丰满新坝三期泄洪洞封堵监测资料分析

李作光

（丰满发电厂，吉林省吉林市 132108）

1 工程概况

丰满大坝全面治理（重建）工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、生态环境保护、水产养殖和旅游等综合利用，供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。水库正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水库总库容 103.77 亿 m3。

枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统、原三期电站组成。新建大坝坝轴线位于原丰满大坝坝轴线下游120m。

三期原泄洪洞封堵体与水库接触，承担永久挡水作用，设计级别与挡水建筑物设计级别一致，需要对其进行监测设计。监测项目包括渗透压力、接缝变形、应力应变及温度。

根据封堵体的结构特性以及长度，沿封堵体轴线上游、中部、下游各布置1个监测断面。每个监测断面在封堵体与衬砌之间、衬砌与围岩之间的顶部、边墙、底板布设4支渗压计；封堵体与衬砌之间进行接触和回填灌浆，需要进行接缝开合度监测，每个监测断面在顶拱和腰部考虑混凝土脱空埋设3支测缝计；封堵体一般为大体积混凝土，为监测回填混凝土的应力应变及温度情况，每个断面布设8支温度计；在中部观测断面内布设1组五向应变计，并在应变计旁埋设1支无应力计。

3个监测断面共计12支渗压计、9支测缝计、24支温度计、1组五向应变计，1支无应力计。

本文对三期原泄洪洞封堵监测物理量进行全面分析，得出分析结论。

2 泄洪洞封堵监测资料分析

2.1 变形监测[1-4]

封堵体与衬砌之间进行接触和回填灌浆，需要进行接缝开合度监测，每个监测断面在顶拱和腰部考虑混凝土脱空埋设3支测缝计，测缝计编号为 FJi-1～FJi-3（i为监测断面号）。仪器精度为±0.05mm。

各测缝计于2018年9～11月完成安装开始观测，测量频次为每月3～4 次，测量频次满足设计要求。对监测数据进行了检查，测点FJ2-1于2019年9月7日停测，其他测缝计测值可靠，数据满足规范要求。

统计出测缝计特征值，特征值分布图见图1，典型测值过程线见图2。由图可见，始测以来，测缝计开度最大值介于1.31（FJ2-1，2019年4月28日）～ 18.85mm（FJ3-2，2020年3月13日）。首次蓄水前，除顶拱部位测缝计FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 外，其他测缝计于2019年3 ～4月受温度降低影响，开度增大 0.50～1.35mm（FJ2-3）。2019年5月21日～8月11日，顶拱部位测缝计FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 开度缓慢增加3.24mm、3.56mm、16.01mm，2019年8月11 日后开度趋于稳定，当前分别为6.26mm、6.45mm、18.72mm，其中 FJ3-2开度最大，表明封堵段顶部已经发生脱空现象；其他测缝计测值稳定，当前开度在1.04～1.61mm。

图1 三期泄洪洞封堵段测缝计特征值分布图Figure 1 The distribution of characteristic values of the slotting gauge in the sealing section of the Hongdong County

图2 典型测缝计测值过程线Figure 2 Measuring value process line of typical seam gauge

2.2 渗压监测[1-4]

每个监测断面在封堵体与衬砌之间、衬砌与围岩之间的顶部、边墙、底板布设4 支渗压计，渗压计编号FPi-1～FPi-4（i为监测断面号）。仪器精度为 3.50kPa。

渗压计于2018年8月13日～11月4日开始观测，测量频次为每月 3～4 次，测量频次满足设计要求。对各测点数据进行了检查，渗压计FP1-3、FP3-1 在 2019年8月15日后无数据，其他渗压计测值可靠，数据满足规范要求。

渗压计测值过程线见图3，特征值分布图见图4，典型渗压计测值过程线见图5。由图可见，渗压计在2019年3月前变化趋势基本一致，表现为自始测后缓慢增大，之后趋于稳定。2019年3月渗压计 FP1-4、FP2-1、FP2-4、FP3-4 渗压增大，变幅在7.80～24.09kPa。

图3 三期泄洪洞封堵段渗压计特征值统计分布图Figure 3 Statistical distribution of the eigen values of the Osmometer at the Hongdong County seal section，Phase III

