宝瓶水电站混凝土面板堆石坝竣工验收内部沉降位移资料分析.pdf

第 5 0卷第 6 期 2 0 1 4年 6月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WAT E R R E S OUR CE S AN D HY DR Op OWE R TE C HNO L OGY Vo 1 5 0 No 6 J u n ， 2 01 4 设计 与研究 宝瓶水电站混凝土面板堆石坝 竣工验收内部沉降位移资料分析 王 艳 丽 ( 甘肃省水利水电勘测设计研 究院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要： 黑河宝瓶水电站大坝为混凝土面板堆石坝， 针对该工程的特殊性 ， 设计从坝体的体型、 坝料的填筑参数选择、 坝体分区设计等方面对预防面板产生裂缝或减少裂缝产生进行了研究并采取 了相应的措施，对坝体设置较为全面 的安全监测仪器， 以指导坝体施工， 对运行期坝体的管理提供依据， 确保坝体的安全可靠施工和运行。 关键词 ： 混凝土面板堆石坝； 坝体内部监测； 水平位移计； 水管式沉降仪； 水平位移； 垂直沉降 中图分 类号 ： T V 6 9 8 1 1 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 3 8 0 4 1 工程概 况 黑河宝瓶河水电站地处甘肃省肃南裕 固族 自治 县 和青 海省 祁连 县境 内的省 界 的黑河 上 。工程 由引 水 枢纽 、引 水发 电系 统及发 电厂区三 部分 建筑 物组 成 ， 采 用混 合式 开发 。 主要任 务是 发 电。水 库正 常蓄 水 位 2 5 2 1 0 0m， 总库 容 20 5 0万 m 。电站 额定 水头 1 3 2 0 0 m，总装机容量 1 2 3 MW，多年平均发 电量 4 1 3 7 5亿k W h 。工程为中型三等工程 ， 枢纽大坝 、 引 水隧洞 、 电站厂房主要建筑物按 3级建筑物设计 次要 水工建筑物按 4级建筑物设计 ，临时陛水工建筑物按 5级设计。 工程区多年平均年降水量为 1 7 5 4 m m， 多年 平均年水面蒸发量为 1 3 7 8 7 m m，平均气温为 8 5 ， 绝 对 最 高 气温 3 7 2( 1 9 6 1 0 6 ) ， 绝 对 最低 气 温 一 3 3 0( 1 9 5 5 - 0 1 ) ， 日温差较大， 最大冻土深度 1 5 m。 枢 纽 混 凝 土 面板 堆 石 坝 按 1 0 0年 一 遇 洪 水 设 计 ， 1 0 0 0年 一 遇洪水 校核 ，相 应设计 洪水 洪峰 流量 1 9 2 0 m 3 1 8 ， 校核洪水洪峰流量 3 0 4 0 m 3 s 。电站厂房 按 5 O年 一遇 洪水 设计 2 0 0年一 遇洪 水 校核 ，相应 的洪 峰流 量分 别为 1 6 2 0m 3 s 和 2 2 9 0m 3 s 。 大坝为混凝土面板堆石坝 ， 最大坝高为 9 3 5 m 坝顶长 1 4 7 0 m， 坝顶宽 8 0 m， 净宽 7 2 m。 上游边坡 1 ： 1 4 5 ， 下游 边坡 l ： 1 5 1 ： 1 4 。 