叶建洪

(中国水利水电第十二工程局,杭州,310004)

1 工程概况

紫坪铺水利枢纽工程大坝为混凝土面板堆石坝,河床段趾板基础高程 728.00m,坝顶高程为884.00m,最大坝高 156m,坝顶长 663.77m,坝顶宽度 12m。上游坝坡为 1∶1.4,下游坝坡为 1∶1.4和 1∶1.5,下游坝坡在 796.00m和 840.00m高程设有 5m宽马道,840.00m高程马道以上坝坡为 1∶1.5。坝体底宽约 450m。坝体设计填筑总量为1177万 m3。

大坝从 2003年3月1日开始填筑,2005年6月16日填筑至坝顶防浪墙底 879.4m高程,填筑工期 27.5个月,平均填筑强度达 42.8万 m3/月,最高填筑强度达 86万 m3/月。大坝填筑工程量大、填筑强度高,坝体施工期的沉降监测对控制坝体沉降变形及填筑质量显得更加重要。

2 坝体内部沉降监测布置

坝体内部沉降监测布置了两个监测断面,分别位于桩号 DAM 0+251m及 DAM 0+371m,DAM0+251m为主测断面。监测断面上每 30m高布置一排测点,测点之间间距 30m,主测断面上共布置四排测点,各排高程分别为 760m、790m、820m、850m。DAM0+371m监测断面除没有布置760m高程测点外,其余与 DAM0+251m主监测断面相同。主监测断面测点布置见图 1。

图 1 DAM0+251m监测断面仪器布置

坝体内部沉降监测采用南京水科院生产的电测水管式沉降仪(DCJ-2型)。两个监测断面共布置 56个沉降观测点,按高程划分为 7个单元,测点编号见图 1及表 1。水管式沉降仪测量基点的变形均由大坝外部变形测量进行监测,换算成绝对位移量。

表 1 坝体内部沉降观测点编号及位置

3 坝体填筑分期

为了满足度汛及蓄水需要,大坝填筑分三期进行。第一期上游临时断面达 810m高程,下游达 770m高程;第二期上游临时断面达 850m高程,下游达 800m高程;第三期填筑至坝顶防浪墙底 879.4m高程。大坝填筑分期断面见图 2。

图 2 大坝填筑分期

4 一期填筑沉降监测

坝体一期填筑从 2003年3月1日开始,2003年12月28日上游临时断面填筑至 810m高程,一期断面填筑结束。2003年9月底在坝轴线下游 0-154m位置设临时观测房,进行临时观测。

2003年10月4日至同年12月28日,一期断面上游从 770m高程填筑至 810m高程,填筑高度40m。DAM0+251m断面坝体沉降过程线及沉降量见图 3及图 4。

从本期监测中得出:(1)一期填筑最大沉降量出现在 V4测点,是最大坝高处,最大沉降量108mm。坝体每填筑上升 1m,平均沉降 2.7mm。V4测点两侧上、下游方向沉降量逐渐减小;(2)从 V1～V6测点沉降过程线看出,坝体沉降量随填筑高度增加而增大,填筑至 810m高程停止后,测点沉降明显减小,沉降过程线逐渐趋于平缓。在此期间,810m临时断面下游侧没有填筑,在该范围内的 V7、V8、V44、V45、V46测点 ,上部填筑高度为 10m,顶面高程为 770m,87天内的实测沉降量均小于 20mm。

图 3 DAM0+251.0m监测断面 EL.760.0m高程各测点沉降过程线

图 4 2003年12月31日DAM 0+251m断面大坝沉降分布

5 二期填筑沉降监测

2004年2月开始,二期断面自 770m高程开始向上填筑,2004年8月10日填筑至 850m高程,二期断面填筑结束,上游断面填筑高度 80m。

二期填筑至 790m高程分为两个时段进行,V47测点以前 2004年3月8日填筑至 790m高程,然后安装 V 12～V15、V47五个测点,并在 0-67.0m处设置临时观测房。V47测点以后 2004年5月3日填筑至 790m高程,安装 V48、V 49两个测点,并在坝后设计位置修建永久观测房。DAM0+251m断面坝体沉降量及沉降过程线见图5及图 6。

图 5 2004年8月8日DAM 0+251m断面坝体沉降分布

图 6 DAM 0+251.0m监测断面 EL.790.0m高程各测点沉降过程线

从本期监测中得出:(1)760m高程最大沉降量出现在 V 6测点上,沉降量由 58mm增加到343mm,增加值为 285mm。坝体每填筑上升 1m,平均沉降 3.56mm;(2)790m高程最大沉降量出现在 V14测点上,沉降量为 427mm。坝体每填筑上升 1m,平均沉降 7.12mm;(3)820m高程最大沉降量出现在 V18及 V19测点上,沉降量为84mm。坝体每填筑上升 1m,平均沉降 2.8mm;(4)坝后断面从 2004年6月20日起停留在 800m高程,49天没有填筑,V48、V49测点沉降量均小于 20mm;(5)各测点沉降量随坝体填筑高度的增加而增大,沉降过程为前期沉降较快,随着上部坝体升高和时间的推移,底部测点的沉降逐渐减缓;(6)在同一高程中,测点上方填筑高度越大沉降就越大;(7)坝轴线位置及已完坝高约 1/2处的V14测点,沉降量最大,达 427mm,占施工期总沉降的 48%。

