蔡 平

（遵义市水利水电勘测设计研究院有限责任公司,贵州 遵义 563000）

1 工程概况

魁龙水库工程位于贵州省余庆县境内,工程开发任务是向余庆县城城市规划区和白泥工业园区供水,设计年供水量1170 万m3/a,水库正常蓄水位630 m,总库容1152 万m3,水库枢纽工程主要由混凝土面板堆石坝、右岸竖井旋流式泄洪洞和取水兼放空隧洞等建筑物组成,属中型Ⅲ等水利工程。大坝于2013年11 月开始填筑,2019年12 月竣工。

水库挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,坝顶高程633.5 m,最大坝高56 m,坝顶长191 m,坝顶宽7 m,上游坝坡1∶1.4,下游坝坡1∶1.4、1∶1.5。坝体由混凝土面板、垫层、过渡层、竖向排水区和水平排水区、堆石区组成。

通过砾岩料筑坝材料试验及三维应力变形分析和现场碾压实验成果综合分析,由于砾岩料经碾压后细颗粒含量高,而小粒径坝料填筑碾压不易密实[1],结合填筑施工工艺,对砾岩料需采取薄层碾压填筑,提高砾岩料压实度和增大压缩模量及减少变形[2]。坝体分区材料及填筑标准见表1。

表1 坝体分区材料及填筑标准

2 大坝筑坝材料试验及三维应力变形分析成果

由于砾岩料物质成分多为机械式胶结,强度低,在饱水状态下稳定性较差,易软化、崩解和离散,且含泥量大于10%和填隙物含量在20%以上,考虑浸水后抗剪强度降低、压缩性增加等不利情况,对软化系数较低的砾岩料宜填筑在下游坝壳干燥区[3],经南京水利科学院对砾岩料筑坝材料试验及三维应力变形分析研究,并采用强、弱砾岩风化料填筑进行坝体应力应变、位移及坝坡稳定等分析计算,计算成果见表2。

表2 堆石区采用不同风化程度的砾岩料填筑时主要计算结果表

从砾岩筑坝材料试验及三维应力变形分析成果表明,坝体堆石区采用不同程度的强、弱风化砾岩料填筑时：坝体及上游防渗面板的变形、应力和应变指标均未发生明显变化；面板的拉、压应力均未超过混凝土材料的抗压和抗拉强度；面板周边缝和垂直缝的三向变位均小于止水材料的变形允许值；大坝上下游坝坡的稳定安全系数均大于规范规定的最小安全系数。故料场所开挖的强、弱风化砾岩料均可用在坝体下游坝壳干燥区进行填筑,不会影响大坝的总体安全性。

3 大坝变形监测的项目及内容

3.1 坝体表面变形

坝体表面变形监测有垂直和水平位移,垂直位移采用精密水准观测,水平位移采用视准线法观测。坝体表面变形监测共布设4 条测线和共18 个综合位移测点。

3.2 坝体内部变形

坝体内部变形监测有垂直和水平位移,分别采用水管式沉降仪和引张线水平位移计进行观测。在坝体最大断面（桩号：坝横0+000,轴距：0-050、0-025、0+000、0+020、0+040）597 m、615 m 高程分别埋设沉降仪和水平位移计,共设沉降仪8 套和水平位移计7 套。坝体内部变形监测仪器具体布置见图1。

图1 坝体内部变形监测仪器布置剖面图

3.3 面板周边缝、垂直缝变形

面板周边缝的变形监测有剪切位移、沉降、开合度,采用二、三向测缝计进行监测,分别在河床趾板577.5 m 高程中部设一组二向测缝计和两端处各设一组三向测缝计；在左、右岸沿趾板597 m 和615 m 高程分别布置二组三向测缝计。

面板垂直缝的变形监测是缝的开合度,采用单向测缝计进行监测,分别沿面板597 m、615 m 和628 m 高程在坝右0+074、0+038、0+002 和坝左0+034、0+058 位置共7测点。

3.4 面板应力应变

面板应力应变监测是混凝土的应力应变,监测断面主要是布置面板受拉区和受压区,在河床中部受压区坝右0+008断面沿面板597 m 和628 m 高程共布设2 组两向应变计和2套无应力计；在左右岸受拉区坝右0+020 和坝左0+016 断面沿面板597 m 和628 m 高程共布设4 组三向应变计；沿面板顶部628 m 高程在坝右0+044、坝0+000 和坝左0+038 处面板底面与垫层间共设3 组脱空计。