坝址位于高寒高地震 区且河谷极不对称 河谷 宽高 比为 t ： 1 5 7 ， 气候寒冷 干燥 ， 昼夜温差大 ； 由于 其地形条件特殊 ， 坝体 、 面板受力复杂 ， 这对面板的 抗裂设计提出了较高的要求 ， 对大坝防渗面板的施 工及蓄水的时间安排尤为重要 ， 这就需要对坝体布 设安全监测仪器 ， 根据监测数据的分析 ， 正确地选择 面板施工时间和坝体蓄水时间， 以便减少面板裂缝 ， 对工程长久安全运行起到关键作用。 2安全 监测 设计 大 坝原 型观 测工 程主要 由大坝渗 流监 测 、大 坝 内部位移监测 、 大坝表面位移监测 、 面板应力应变监 测 、 面板钢筋监测 、 面板板间缝及周边缝变位监测 、 面板挠度监测 、 高趾墙应力应变及环境量监测组成 。 外 部表 面位 移监测 点 根据本 工程 的实 际特 点 ，主要 对 混凝 土 面板挠 度 、 坝 顶及 坝坡 的变 位进 行监 测 掌 握坝体的变形情况 ，实现对坝体 的安全控制运行 。 内部监测沿最大坝高处的 0 + 0 6 4 0 m横断面布置 ， 在 0 + 0 4 2 0 m、 0 + 0 9 4 0 m横断面处各布置一辅助监 测断面 高度方 向在 24 6 8 m高程 、 24 9 8 m高程面 布设 两层 内部变形测点( 水管沉降仪和钢丝位移 计 ) ， 以实 现对坝 体 的水平 和垂 直位移 监测 。 按照设计规范要求 。宝瓶水 电站安全监测项 目 监 测仪 器 共 布 设 3 7 5个 测 点 。 1套 自动化 监 测 系 统 ( 表 1 ) ， 其中钢筋计 、 应变计等内埋式仪器 2 8 5个测 点 外观标点等外部埋设仪器 9 0个测点 ， 1 套 自动 化系统具有数据 自动采集 、 存储及处理功能。 3安全 监测 资料 整编 分析 截至坝体竣工验收前 ，工程 已埋设布置各类内 部监测仪器 2 8 5台( 套 ) ， 2支仪 器因土建施工原因 损坏 已埋设 内观监测仪器完好率为 9 9 3 ， 数据观 测正常 ； _ 夕 观仪器已安装埋设 6 3测点 ， 全部完好 ， 外 观完好率 1 0 0 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 2 6 作者简介： 王艳丽( 1 9 8 6 一 ) ， 女， 甘肃平凉人， 助理工程师， 主要从事水利水电工程施工。 38 - 第 6期 王艳丽 ： 宝瓶水电站混凝 土面板堆石坝竣工验收 内部沉降位移资料分析 第 5 0卷 表 1 安全监测仪器布设 序号 监测部位 监测项目 仪器设备 仪器数量 生产厂家 安全 监测资料分析所 采用 的监测数据 资料时 间序 列 为 2 0 1 0年 施 工 期 开始 至 2 0 1 3年 7月 2 5 日。观测 资料经初步整理 、计算及分析 ，资料可 信 ， 精度 高 ， 观测结果 可以正确反映大坝运行工作 状 态 。 4 坝体 沉 降观测 坝体垂直位移采用南京南瑞集团公司研发生产 的水管式沉降仪进行观测 。大坝于 2 0 1 1 年 3月中 旬填筑完毕到顶 ，大坝 2 4 6 8 m高程仪器的安装时 间为 2 0 1 0年 l 0月上旬 ，观测开始时间为 1 2月上 旬 ： 2 4 9 8 m高程测点安装时间为 2 0 1 1 年 1 月上旬 ， 观测 开始 时 间为 2 0 1 1年 5月下旬 。 4 1 施工期大坝沉降监测情况 自2 0 1 0年全站仪取得测点初值到 2 0 1 2年 2月 1 6日大坝下闸蓄水前夕 ， 大坝施工期各测点沉降监 测情 况见 表 2所列 。 由表 2观测数据统计可知 。