小 ，中间部位接缝 多 呈挤压破坏性质 ，表层隆起开裂。坝顶下游青石 栏杆全部损坏 ，其右岸侧 3 0 0多米 和左岸 6 0多 米损毁。坝顶 路面 与岸 坡接头均 出现裂缝和错 台，右岸接头 出现 1 5 0 2 0 0 mm错 台，左岸接 头处开裂 6 0 mm。 3 2混凝土 面 板 大坝混凝土面板震损严重。5 #一 2 3 #、3 5 #一 3 8 #混凝土面板 8 4 5 0 m高程以上二、三期 施工缝错抬 ，最大错台达 1 7 c m8 4 5 m高程以上 面板大面积脱空 ，5 #一 6 #、2 3 #一 2 4 #等面 板垂 直缝 挤 压 破 坏 ，2 3 #一 2 4 #板 间缝 挤 压 破 坏至 7 9 0 m 高程 ；面板周边缝及止 水损毁严重 ， 如图 1和图 2 。 4 大坝震 后变形及渗流特性 4 1 坝顶和下游坝坡表面变形 地震导致大坝堆石体在主震周期内产生了较 大的地震永久变 形 ，有较 显著 的垂 直 向下 的震 陷。坝体震陷最大值 7 4 4 3 mm，发生在 D AM O +2 5 1断面 坝顶 中央的 Y7测点 ，下 游坝 坡 8 5 0 m 高程沉降 4 6 3 2 mm，8 2 0 m 高程沉降 2 5 1 4 mm， 7 6 0高程 沉 降 3 1 mm。整 体上 ，沉 降值 向两 岸 ( 下游坡)随坝体高度逐渐减小 。 坝顶和下游坝面测点水平位移指 向下游 ，两 图 1 8 4 5 m高程二 、三期面板水 平施工缝错 台 图 2 2 3 #面 板水 平 向挤压破坏 一 9一 吉林水利 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟 林等 2 0 1 0年 3月 岸上部位移指向河谷 中央，下部位移指向右岸 。 整体上 ，水平位移 向两岸 ( 下游坡)随坝体高度 逐渐减 小。坝顶 向下 游 的 水平 位 移 最 大值 达 2 0 0 mm，发生在 D AM O+3 7 1断面 的坝顶中部 的 Y8测点 ，下游坝坡 8 5 0 m 高程达 2 7 0 8 mm， 堆石体顶 部水平位移大 于 3 0 0 mm。左岸 岸坡较 陡 ，沿 坝轴 线 向河 床 中间水平 位移 达 2 2 6 1 mm。 坝顶 右岸接 头部 位错位 ，靠坝侧 有 2 6 mm 上抬 位 移 ，但 仍 然 比溢 洪 道 边 墙 下 沉 5 O一 1 0 0 mm。则溢洪道边墙应相对坝体有显著上抬 。 宏观上看，坝体表面变形与堆石体高度、坝 址河谷地形 、震源方向等有关系 ，沉降位移远大 于水平位移 ，坝体应更加密实，坝体变形在地震 主周期后很快收敛 ，余震对变形影响较小。 4 2 坝体内部变形 4 2 1 坝 体 内部 沉 降 坝体 内部 测 点 均 发生 了地震 沉 降。DAM O +3 7 1 断面沉降量相 对 DAM 0 - 9 2 5 1断面沉降 量小 1 O 9 ， 6 ，两个 断面坝体堆石高 度相差 1 O ， 两者差值 比例基本一致。坝体最大沉降量 8 1 0 3 mm，发 生 在最 大 坝高 断 面 DAMo-92 5 0断 面 的 8 5 0 0 0 m高程 ，即坝体 中部 ，最大沉 降量 为约 占坝高的 0 5 2 。坝体内部震陷量总的规律是 随坝高而增大 ，上部高程沉降量大于下部高程 ， 两个观测高程之间沉降量基本呈现倍数关系。同 高程坝轴线部位沉降量大于其上下游坝区，坝轴 线下游部位沉降量大于上游区域，但沉降区域基 本呈现渐变过渡。库水位 以下的上游坝面沉降值 随深度增 加而 大 幅度减 小 ，远 小于下 游坝 面沉 降 值 ，说明库水作用于上游面，使得地震时上游坡 比下游坡更加稳定。次堆石区沉降量略大于主堆 石区，次堆石区卵石填筑区域位移量偏大，说明 不同坝料之间的沉降存在一定的差异性。 地震后坝内沉降迅速收敛 ，受余震影响 ，坝 体内部沉降略有波动 ，现已趋于稳定。表明坝体 堆石料在地震循环作用下颗粒破碎而发生体积收 缩，坝体相对更加密实。后续 6 级 以上的余震对 坝体内部沉降影响很小 ，说明大坝抵抗地震变形 的能力 相应 有所 提高 。 4 2 2 坝体 内部 水 平变位 地震 主震期间，坝体内部 7 9 0 0 m 高程 以上 各个条带的水平位移计位移值大于仪器量程，均 没有准确的数据。经分析，水平位移值约 3 0 0 5 0 0 mm 范 围 内 ，8 2 0 m 高程 和 8 5 0 m 高 程 观 测房 基 准点 向下 游 移 动 约 2 5 0 mm，则 应 有 指 向 坝体 一 】 0一 内部水平位移 1 0 0 2 5 0 mm。 地震主周期后坝体水平位移迅速收敛 ，余震 对坝体水平变形基本没有影响，后期与库水位没 有 明显 的关 联性 。 4 3 面 板周 边缝 和板 间缝 变位 大坝震 陷导 致 混 凝 土 面板 与 L墙 搭 界 水 平 周边缝 产生 较 大错 位 ，止水 构 造 剪切 破 坏 明显 ， 如右坝肩河床底部 7 4 5 m 高程 附近 Z 9周边缝测 点测得 的沉降量 ( Z ) 、张开度( X) 、剪切位移 ( Y)变位分别从震前的 1 0 8 2 6 0 3 9 0 8 mm增 加到 5 3 8 6 3 4 8 9 5 8 3 9 mm，且 剪切位 移测值 第二天又急剧增加到 1 0 4 2 4 mm。但该测缝计相 邻点位测值震后变位较小，其异常变化可能与测 缝计固定构件震损破坏有关 。 