1、冉渡滩水库大坝安全监测成果分析孙正明，朱 卫（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）摘 要文中介绍了水库大坝安全监测设施的布置情况，并对施工期及蓄水初期安全监测成果进行了分析评价，结果表明，各监测物理量变化规律基本正常，大坝运行初期工作状态良好，为保证大坝的正常运行提供了技术支撑。关键词冉渡滩水库；碾压混凝土重力坝；安全监测中图分类号 TV698.1文献标识码B文章编号 10020624（2023）040054041 工程概况冉渡滩水库工程位于贵州省务川县丰乐镇境内的洪渡河马村坝河段，主要任务是供水和灌溉，兼顾水力发电。该枢纽工程按库容确定规模为中型，工程等别为等，水库总库容5
2、 480万m3，正常蓄水位738.00 m，死水位724.00 m。坝址以上流域面积997 km2，坝址以上干流河长58.1 km。水库工程主要建筑物包括碾压混凝土重力坝、河床段表孔溢洪道、左坝段取水建筑物、右坝段发电引水系统及坝后地面式厂房等。重力坝坝顶高程742.50 m，最大坝高69.0 m，坝顶净宽10.0 m，坝顶总长183.0 m。坝址河段为对称性较差的“V”走向谷，左岸为顺向坡，岩层倾向右岸，坝基地层岩性主要是玉龙山段第三层灰色、浅灰色薄层为主，夹中厚层灰岩及泥质灰岩，岩体透水性强1。大坝工程于 2017 年 8 月 7 日开工、11 月 25 日截流，2021年10月31日下闸
3、蓄水，由于表孔泄洪，目前水位基本在724.20 m左右。2 监测布置冉渡滩大坝安全监测项目主要包括变形监测、渗流监测、应力及温度监测、环境量监测等。2.1 变形监测1）大坝水平位移监测。在坝顶布置7个位移测点，采用视准线法监测大坝水平位移。同时在最大坝高和左岸挡水坝段分别布置1套正倒垂线组监测坝体和坝基的水平位移。2）垂直位移监测。在坝顶视准线测点附近布置沉降标点，采用精密水准测量法监测大坝垂直位移。3）接缝开合度监测。在坝 0+61.7 m 和 0+106.9 m断面及部分横缝处安装20支测缝计，监测混凝土横缝、层间缝的开合度；在两坝肩基岩面上安装8支测缝计，监测基岩与混凝土接缝间的开合度。
4、4）基岩变形监测。在坝0+61.7 m和0+106.9 m断面上游侧安装2支基岩变位计，监测基岩的变形。2.2 渗流监测1）坝基扬压力监测。在坝0+41.6 m，0+61.7 m，0+106.9 m断面建基面上布置10支渗压计，在基础灌浆廊道帷幕后埋设 3 套测压管，管内安装渗压计，监测坝基扬压力。2）绕坝渗流监测。在左、右岸坝肩各埋设3套测压管，管内安装渗压计，监测绕坝渗流。3）渗流量监测。在基础廊道集水井前布置1套三角堰板和量水堰计，监测坝体及坝基的渗流量。2.3 应力及温度监测1）闸墩钢筋应力监测。在表孔闸墩牛腿的扇形筋上安装4支钢筋计，监测结构钢筋受力情况。2）坝体温度监测。在桩号坝0
5、+061.7 m和坝工程建设与管理东北水利水电2023年第4期 54DOI:10.14124/ki.dbslsd22-1097.2023.04.0030+106.9 m断面处距上下游坝面10 cm及坝体混凝土内沿不同高程埋设40支温度计，监测混凝土坝的坝体和坝面温度。2.4 环境量监测环境量监测包括采用水尺和水位计监测上下游水位，采用气温计和雨量计监测坝区的气温及降雨量。3 监测成果分析3.1 库水位2021年10月31日下闸蓄水，随后库水位逐渐上升，水位到表孔堰顶后开始泄洪，水位基本维持在 724.20 m 左右。2022 年 6 月，受大坝上游强降雨影响，库水位迅速上涨至729.25 m
6、后又逐渐回落到724.20 m左右，水位变化过程如图1所示。图1 水库上游水位变化过程线3.2 变形监测成果分析3.2.1 水平位移监测表面水平变形测点取蓄水前最近的一次测值为初始值，从实测资料可以看出，水库蓄水后坝顶位移测值有所增大，水平位移变化范围为-2.264.55 mm，最大位移发生在2021年12月17日河床坝段的TP3测点，如图2所示。总体来看，库水位上升位移向下游增大，库水位不变的情况下，气温降低位移向下游增大，气温升高位移减小，坝顶各测点位移测值显示河床坝段测点位移量略大于岸坡坝段测点，符合一般规律2。图2 坝顶顺河向位移变化过程线从垂线观测成果可以看出，各测点在顺河向位移为-