大坝施工期沉降量 最大值为 5 3 6 c m 对应测点为坝纵 0 + 6 4条带 2 4 6 8 m高程 ， 靠近坝中位置的 E S 4测点 。 高程分布在 1 2 到 1 3坝高处。 坝体沉降规律为中间沉降量大， 靠上 游侧及靠下游侧沉降量小 ； 2 4 6 8 m高程沉降量大 ， 2 4 9 8 m高程沉降量小 。分析后认为施工期 坝体 中 部 自重荷载较大致使沉降量大于两头 ： 2 4 9 8 m高程 面埋设时间( 2 0 1 1 年 1月) 晚于 2 4 6 8 m高程约 3个 月，两者基准不一致造成了两个高程累计沉降量之 间的差异 。2 0 1 1年 3月 以前是大坝快速填筑期 ， 3 月以后填筑进度趋缓 坝体沉降变形也是在此之前 快速发展 ， 此后趋缓( 图 1 ) 。 表 2 施 工期各 条带测点累积沉降量统计 图 1 两个高程面坝轴线处沉降对比过程线 3 9 加 如 加 加 2 0 1 4年第 6期 甘肃水利水 电技术 第 5 0卷 总体而言 ， 大坝施工期沉降观测数据翔实 、 连续 性好 、 规律正常， 能够正确反映大坝沉降状态 ， 可 为 设计 、 施工及管理单位提供相关参考。 4 2蓄水运行期大坝沉降监测情况 自 2 0 1 2年 2月 1 6日大 坝下 闸 蓄 水 至 2 0 1 3年 7月 2 5日大坝蓄水发电以后 观测数据 ( 表 3 ) 显示 ， 在蓄水运行期 2 4 6 8 m高程面大坝 内部沉降最 大 值为 l 5 7 c m，位 于 O + 6 4条 带靠近坝前位置 处的 E S 2 测点 。2 4 6 8 m高程蓄水运行期平均沉 降量为 7 8 c m。 表 3 2 4 6 8 m高程各测点蓄水运行期累积沉降量 沉降规律为靠近坝前测点沉 降量 大于坝后 测 点 ， 分析认为 ： 大坝蓄水运行后水位增高 坝前所受 垂直 向下水压力大于坝后 ， 造成坝前 测点沉降量普 遍大于坝后测点沉降量的分布规律 。至于坝后测点 出现的微小上抬现象 ( 负值 ) ， 应是上游库底受到垂 直向下水压力后发生沉陷。 造成下游侧微小上抬所 致 。 自2 0 1 2年 2月 l 6日大坝下闸蓄水 至 2 0 1 3年 7月 2 5日观测数据( 表 4 ) 显示 ， 在蓄水运行期 2 4 9 8 1 1 高程 面大坝 内部沉 降最大 值为 1 2 9 e l 1 ，位 于 0 + 4 2条带 靠近 坝前 位置 处 的 E S 2 6测点 2 4 9 8 m 高 程蓄水运行期平 均沉降量 为 7 9 c m。蓄水运行期 2 4 9 8 m高程 面坝体沉降量平均值大于 2 4 6 8 m高 程面沉降量平均值 ， 这是 因为前者 的沉降中包含了 后者的沉降以及两个高程之间坝体 的沉降两部分 ； 2 4 9 8 m高程面沉 降量分布规律与 2 4 6 8 m高程面 沉降量分布规律相同即坝前位置沉降量大于坝后 。 表 4 2 4 9 8 m 高程各测点蓄水期至今 累积沉降量 测点 编号( 0 + 4 2条带 ) E S 2 5 E S 2 6 E S 2 7 E S 2 8 E S 2 9 2 0 1 2年 2月 1 7日累积沉 降量 c m 5 8 3 7 9 4 1 5 3 2 8 1 5 7 2 0 1 3 年 7 月 2 5日累积沉降量 c m 1 6 3 5 0 8 5 0 6 4 4 4 1 7 5 蓄水运行期沉降量， c m 1 0 5 l 2 9 9 1 1 1 6 1 8 测点编号( 0 + 6 4条带 ) E S 