某碾压混凝土重力坝坝基扬压力监测成果分析.pdf

第 4 6卷 第 2 1 期 2 0 1 5年 1 1月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 4 6， No 21 NOV ，2 01 5 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 5 J 2 1 0 0 9 8 0 4 某碾压混凝土重力坝坝基扬压 力监测成果分析 李 新 ， 尚 层 ( 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 ， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 为了解某碾压 混凝 土重力坝运行 多年后 出现 坝基扬 压力较 高的原 因并及 时采取相 应的措施 ， 对该 坝近 几年坝基扬压 力的安全监测 资料进行 了整理 、 分析和安全评价 。借 助渗压计 和量水堰 的监测数据 ， 从扬 压力 系数 、 开合度 、 扬压力分布及 变化等方 面， 分析 了造成坝基 扬压 力较 高的诸 多原 因， 并提 出通过 新增排水 孔的 措施及时 降低 坝基扬压 力。监测 结果表明 ： 采取 相关措 施后 ， 总体上 ， 该坝 工作状 态良好 ， 坝基 扬压力 的升 高 未对 大坝安全造成影响 。 关键词 ： 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 ；安 全 监 测 ；坝 基 扬 压 力 中图法分类号 ： T V 6 9 8 1+ 2 文献标志码 ： A D OI ： 1 0 1 6 2 3 2 j c n k i 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 1 5 2 1 0 2 4 碾压混凝土重力坝由于具有体型简单 、 造价低、 施 工方便、 建设速度快和能适应多种地基条件 的特点而 被 广泛 应用 于坝 工 建设 中 。但 在重 力 坝 运 行 阶段 ， 扬 压 力过 高会 对大 坝 的稳 定 、 变 形 等 安全 问题 产 生 不利 影响 ， 因此 ， 扬压力问题在大坝安全监测中占有十分重 要 的地位。本文基于大坝安全监测资料 ， 分析扬压力 较高的原因并及时采取相应的工程措施 ， 为工程安全 运行提供有力保障 。 。 1 工程概况 某碾压混凝土重力坝水库总库容为 2 4亿 m ， 属 I 等 大 ( 一 ) 型水 库 ， 主 要 由 主坝 、 1 ， 2号 副坝 、 泄水 建 筑物 、 发 电引 水系统 、 厂 房 和次 要 建 筑 物组 成 ， 工程 以 供水 为 主 ， 兼顾 防洪 和发 电。 该碾压混凝土重 力坝坝顶高程 为 7 4 5 5 m， 正常 蓄 水位 7 3 9 0 m， 最 大 坝 高 1 2 1 5 m， 大 坝 全 长 1 5 7 0 m， 包括 左 岸台地 坝段 、 左 岸岸 坡 坝 段 、 河 床 坝 段 、 右岸 岸 坡坝段 和 右岸 台地 坝段 等 8 7个 坝段 ； 副坝 最 大坝 高 l 4 5 I n ， 坝段长 5 3 5 m， 电站装机容量为 1 4 0 M W。坝 址 处地 震基 本烈 度为 7度 ， 主 、 副坝设 计烈度 为 8度 。 库 区 出露 的地层 ， 在 近 库 坝 段 及 支流 坝 段 主要 是 上 石 炭统 和 中泥 盆统 变质砂 岩 、 片岩 、 片麻 岩及 构造 杂 岩 。近 坝左岸 3 4 k m 和右 岸 1 9 k m 的 库段 ， 可 能存 在库 水通 过强 风化 层 向下 游 渗 漏 的 问 题 ， 但 在施 工 期 已作防渗处理 。库区附近的主要构造形迹为褶皱和断 层 ， 其 中库坝 区 的褶 皱 主要位 于两 向斜 的南 翼 ， 坝址 区 断层主要发育有 N E、 N W 和 E W 向 3组 ， 这些断层规 模不大 、 延伸短、 破碎带狭窄。按照规范要求 ， 已完成 相关水工建筑物的抗震设计 ， 并在库区周边建立 了相 应 的地 震监 测设 施 。 2 坝基扬压 力监测仪 器布置 在 主河 床封 闭式 帷 幕 灌 浆 廊 道 、 横 向灌 浆 廊 道 以 及 横 向对外 交通 廊道 布设 测压 管 8 3支 ， 以观测 坝基 扬 压力分布。