7、0.590.67 mm，左右岸方向位移为-1.850.16 mm，各测点位移量较小。3.2.2 坝顶垂直位移监测坝顶垂直位移变化范围在-0.12.7 mm，最大位移发生在 2 月 10 日河床坝段的 TP3 测点，各测点垂直位移变化规律与库水位和气温变化相关，表现为水位上升，测值增大（下沉）；水位不变时，气温降低，测值增大（下沉），反之减小，气温对垂直位移的影响略有滞后，如图3所示。图3 坝顶垂直位移变化过程线3.2.3 接缝开合度监测各部位接缝开合度实测资料显示，实测横缝开合度与温度变化相关，开合度变化范围在-0.272.23 mm之间，最大值位于坝0+104.7 m断面695.00 m高程
8、的J10测点，测值变化已趋于稳定，蓄水后未见明显变化。实测各层间缝开合度的变化范围为-0.261.26 mm，最大值位于坝 0+106.9 m 断面 690.00 m高程的J6测点；上游侧二、三级配混凝土间接缝测值的变化范围为-0.041.44 mm，最大值位于坝0+61.7 m断面690.00 m高程的J2测点。各部位开合度变化规律基本一致，主要是在埋设初期一段时间内测值缓慢增大，后期测值趋于平稳，蓄水后无明显变化，现场检查各层间未见明显缝隙现象。大坝基础混凝土与基岩间开合度的变化范围为-0.150.99 mm，最大值位于坝0+129.7 m断面695.00 m 高程的 K3 测点，测值过程
9、线趋于平稳，蓄水后未见明显发展趋势。3.2.4 基岩变形监测从实测资料来看，各部位的基岩变形范围为-1.371.13 mm，基岩变位计M1位于河床坝段常态混凝土垫层下，垫层浇筑一定强度后才开始上方碾压混凝土填筑，因此，初期基岩回弹发展比较快，后期回弹逐渐趋于稳定，最大回弹量1.13 mm；M2位于岸坡坝段变态混凝土垫层下，垫层浇筑后随即开始上方碾压混凝土填筑，因此，仪器安装初期就表现为逐渐压缩状态，后期测值逐渐趋于稳725.00735.00715.00705.00695.002022-02-152021-12-152022-04-152022-06-152021-10-15685.00日期水位
10、/mm3.06.00-3.02022-01-152022-02-152022-03-152021-10-15-6.0日期水位/mm2021-11-152021-12-152022-04-15TP3TP2TP4TP1TP5TP6TP6TP3TP2TP4TP1TP5TP6TP63.04.002022-01-152022-02-152022-03-152021-10-15-1.0日期水位/mm2021-11-152021-12-152022-04-152.01.0 +2023年第4期东北水利水电工程建设与管理 55定，最大压缩量1.37 mm。大坝蓄水后基岩变形未发生明显变化。3.3 渗流监测成果分
11、析由于工程在 2020 年 12 月 30 日帷幕灌浆全部完成，所以此次渗流监测数据分析主要考虑帷幕灌浆全部完成后的监测数据。3.3.1 坝基扬压力监测1）坝0+61.7 m横断面基础渗压计测值显示，帷幕上游P1测点扬压水位最大为720.48 m，低于实时库水位729.25 m；帷幕后渗压计P2P4测点扬压水位分别为683.85，678.00，680.54 m，较上游P1测点明显减小，P4测值受下游水位影响略高于P3测值，符合一般规律，帷幕后P2测点渗压系数为0.05，满足设计要求。2）坝0+106.9 m横断面基础渗压计测值显示，帷幕上游P5测点扬压水位测值最大为696.21 m，帷 幕 后