0 8 E S 0 9 E S 1 0 E S 1 1 E S 1 2 2 0 1 2 年 2 月 1 7日 累积沉降量 e ra 1 3 6 3 5 5 4 1 1 3 4 4 2 0 5 2 0 1 3 年7月2 5日累积沉降量 c m 2 5 3 3 7 2 5 0 5 3 8 8 2 3 1 蓄水运行期沉 降量 e ra l 1 7 1 7 9 4 4 4 2 6 测点编号( 0 + 9 4 条带) E S 2 0 E S 2 1 E S 2 2 E S 2 3 E S 2 4 2 0 1 2 年 2 月 1 7日 累积沉降量 e ra 1 3 5 2 2 4 3 4 4 2 9 8 2 2 3 2 0 1 3年 7月 2 5日累积沉降量 c m 2 4 7 3 4 2 4 5 1 3 4 0 2 5 1 蓄水运行期沉降量 c m 1 1 2 1 1 8 1 0 7 4 2 2 8 4 0 分析 比对 2 0 1 2年 2月至 2 0 1 3年 7月水 管沉 降 仪监测数据 大坝蓄水运行期沉降量呈现如下规律 ： 上游侧沉降明显大于下游侧沉降 后者甚至会发 生微小上抬 ； 高处( 2 4 9 8 m高程) 沉降平均值大于 低处 ( 2 4 6 8 I n高程) ， 上述现象均符合正常规律 。 总之 监测结果显示大坝沉降主要发生在施工 填筑期及蓄水初期 ：施工期大坝 内部最 大沉 降为 5 3 6 c m。 占最大坝高 的 0 5 7 ： 下 闸蓄水 后至 2 0 1 3 年 7月底大坝蓄水运行期沉降量最大值为 1 5 7 c m， 蓄水运行期沉降量 占总坝高的比例为 0 1 7 ；总沉 降量 6 1 5 c m 占坝高 比未超过 l 。 施工期及蓄水运 行期坝体沉降变形符合正常规律。 5坝 体水 平位 移观测 引张线式钢丝水平位移计 自 2 0 1 2年 1 月坝后 观测房建好后即开始安装测量吊架 。 并于 2 0 1 2年 1 月 1 5日开始测量 从 2 0 1 2年 2月 1 6日宝瓶大坝下 闸蓄水至 2 0 1 3年 7月钢丝水平位移计观测结果显 示各测点蓄水运行后水平位移 ( 表 5 ) 。 大坝蓄水运行期 内监测结果显示 ： 从 2 0 1 2年 1 月开始观测至 2 0 1 3年 7月 。 坝体内水平位移累计最 大值为 4 2 c m， 水平位移最大值对应测点为 2 4 9 8 I n 高程 0 + 9 4条带靠近坝前的 E X 2 0测点。 从大坝水平 位移的分布规律来看 。 大坝内部水平位移规律如下： ( 1 ) 坝前测点水平位移值大 、坝后测点水平位 移值小 ： ( 2 )坝体右岸 ( 0 + 9 4条带 ) 水平位移大 于坝体 左岸水平位移( 0 + 4 2条带) ； ( 3 )坝体上部 ( 2 4 9 8 IT I 高程) 水平位移大于坝 体下部 ( 2 4 6 8 m高程) 水平位移值 。 分析认为因蓄水后大坝水平方向的静水及动水 第 6期 王艳丽 ： 宝瓶 水电站混凝 土面板 堆石 坝竣工验收 内部沉降位移资料分析 第 5 0卷 压力作用给大坝带来指 向坝后的水平荷载 ， 致使坝 体前段水平位移向坝后且测值 明显大于坝体后段 ； 因坝体属于金字塔形结构 。 下部宽厚稳定 ， 上部相对 而言 窄而不稳 ( 坝顶宽 7 m) ， 在水平方向的水 压力 作用下 。 