其中， 上游帷幕灌浆廊道 内 l l 7 7号坝段 布设了 4 7支测压管， 下游帷幕灌浆廊道 内 2 5 3 8号 坝段布 设 了 l 4支 ， 横 向灌 浆 廊道 2 5 ， 2 8 ， 3 1 ， 3 4 ， 3 9号 及 4 2号 坝 段 布设 了 2 2支 。在 测 压管 内安 装渗 压 计 ， 监测 孔 布置在 建基 面 以下 1 0 m深 度 。廊道 内还 安装 了 2 0支量 水堰 ， 用 以监测 坝基 渗流 量 ( 见 图 1 ) 。 3 监测成果分析 3 1 扬压 力系数 与渗压 系数 扬 压 水 位 高 于 坝底 高程 的水 柱 高 度 为扬 压 水 头 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 42 4 作 者简介 ： 李 新 ， 男 ， 高级 工程 师， 主要从 事工程管理、 大坝及 工程安全监测 工作 。Em a i l ： l l x x一 6 3 5 1 6 3 t o m 第 2 1期 李 新 ， 等： 某碾压混凝土重力坝坝基 扬压 力监测成果分析 9 9 H ， 扬压水头与上游水深 H。 的 比值 为扬压 系数 ， 即 = 等 渗压 水头 与 上下 游 水 位差 的 比值 为 渗压 系 数 O t ， 即 = 鞴 ( 2 ) 一 二 瓦 L 式 中 ， H 为 下游水 深 。 根据监测资料 ， 并利用公式 ( 1 ) ， 将 2 0 1 4年 1 2月 2 9 E l 计算 的上 游 及 下 游 纵 向灌 浆 廊 道 的 扬 压 力 系 数 列 于表 1与表 2中。 表 1 上游纵 向灌浆廊道扬压 力系数 注 ： 上 游 水 位7 3 0 0 9 m ， 。 F好 水 位 6 41 2 1 m ， 一 F】 。 ( 1 )从 表 1中可 以看 出 ， 上 游 纵 向灌 浆 廊 道 的扬 压力 系数 范 围为 0 0 6 0 8 9， 其 中 P 2 51 2 、 P 2 81 5 、 P 2 91 6 、 P 3 01 7 、 P 3 11 8 、 P 3 21 9处 扬压 力 系 数较 大 ， 分别 为 0 5 6 ， 0 4 7 ， 0 5 8 ， 0 8 9 ， 0 4 5和 0 6 0 ， 均超 过设计扬压力系数， 初步判断和库水位的变化、 坝基温 度等 因素有关 。 ( 2 )从 表 2中可 以看 出 ， 下 游 纵 向灌浆 廊 道 的扬 压力 系数 范 围为 0 1 6 2 4 5， 其 中 P 2 8 5 1 、 P 3 05 3 、 P 3 1 5 4 、 P 3 2 5 5 、 P 3 3 5 6 、 P 3 7 6 0处扬 压 力 系数较 大 ， 分别 为 2 4 5 、 0 8 1 、 0 5 4 、 1 0 8 、 0 6 3和 1 0 4， 均 超 过 设计 扬压 力系 数 ， 初步判 断也 是和 库水 位 的变化 、 坝 基 温度 等 因素有 关 。 表 2 下游纵向灌浆廊 道扬压力系数 3 2开合度监测 ( 1 )基岩和坝体接触面开合度。从监测资料中可 以看 出 ， 各 坝段基 岩 和 坝体 接 触 面 的 开合 度 均 随 着 库 水位的升高而有不同程度的增大 ， 变化范围为 0 6 2 1 3 3 mm。 ( 2 )横缝 开合 度 。2 93 0号 坝 段 6 3 8 m 高程 处 的上游面横缝开合度变化范围为 0 8 11 4 1 m m， 下 游 面横 缝开 合度 变 化 范 围为 1 4 31 8 6 mm。6 6 8 m 高 程处 的 上 游 面横 缝 开合 度 变 化 范 围为 1 6 4 2 3 8 m m。下游 面横缝 开合 度 变化 范 围为 1 1 7 3 6 6 m m。 ( 3 )斜坡段基岩和坝体接触面开合度。2 5 2 6 ， 3 83 9号坝段斜坡段基岩和坝体接触面 的开合度也 都随着库水位 的升高呈不同程度的增大 ， 与库水位呈 正相 关 变化 ， 最大 变化 范 围分 别 为 1 1 1 2 4 6 m m 和 1 791 9 6 mm 坝 轴线 ， 一 U P 4 3 3 0 U P 4 2 9 U P 4 1 一 8 U P 4 0 一 2 7 W E1 8 U P ：量 一 1 1 I p 2 7 r 一 一 一 匝 r 1U P4 1 16 39 2 lu P 蕊 1 薅 灌 裂 雁 tiff 15 4 u P 4 l l 7 箍廊道 tUP38 14 觑 基 第 一 道 纵 向 排 水 蠡 道 横 向 灌 wEld UP 1UP4118 【 1 坝 基 第 ： ：道 纵 向 水 廊 道 l 50 U P 3 6 5 U P 3 5 一 L 、下 游 j l 浆 廊 道 W E l7 图 1坝基扬压力监测平面布置 ( 1 ： 5 0 0 ) 3 3 扬压 力变化规律 近期监测资料显示坝基扬压 力 较 高 ， 据此 选取 近 3 a的安全监 测资料对其 进行分析 ， 判断引起 坝 基扬 压力 较高 的原 因 。 ( 1 )受 库水 位 的 影 响 。坝基 扬 压 力 随 着 库 水 位 的 上 升 而 增 大 ， 总体和库水位呈正相关 ， 从监 测 资料 可 以看 出 ， 坝 基 扬 压 力 的 变 化 ， 稍滞 后 于库水 位 的变化 。 ( 2 )受 环境 温度 和 坝基 温 度 1 00 人 民 长 江 的影响。基岩和坝体接触面的开合度受库水位和温度 的影响 ， 当库水位升高开合度会相应增大； 由于温度 的 热胀冷缩效应 ， 使基岩和坝体接触面的开合度会 出现 不 同程 度 的变化 ， 从 而导 致渗 流量 的增 加 ， 增 大 了坝基 扬压 力 。 ( 3 )受 复杂 地质条 件 的影 响。库 区附 近 的主要构 造 形迹 为褶皱 和 断层 ， 地 质条 件较 为复 杂 ， 库 水也会 沿 着 强风 化层 向下 游渗漏 ， 在施 工期 虽 已经过 处理 ， 但难 免 会有 处理效 果 不佳 的 部 位 ， 工程 运 行 多 年 后 可能 会 有库水渗漏 ， 造成扬压力偏高的情形。 ( 4 )受 排水 孔排水 不 畅的影 响 。在进 行渗 流量 和 排水孔的调查时发现 ， 部分排水孔不出水或 出水较少 ， 这 种情 况下排 水孔 排水 不 畅也是 导致 坝基 扬压力 较 高 的原 因 。 3 4扬压 力分布规律 3 4 1 横 向分布规律 取典 型 坝段 3 1号 坝 段 为 例 ， P 3 16 8 、 P 3 1 6 9 、 P 3 1 7 0埋设 在 3 0 3 1 号 坝 段横 缝 处 横 向灌 浆 廊 道 的坝基 内 ， P 3 1 6 8的渗 压水 位 与库 水 位 密切 相 关 ， 渗压水 位 随 库 水 位 的 上 升 而 缓 慢 增 加 ， P 3 l一6 9 、 P 3 1 7 0 的渗压水位较低 ， 截至 2 0 1 4年 1 1月 ， 2支仪 器渗压水头升幅分别为 2 8 3 m和 3 5 4 m。由 3 1号 坝段 横 向廊道 扬压 力 分 布 图可 知 ， 该 坝 段 P 3 1 6 8测 点 的扬 压力超 设计 值 3 5 2 I n ； P 3 1 6 9测 点 的 略超 设 计 值 0 3 6 m。 3 4 2纵 向分布规律 左岸台地坝段 ( 1 11 8号坝段) 上游纵 向灌浆廊 道 的基岩 内安装 了 5支 渗 压 计 ， 部 分渗 压 计 实 测 扬 压 力超出设计值范围0 2 4 6 9 2 1T I 。 左岸 岸坡 坝段 ( 1 9 2 7号坝 段 ) 上 游 纵 向灌 浆 廊 道基 岩 内安装 了 9支 渗 压 计 ， P 2 51 2渗 压 计 实 测 扬 压力 超 出设计值 1 5 7 9 1T I 。 主河床坝段( 2 83 5号坝段 ) 上游纵 向灌浆廊道 的基岩内安装 了 8支渗压计 ， 部分渗压计实测扬压力 超 出设计 值 范 围 2 6 4 9 4 5 6 6 m。 右 岸岸 坡坝段 ( 3 64 3号 坝 段 ) 上 游 纵 向灌浆 廊 道基岩内安装 了 8支渗压计 ， 各渗压计 的实测扬压力 均小于设计值。 右 岸 台地坝 段 ( 4 47 7号 坝 段 ) 上 游 纵 向灌 浆廊 道基 岩 内安装 了 1 7支渗压 计 ， 部 分渗 压计 实测 扬压 力 超 出设 计值 范 围 0 3 31 3 8 5 m。 主河 床典 型坝段 坝基 上 游纵 向灌 浆廊 道测 压 管水 位过 程线 见 图 2 。 3 5 钻 孔前后扬压 力变化情 况 鉴 于 主河床 段 、 左 右岸 坡 和 台 地 等部 分 坝 段 坝 基 扬 压力 较高 ， 为 了保证 工程 安 全运行 ， 笔者 所在 单位 立 即采取了相应的工程技术措施 ， 即在原有 的排水孔基 础 上 ， 每两 孑 L 之 间又 新增一 个排 水孑 L 。截 至 目前 ， 已完 成 2 53 2号 坝 段 钻孔 ， 新 增 的排水 孔 中 ， 8 0 有 水 渗 出 ， 就 这部 分坝 段而 言 ， 总体效 果还是 很 好 的。钻孔 前 后上 游纵 向帷 幕灌浆 廊道 扬压 力对 比见 图 3 。 