12、 渗 压 计 P6P8 测 点 扬 压 水 位 分 别 为688.65，681.96，686.30 m，坝趾处P8测点扬压水位高于坝中部位P7测点，分析与岸坡坝段地下水位有关，帷幕后P6测点渗压系数为0.13，满足设计要求。3）坝0+41.6 m横断面渗压计P9和P10位于压力管道下方基岩面694.00 m 高程上，均位于帷幕下游，各测点测值变化较小，蓄水后各测点渗压值变化不明显。4）从帷幕后纵向扬压力监测断面测值分析，最大渗压系数发生在UP3测点，位于帷幕灌浆及排水廊道左侧第1和第2个排水孔之间，蓄水后一段时间测值开始有较为明显的变化，后随着库水位的稳定，测值也相对稳定，渗压系数基本在0.5
13、6左右，扬压水位变化如图 4 所示。2022 年 6 月 3日，库 水 位 729.25 m 时 该 测 点 最 高 扬 压 水 位715.40 m，渗压系数为0.6，结合施工期现场检查左岸坝体下游侧岸坡有地下出露水现象，分析可能与此处地质条件及左岸边坡地下水位高有关，后期需进一步关注高水位时该部位的扬压力情况。右岸UP1和河床坝段UP2测点在防渗帷幕和排水孔的排水双重作用下，渗压系数均在设计范围内。图5为库水位729.25 m时帷幕后扬压水位纵向分布图。3.3.2 绕坝渗流监测从观测资料来看，左岸 UP7UP9 测压管水位分别为726.58，728.48，717.87 m；右岸UP4UP6测
14、压管水位分别为731.14，716.97，727.11 m。蓄水初期，由于汛期刚结束，边坡地下水位较高，两坝肩地下水位高于库水位，因此，在初期各测压管水位基本表现为下降变化。3.3.3 渗流量监测下闸蓄水后，大坝总渗流量随着库水位的上升有所增大，最大为2.28 L/s，对应库水位729.25 m。从现场排水孔的排水情况来看，左岸坝体和坝基的渗流量大于右岸，渗流量与库水位相关性明显。3.4 应力及温度监测1）坝体温度监测从温度观测资料来看，坝基和坝体各部位温度计在埋入后受水化热影响温度逐渐上升，坝基、690.00 m 高程、703.00 m 高程、716.00 m 高程、726.00 m高程和7
15、37.00 m高程实测混凝土最高温度为 24.4，35.2，26.2，29.1，32.4 和 39.1，受大坝填筑时外界气温影响较大，之后坝体温度呈缓慢下降趋势，目前在1722。大坝混凝土降温比较缓慢，坝体温度符合碾压混凝土坝施工阶段温度场的一般规律。2）表面温度监测混凝土表面温度受气温及日照影响明显，温度测值波动较大，呈较明显的季节性变化，最大测值为36.4，最小温度值为2.2，符合一般规律。3）钢筋应力监测从表孔闸墩牛腿处的钢筋应力实测资料可以看出，混凝土浇筑初期受水化热影响，温度快速上升，各测点压应力也迅速增大，随着混凝土的降温，压应力开始减小并逐渐变为拉应力，之后应力图5 扬压水位纵向
16、分布图图4 UP3测压管水位变化过程线720.00测点编号705.00690.00675.00660.00UP3P6UP2P2UP1水位/m730.00720.00710.00700.00690.00水位/mm3025201510温度/2022-01-152022-03-152022-05-152021-07-15日期2021-09-152021-11-152022-07-15水位过程线温度过程线工程建设与管理东北水利水电2023年第4期 56变化同混凝土温度变化呈良好的相关性。钢筋应力测值最大拉应力为 23.76 MPa，发生在右边墩R1测点。各测点测值未见明显突变和异常。4 结 语此次施工期安全监测数据表明，大坝基础变形、接缝开合度等变化规律基本正常。大坝混凝土降温比较缓慢，坝体温度符合碾压混凝土坝施工阶段温度场的一般规律。下闸蓄水后大坝变形较小，符合一般规律。除UP3测点外，其它测点渗压系数均在设计范围内，大坝总渗流量正常，分析认为蓄水初期大坝工作性态基本正常。目前，各部位监测仪器设备均运行良好，由于尚未达到设计正常蓄水位，后期还需进一步加强汛期及高水位运行工况下的观测和现场巡视