上部 高程面 板脱空计 和板 间缝 多数 测点 实测 位移增加较多且损坏严重，表明面板上部高程在 地震过程 中，坝体和面板存 在较明显的相对位 移。而且从测值以及仪器损坏情况分析，大坝左 岸面板变形大于右岸面板，上部高程面板变形大 于下部高程面板。 4 4坝体 渗流 地震发生后 ，无论是水库水位保持基本不变 或逐渐 降低 ，大 坝 渗 流量 均 逐 渐 增 加 ，震 前 2 0 0 8年 5月 1 0日测值为 1 0 3 8 1 s ，相应水位为 8 3 0 O m；7月 8日库水位 8 1 8 0 m时，渗流量为 1 9 3 1 s ， 。渗流水质在震后的 1 2天较震前浑 浊，并夹带泥沙，以后水质变清 ，至今未出现再 次混浊。地震前后坝体实测渗压水头及坝体绕坝 渗流孔内水位没有明显的变化 5 结 语 紫坪铺大坝布置了较为全面的监测设施且震 后部分损伤的仪器恢复及时，为评价 “ 5 1 2 ”汶 川 I 大地震对大坝造成的影响发挥 了重要作用，主 要结论如下： 1 )紫坪铺面板坝经受了超设计标准的地震 考验 ，表明大坝设计和施工质量较好 ，使坝具有 较强 的抗震 能力 。 2 )“ 5 1 2 ”汶川大地震导致大坝坝顶一次产 生了 8 1 c m的明显震陷和超过 3 0 c m的水平位移 ， 目前坝体变形 已趋于稳定。考虑到 “ 5 1 2 ”汶川 大地震的强度远超过大坝本身的设防烈度，大坝 变形量与国外经受地震的同类坝相 比，仍属正常 范围 。 吉林水利 紫坪铺混凝土面板堆石坝震损特性分析 牟 林等 2 0 1 0年 3月 3 )地震引起 的坝体变形导致大坝上游 防渗 系统明显受损 ，表现为：左坝段 8 4 5 m 高程以上 三期面板 出现脱 空 ，6号 面板 的脱空 达 2 3 c m， 1 5号与 2 1号面板脱空也超过 2 0 c m，最大脱 空 出现在三期面板的顶部 ；右坝段部分三期面板和 左坝段二期面板也出现脱空 ；5 2 3号面板以及 3 5 -3 8号 面板 二、三 期施 工缝 出现 明显错 台， 错台最大值为 1 7 c m；位于左坝肩的 Z 2 、右坝肩 的 Z I 2和右坝肩接近河谷底部的 Z 9号三向测缝 计测得该部位面板周边缝的张拉 、沉降和剪切位 移超过周边缝 的设计承受能力 。 4 )震后无论是水库水位保持基本不变或逐 渐降低 ，大坝 的渗流量 由震前 的 1 0 3 8 1 s均逐 渐增加为 5月 2 4日的 1 8 8 2 1 s ，原 因可能是受 损防渗系统所致 ，但综合渗流水质情况 ，也可能 为地震激活的基岩裂隙所产生的裂隙水所致。 5 )地震后紫 坪铺坝体下 游边坡 是稳定 的。 地震后堆石密度得到提高 ，因此有利于今后震陷 的减小 ，因此大坝修 复后抗震 能力不会 受到削 弱 。口 Ana l y s i s o f e a r t h qu a ke da ma g e f o r Zi pi n g p u c o nc r e t e f a c e r o c kf i l l da m M u Li nCa i De wa n Ab s t r a c t ：Z i p i n g p u c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m h a s wi t h s t o o d t h e t e s t o f u l t r a s e i s mi c d e s i g n s t a n d a r d s ，a f t e r a t i me l y p o s t e a r t h q u a k e r e s t o r a t i o n o f i t s mo n i t o r i n g e q u i p me n t i s c u r r e n t l y o p e r a t i n g n o r ma l l y 。 g o o d r a t e o f 8 3 D a m c r e s t o n c e a f t e r t h e e a r t h q u a k e p r o d u c e d a n 8 1 c m c l e a r s e i s mi c s u b s i d e n c e a n d mo r e t h a n 3 0 c m o f t h e h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t t h e c u r r e n t d e f o r ma t i o n o f t h e d a m h d s s t a b i l i z e d，b u t t h e p a n e l o f f t h e wr o n g s p a c e a n d t h e c o n s t r u c t i o n j o i n t s a n o t i c e a b l e l i f t Z i p i n g p u d a m h a s a s t r o n g a n t i s e i s mi c c a p a c i t y o f t h e o v e r a l l s t a b i l i t y o f t h e d a