4 大坝变形监测成果及分析

4.1 大坝表面变形

坝体表面水平位移实测最大位移量为5.60 cm（为初蓄期测值,指向下游）,位移量较小；坝体表面垂直位移实测最大沉降量36.69 cm（其中施工期为28.38 cm,初蓄期8.31 cm）,约为坝高的0.66%。

4.2 大坝内部变形

坝体内部沉降：实测坝体595 m 高程累积沉降量在13.6 cm～28.7 cm 之间；坝体615 m 高程累积沉降量在12.7 cm～18.5 cm之间。坝体内部累积沉降分布均表现为坝轴线附近大,靠近上下游两侧小,现已趋于收敛和稳定。监测成果统计见表3。

表3 坝体内部沉降监测成果统计表

坝体内部水平位移：实测坝体595 m 高程水平位移在2.62 mm～5.78 mm 之间；坝体615 m 高程水平位移在2.98mm～5.14 mm 之间。坝体内部水平位移表现向下游方向,现已趋于收敛和稳定。监测成果统计见表4。

表4 坝体内部水平位移监测成果统计表

4.3 面板周边缝、垂直缝变形

面板周边缝三向测缝计成果：面板相对趾板开度呈现闭合趋势（实测最大开度1.28 mm 和最大闭合值-2.34 mm）、剪切位移呈现向上游变化趋势（向上游最大剪切值-0.57 mm,向下游最大剪切值0.65 mm）、沉降变化量呈现微微抬升趋势（最大抬升量为-0.64 mm,最大沉降量为0.57 mm）。面板相对趾板的开合、剪切、沉降位移量变化正常,无突变等异常现象。监测成果统计见表5。

表5 面板周边缝三向测缝计监测成果统计表

面板周边缝二向测缝计成果：面板相对趾板开度呈现张开趋势（实测最大开度1.82 mm）、沉降变化量呈沉降趋势（最大沉降量为3.15 mm）。面板相对趾板的开合、沉降位移量变化正常,无突变等异常现象。监测成果统计见表6。

表6 面板周边缝二向测缝计监测成果统计表

面板垂直缝监测成果：实测面板中部压性缝表现为闭合状态,最大闭合值为-0.53 mm；左右岸张性缝表现为张开状态,最大开度值1.20 mm。面板竖直缝变化呈连续渐变趋势,未发生异常变形,垂直缝变化正常。监测成果统计见表7。

表7 面板垂直缝监测成果统计表

面板脱空监测成果：实测面板脱空变形量为0.00 mm～9.56 mm 和剪切变形为-1.01 mm～1.72 mm,面板相对于挤压边墙的脱空和剪切变形表现为张开和下游趋势,表明脱空计测点附近面板与挤压边墙未发生明显脱空。监测成果统计见表8。

表8 面板脱空计监测成果统计表

4.4 面板应力应变

面板混凝土应力应变监测成果：实测两向应变计组最大压应变为-232.02 με；三向应变计组最大压应变为-213.25 με、最大拉应变为136.95 με；无应力计N1 观测成果表明混凝土自身体积变形呈收缩状态,实测混凝土总应变及变化量均不大,混凝土应变规律正常。监测成果统计见表9、表10。

表9 三向应变计组监测成果统计表

表10 两向应变计组监测成果统计表

经大坝施工期及初蓄期安全监测成果和资料分析表明,大坝变形在正常范围内,现且已趋于稳定；水库蓄水后面板竖直缝测值未见明显变化；面板与趾板周边缝开合、沉降方向位移量较小,现且已趋于稳定。说明水库大坝运行性态安全。

5 结语

魁龙水库大坝堆石区利用就近砾岩料填筑,通过砾岩料筑坝的材料试验及三维应力变形分析和现场碾压实验等综合分析,大坝坝体变形与填筑材料岩性、堆石体密度、级配、颗粒形状、应力水平及碾压填筑等有关[4]。经大坝施工期及初蓄期安全监测成果分析表明,坝体及上游防渗面板的变形、应力和应变等监测成果与“砾岩料筑坝材料试验及三维应力变形分析研究”计算成果基本一致,说明砾岩筑坝的力学性质满足坝体强度和变形要求,将软化系数较低的砾岩料填筑在大坝下游坝壳干燥区是可行的,大坝结构是安全可靠的,水库大坝运行性态安全,为同类混凝土面板堆石坝设计提供借鉴和参考。