图 2 典型坝段坝基上游纵 向灌浆廊道测压管水位过 程线 钻孔前设计值 钻孔前实测值 钻孔后设计值 钻孔后实测值 l l Z 0 Z， U j J t 5 t j J 1 j D一 ， n jf ， 坝段号 图 3 钻孔前后上游纵 向灌 浆廊道扬压 力对 比 从 图 3中可 以看 出 ， 截至 2 0 1 5年 1月 3 1日， 在 大 坝上游水位持续上涨的情况下， 采取 钻孔排水来降低 坝基 扬 压力 的措 施 ， 除 2 5号 坝 段 未 发 生 明显 变 化 以 外 ， 2 6 3 2号坝段 均 取得 了 明显效果 。 ( 1 )2 6 ， 2 7号 坝 段 坝 基 扬 压 力 虽 未超 设 计 值 ， 但 扬 压 力水头 也分 别下 降 1 1 4 6 m 和 2 1 3 5 m。 ( 2 )钻孔前扬压力超设计值的 3 1 ， 3 2号坝段 ， 钻 孔后扬压力水头分别下降了 3 3 7 8 m和 4 5 6 m， 满足 设 计 要求 。 ( 3 )2 9 ， 3 0号 坝 段 扬 压 力仍 然 超 出设 计 值 ， 但 扬 压力 水头 下降 显著 ， 分别 降低 4 0 6 m和 5 6 2 5 m。 ( 4 )2 8号坝段扬压力水头虽有降低 ， 但效果不明 显 ， 仅 降低 了 4 8 3 m。 ( 5 )2 5号坝段剩余 2个排水孔未完成钻孔工作 ， 可能对该坝段扬压力水头降低有影响。 横 向灌 浆廊 道虽 未 开 始 钻 孔 ， 但 受 上 游 纵 向帷 幕 灌 浆廊 道钻 孔排 水 的影 响 ， 2 5 2 8号坝 段 横 向灌 浆 廊 道扬压力水头也有所降低。尽管 2 8号坝段扬压力水 头依然 超 出设计 值 ， 但 降低 效果 明显 ， 尤 其是 P 2 86 6 景 矩 l ( 】 u1 0 I 1 = 0 ( j 0 一 0 卜 0 一 0 0 0 0 = ( 1 一 0 1 0 一 【 _ _ 【 。 。 圭。 譬 I I ) 事詈 搁 0 翌 0 2 0 一 l - ； ： 【 ( 】 0 0 翟 0 卜 0 一 0 0 篁 0 0 g _【 0 g 第 2 1期 李 新 ， 等： 某碾压混凝土重 力坝 坝基 扬压力监测成果分析 1 0 1 孑 L ， 降低 了 1 9 3 2 i n ， 仍需采取钻孔排水措施。 下 游纵 向帷 幕灌 浆 廊 道 未 开 始 钻 孔 ， 主 要受 下 游 水位 等 的影 响 ， 当前 扬 压 力 也 较 高 ， 目前 考 虑 继 续 钻 孔 ， 排水 降压 。 4结 论 通 过对 某碾 压混 凝 土重力 坝 坝基扬 压 力 的监 测 成 果分 析 ， 可 以得 出 以下结论 。 ( 1 )受 库水 位 升高 、 环境 温度 与坝 基温 度变 化 、 复 杂地质条件 、 排水孔排水不畅等因素的影响 ， 坝基各部 位 开合 度会 出 现不 同程 度 的变 化 ， 加 之 基 岩 裂 隙 的 变 化等 ， 最终导致碾压混凝土重力坝坝基扬压力较高。 ( 2 )鉴 于 坝基扬 压 力 较 高 ， 采 取 了及 时 增 加 排 水 孔的措施。上游帷幕纵向灌浆廊道的扬压力降低效果 非 常 明显 ， 大部 分排 水孔 都有 出水 情况 ， 扬 压力 得到 了 释 放 ； 横 向灌 浆 廊道 虽未 开始 钻孔 ， 但受 上游 钻孔 的影 响， 部分渗压计的测值也有所降低 。 。 ( 3 )从 目前采取 的钻孔排水措施情况来看 ， 降低 坝基扬压力 的效果很 明显 ， 横向灌浆廊道和下游帷幕 纵 向灌浆 廊 道也 应 及 时 采取 钻 孔 排 水 的方 法 。同 时 ， 坝基基岩有可能存在裂隙 ， 也应采取增加帷幕灌浆等 工 程措施 对 其 进 行 处 理 ， 以达 到 “ 上 挡 下排 ” 的 效果 ， 从而彻底解决坝基扬压力较高的问题 。 ( 4 )通过对近几年的工程安全监测资料结果进行 分 析发 现 ， 各 监测 项 目均 在安全 指标 范 围 内变 化 ， 坝基 扬压力的升高未对该碾压混凝土重力坝的安全产生影 响 ， 使其 仍处 于安 全运 行工 作状 态 。 参 考文 献 ： 1 孙恭 尧， 王三一 ， 冯树 荣 高碾压混凝土重力坝 M 北京 ： 中国电 力 出版 社 ， 2 00 3 2 赵 志仁 大坝安全监测 的原理与应用 M 天津： 天津科学技术 出 版社 。 