m a f t e r t h e e a r t h q u a k e ，a n d t h e r o c k f i l l d e n s i t y i S c o n d u c i v e t O t h e d e c r e a s e o f p e r ma n e n t d e f o r ma t i o n a f t e r t h e e a r t h q u a k e Ke y wo r d s ：e a r t h q u a k e ；s e i s mi c s u b s i d e n c e ；h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t ；p a n e l d e - e mp t y；wr o n g l i f t ( 上接 第 2页) 钢筋 混 凝 土 桩 ，地 面 上 建 造 2 5 m 高 直 径 为 0 4 m粗 的圆形钢筋混凝土桩 。 4 5 Q1 0点的 建造 点位于江北路旁采用钻探方法钻深 4 m 直径 为 0 6 m粗 的 圆形 钢 筋混凝 土桩 ，地面 上建造 1 5 m高的观测墩。观测墩外形均为圆形 ，底 部 直径为 0 4 m，上部直径 为 0 3 m 的 圆台形。观 测墩外形建成圆形，主要是考虑江心岛上的三个 控制点在发洪水期间，圆形的观测墩能够减弱洪 水的冲击力 ，使点位尽量稳定 。上述各点为提高 观测精度减弱对 中误差的影响均在观测墩上安置 不诱 钢质 强 制对 中基 座 。 4 6 Q5 Q7 点 的 建造 位于江心岛上 ，为图形过渡点，埋设五等平 面标石。为防止强制对中基座遭到人为破坏 ， 在所有的观测墩顶部都设有保护盖。 高程控制点与平面控制点共用，水准标头采 用不诱钢标头 ，安装在各平面控制点的基础上 。 5 小结 1 )经过对松原市松花江特大桥工程施工控 制基础标石建设实例 ，我们感到作为施工控制基 础点能起到既满足施工控制测量要求 ，又要满足 竣工后的桥体变形监测的基本起算点的要求最为 理 想 。 2 )对建标基础的地质条件进行稳定性分析 后 ，对基础标石的形状、结构、埋设深度进行设 计 ，设计的原则是标石不受冻融 、振动、沉降对 标体稳定性的影响。口 Th e d e s i g n o f t he be nc h m a r k a nd pr a c t i c e f o r l a r g e - s c a l e c o n s t r u c t i o n c o nt r o l s u r v e y Xi a o Z h o n g - we n ，Xu J i e Ab s t r a c t ： Th i s p a p e r t a k i n g t h e b e n c h ma r k c o n s t r u c t i o n o f S o n g y u a n Br i d g e a s a n e x a mp l e ，d e s i g n e d i t s s h a p e ，s t r u c t u r e ，a n d d e p t h a c c o r d i n g t o t h e l o c a l g e o l o g y Th e d e s i g n p r i n c i p l e i s t h e b e n c h ma r k c a n n o t b e i mp a c t e d b y t h a wi n g a n d f r e e z i n g，v i b r a t i o n，a n d s e t t l e me n t Th e c o n s t r u c t i o n t h e a d - v a n c e d c o n s t r u c t i o n me t h o d s o n s i t e b u r i e d i S u s e d ：t h e b e n c h ma r k h a s n o v e 1 s h a p e a n d u n i q u e s t y l e Th e t e s t o f t h e b e n c h ma r k b u i l t f o r t WO y e a r s a c c o r d s wi t h t h e d e s i g n r e q u i r e me n t a n d i s s t a b l e s a f e t y，t h e p r e c i s i o n r e l i a b l e I t wi l l p r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r a s i mi l a r c o n s t r u c t i o n Ke y wo r d s ：1 a r g e s c a l e p r o j e c t s ；c o n s t r u c t i o n c o n t r o l ；t h e f o u n d a t i o n o f b e n c h ma r k；t h e d e s i g n o f b e n c h ma r k 一 1 1