上部测 点位移值大 于下部测点位移值属正 常现象 ； 因大坝并不是左右完全对称 ， 且主河道分布 并未与坝轴线重合 ， 即坝前来流动水压力对大坝冲 击不平衡 致使大坝水平方 向的受力不平衡。 总体而言 ， 引张线式钢丝水平位移计监测结果 能够准确反映大坝水平方 向的变化状态 ， 监测结果 显示大坝水平位移最大值 4 2 c m，运行期 以后水平 位移值逐渐趋于稳定 。 无异常变化规律。 6安 全鉴 定资 料分 析结 论 宝瓶水 电站大坝枢纽布设 多个监测项 目。 包括 渗流监测 。 坝体位移监测 ， 混凝土面板监测 ， 周边缝 监测及 自动化数据采集系统等。坝体内部安全监测 布设坝纵 O + 0 4 2 0 m， 坝纵 0 + 0 6 4 _ 0 m， 坝纵 0 + 0 9 4 0m 3个主断面 ：坝横断面每 隔 2 5 m布设一个监测断 面 ； 高度方 向。 在 2 4 6 8 m高程和 2 4 9 8 m高程布设 两个主观测层 面， 结合本工程安全资料分析结果 ， 宝 瓶工程坝体内部安全监测系统布局合理 ， 能够反映 坝体内部的位移变化 ，其设计能够满足规范要求 。 本文只对坝体的内部位移沉降监测资料进行整编分 析 ， 从安全监测资料分析 ， 主要形成 以下结论 ： ( 1 ) 面板施工前 ，坝体内部监测各仪器的沉降 值均过了其高峰值 。 其数据变化趋于平缓 ， 且变化量 逐渐减小 ， 说明坝体面板选择的施工时间是合理的。 ( 2 ) 坝体蓄水期选择在黑河枯水期进行 ，是库 区水位抬升较慢 ， 对面板的加载较慢 ， 使面板逐步适 应坝体的变形 ， 以便减小面板二次裂缝的产生 从监 测资料分析可知 ， 蓄水期坝体变位较小 ， 且数据变化 差距较小 ， 没有发生突变现象， 说明坝体蓄水选择的 时期是合理的。 ( 3 ) 从发 电运行期 坝体沉降的数据分析可知 ， 坝体在施工期的沉降位移均大于蓄水运行期。说明 坝体填筑质量较好 ， 坝体在施工期沉降完成较好 ， 对 面板的抗裂起到很好的作用。结合坝体面板监测资 料及渗流资料分析结果，本工程实际运行期面板渗 漏稳定 ， 渗漏量较小 ， 也说明面板在蓄水期产生二次 裂缝较少 ， 说明坝体填筑质量较好。 ( 4 ) 坝体 内部监测是坝体安全监测中重要 的一 部分 ， 从工程施工期到长期的运行期 ， 对坝体的各个 管 理环 节起 着重 要 的指导作 用 ， 一定要 引起 重视 在 设计过程中应该充分考虑地形地质条件 河谷影响 因素等 ， 以便 布置合理 ， 能够具有代表性 的反映坝 体 的内部位移变化 ， 指导工程施工和运行的整个过 程 。 参考文献 ： 1 蒋国澄， 傅志安， 风家骥 混凝土面板坝工程 M 武汉： 湖 北科学技术出版社 ， 1 9 9 7 2 S L 2 2 8 9 8 ， 混凝土面板堆石坝设计规范 S 3 s L 6 0 9 4 ， 土石坝安全监测技术规范 s ( 上接第 3 7页) 对具体实施过程提出几点建议 ： ( 1 ) 加强对改造的一体化槽闸间渠段的施工质量 控制， 确保与一体化槽闸能够较好的体现自身优点。 ( 2 ) 安装一体化槽闸后 ， 及 时进行远程控制 的 主机系统 的安装 于调试 真正实现示范片的远程与 本 地 实时控 制 。 ( 3 ) 加强示范片运行管理人员的 自身素质 ， 举 办专业 的培训班对运行管理人员进行培训 只有在实施过程中和建成后运行 中注重各个方 面的问题 ，才能真正发挥和体现 出全渠道控制系统 的强大优势，才能使 昌马灌区南干渠的示范片成为 灌区节水改造后的一个新亮点。 41