1 9 9 1 3 陈 兰， 陈 浙新 ， 王 少伟 古 田 溪四级 大坝 坝基 扬 压 力综 合 分析 C 2 0 1 2年 中国水力发 电工程 学会 大坝安 全监测 专委 会年会 暨学术交流会 论文集， 2 0 1 2 4 朱凯， 梅 一 韬 ， 刘敬 洋， 等 某 水电站 坝基 扬 压力 异常 原 因分析 J 人 民长江 ， 2 0 1 3 ， 4 4 ( 1 ) ： 5 25 6 5 宋汉周 ， 赖诗坤 ， 童海 涛 探讨 大坝基础局部扬压力异常机理的综 合分析 方法 J 水力发电学报 ， 2 0 0 3 ， ( 4 ) ： 6 06 6 ( 编 辑 ： 胡 旭 东 ) Ana l y s i s o n m o ni t o r i ng r e s ul t s o f f o und a t i o n up l i f t p r e s s u r e o f a RCC g r a v i t y da m LI Xi n S HANG Ce n g ( Xi n j i a a g I r t y s h Ri v e r B a s i n De v e l o p me n t P r o j e c t C o n s t r u c t i o n a n d Ma n a g e me n t Bu r e a u，Ur u mq i 8 3 0 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th eun d a t i o n u pl i ft pr e s s ur e o f a RCC g r a v i t y d a m i s b e c o mi ng l a r g e a f t e r y e a r s o f o p e r a t i o nTo t i me l y t a k e a p pr o p r i a t e me a s ur e s ，t h e RCC g r a v i t y da m s a f e t y mo n i t o r i n g d a t a o f t h e u pl i ft p r e s s u r e i n r e c e n t y e a r s we r e r e v i e we d，a n a l y z e d a nd e v a l ua t e dTh e c a u s e s f o r t h e h i g h f o u nd a t i o n u pl i ft p r e s s u r e we r e a n a l y z e d i n t e r ms o f u pl i ft p r e s s u r e c o e ffi c i e n t ，o p e n i n g s，u p l i ft pr e s s ur e d i s t r i b ut i o n a n d v a r i a t i o n b y u s i ng t h e mo ni t o r i n g d a t a o f o s mo me t e r a n d me a s u r i ng we i r，a nd t he me a s u r e s o f i n c r e a s i n g dr a i n a g e ho l e s t o l o we r t h e f o u nd a t i o n up l i ft p r e s s u r e i n t i me we r e pu t f o r wa r d a c c o r d i n g l yAfte r t a ki n g a s e r i es o f me a s ur e s，t h e g r a v i t y d a m wa s i n s a f e c o nd i t i o n，a nd t he e l e v a t i o n o f f o u nd a t i o n u p l i ft p r e s s u r e d i d no t a f f e c t t h e da m s a f e t y f r o m t h e o v e r a l l pe r s p e c t i v e Ke y wo r ds： RCC g r a v i t y d a m；s a f e t y mo ni t o r i n g；u p l i ft pr e s s ur e o f da m f o un da t i o n