6 三期填筑沉降监测

6.1 坝后 800m～850m高程填筑期

2004年8月24日,下游侧从 800m高程开始填筑,2005年1月30日填筑至 850m高程,填筑高度 50m,沉降量增加值分布图及沉降量增加值见图 7及表 2。

图 7 2005年1月30日DAM0+251m断面三期填筑坝体沉降量增加值分布

表 2 三期 850m以下填筑沉降增加值 单位:mm

从本期监测中得出:(1)本期最大沉降增加值为 296mm,出现在 V50测点上,是本期最大填筑高度处;(2)填筑区及下游侧坝体比上游非填筑区沉降增加值大得多,引起了较大的不均匀沉降,820m、790m高程最大不均匀沉降值达229mm,而平均值为 120mm,使上游先期填筑的坝体上部向下游倾斜。

6.2 850m～880m高程填筑期

2005年2月1日开始坝体全断面向上填筑,2006年6月16日达 880m高程,填筑高度 30m。沉降量增加值分布图及沉降量增加值见图 8及表3。

图 8 DAM0+251m断面 850m～880m高程填筑坝体沉降增加值分布

表 3 三期 880m以下填筑沉降增加值 单位:mm

从本期监测中得出:(1)坝体上部沉降比下部大,850m沉降值 ＞820m沉降值 ＞790m沉降值＞760m沉降值;(2)820m高程平均沉降量是施工期(至 04年9月底蓄水前止)平均沉降量的50%,850m高程平均沉降量是施工期平均沉降量的90%。

7 施工期总沉降量

施工期总沉降量分布见图 9及图 10,从图中得出:(1)施工期总沉降量最大值发生在 790m高程,约为坝高的 1/3处,最大沉降量为 886mm,为最大坝高的 5.7‰;(2)坝轴线位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐渐变小;(3)各高程测点沉降量的平均值大小依次为 790m＞820m＞850m＞760m;(4)上游坡面垫层料及过渡料沉降量总体上上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。

8 测点上方每填筑增高 30m对沉降的影响

以 DAM0+251m断面坝轴线上的测点 V7、V14、V20、V25为样本,分析测点上方坝体填筑对其沉降影响的程度 ,表 4为 V7、V14、V20、V25上方每填筑增高 30m的沉降量增加值。

表 4 测点上方每增高 30m沉降量增加值 单位:mm

9 沉降率

从沉降过程线可以看出,测点的沉降量是随着上方坝体的填筑高度增加而增大。坝体上方停止填筑时段内,沉降过程线明显平缓得多,沉降量急骤减小,并逐步收敛,坝体发生蠕变。为了分析沉降量占填筑高度的比例关系,用沉降率(沉降量 /填筑高度)来说明。下面(表 5)以 DAM 0+251m断面坝轴线上的测点 V7、V14、V20、V 25为样本,分析测点的沉降率(未计坝体蠕变沉降量)。

表 5 V7、V 14、V20、V 25测点沉降率

10 上游临时断面预沉降期

一、二、三期上游临时断面预沉降期分别为3.5个月、2.5个月及 3.5个月,各期上游临时断面预沉降期沉降量见表 6。

表 6 预沉降期沉降量(最大沉降值/平均值) 单位:mm

从表 6中得出:(1)临时断面顶部水准测量显示,一期上游临时断面顶部预沉降最大值为28mm,平均值为 22.5mm。二期上游临时断面顶部预沉降最大值为 66mm,平均值为 39.2mm,比一期增加约 1倍;(2)在同期中,上部沉降比下部大,即 850m＞820m＞790m＞760m。

11 结论

(1)测点沉降量随坝体填筑高度的逐步增加而逐渐增大。同一高程测点,上方坝体填筑高度越大,测点沉降量越大;测点上方 30m～90m范围内坝体填筑时,对该测点产生的沉降增加值最大;(2)坝体沉降率上部大于下部,最大为 850m监测高程,其次为 820m高程,第三为 790m高程,最小为 760m高程。820m高程与 790m高程的沉降率相差不大。(3)上游坡垫层料及过渡料总沉降量总体上部大于下部,即 850m＞820m＞790m＞760m。(4)坝轴线位置及附近沉降量最大,并向上、下游方向逐渐变小。(5)各高程测点沉降量的平均值大小依次为 790m＞820m＞850m＞760m。(6)施工期总沉降量最大值发生在 790m高程坝轴线上的 V14测点,约为坝高的 1/3处,同时 790m高程的平均沉降值也最大。