图4 典型渗压计测值过程线Figure 4 Hydrograph of typical osmometer values

渗压计测值与库水位呈现正相关关系（见图5）。首次蓄水期间，各监测断面渗压计随库水位升高，渗压有不同程度的增大，变幅介于 23.71～334.82kPa，2019年10 月后渗压随库水位降低同时减小，当前渗压计测值基本稳定，介于40.00～237.87kPa。其中，3号监测断面渗压计测值较其他两监测断面测值较大，最大值达到 367.64kPa（FP3-4，2019年10月29日）。渗压计、测缝计测值表明，随着水位上升，库水已经渗入到三期泄洪洞的封堵段，且水头较高。

图5 上游水位与 FP3-4 渗压相关图Figure 5 Correlation diagram between water level in upstream and osmotic pressure of FP3-4

2.3 应力应变及温度监测

2.3.1 应力应变[5]

根据封堵体的结构特性以及长度，沿封堵体轴线上游、中部、下游各布置 1 个监测断面。封堵体一般为大体积混凝土，为监测回填混凝土的应力应变情况，在中部观测断面内布设 1组五向应变计，编号为 FS5-1～FS5-5，并在应变计旁埋设 1支无应力计，编号为 FN1。

应变计组与无应力计始测于2018年9月14日，观测频次为每月3～4 次，测量频次满足设计要求。对监测数据进行了检查，无明显粗差，但应变计测值不可靠。仪器精度为±7.5με。

统计出应变计组与无应力计测值特征值，应变计组和无应力计测值过程线见图6。经分析，部分应变计（FS1-2 和 FS1-3）初期在混凝土水化热温升情况下拉应变接近400～600με，按实测结果计算单轴最大应力应变值接近400με，已远超过混凝土极限抗拉应变，且应变计组不平衡量超过500με（见图 7），严重超过不平衡量限制，因此测值不符合一般变化规律。

图6 三期泄洪洞应变计组和无应力计测值过程线Figure 6 Phase III Hongdong County strain gage and stress Free Gage hydrograph

图7 三期泄洪洞应变计组不平衡量检查结果Figure 7 Phase III Hongdong County strain gauge imbalance test results

2.3.2 温度[5]

根据封堵体的结构特性以及长度，沿封堵体轴线上游、中部、下游各布置1个监测断面。封堵体一般为大体积混凝土，为监测回填混凝土温度情况，每个断面布设8支温度计，编号为 FTi-1～FTi-4（i为监测断面号）。仪器精度为0.2℃。

温度计始测于2018年8月22日～9月11日，观测频次为每月3～4 次，测量频次满足设计要求。对监测数据进行了检查，温度计测值可靠，无明显粗差。

统计出温度计测值特征值，特征值分布图见图8，温度计典型测值过程线见图9。前期由于浇筑混凝土产生大量的水化热，导致温度计测值较高，最大值达到43.3℃（FT1-5，2018年9 月26 日），当前温度基本稳定，测值在8.1～10.7℃。

图8 三期泄洪洞封堵段温度计特征值分布图Figure 8 Phase III distribution of the characteristic values of thermometers at the Hongdong County plug section

图9 三期泄洪洞典型温度计测值过程线Figure 9 Phase Ⅲ hydrograph of typical thermometer readings in Hongdong County

3 结语

（1）三期泄洪洞封堵段测缝计测值表明，2019年首次蓄水期间，随水位上升，顶拱测缝计 FJ1-2、FJ2-2、FJ3-2 开度逐渐增加 3.24mm、3.56mm、16.01mm，2019 年8月11日测值趋于稳定，当前开度分别为6.26mm、6.45mm、18.72mm，3号断面测缝计开度过大，表明封堵段顶部已经发生脱空现象；其他测缝计变形基本稳定，当前开度在1.04～1.61mm。

（2）三期泄洪洞封堵段渗压计测值表明，蓄水以来，各监测断面渗压计随库水位升高，渗压有不同程度的增大，变幅介于23.71～334.82kPa，2019年10月后随库水位降低，渗压测值随之减小，当前测值基本稳定，介于40.00～237.87kPa。其中，3号监测断面渗压计测值较其他两监测断面测值较大，最大值达到 367.64kPa，表明，随着水位上升，库水已经渗入到三期泄洪洞的封堵段，且水头较高。

（3）三期泄洪洞封堵段应变计组测值已不可靠。温度当前测值在8.1～10.7℃，基本稳定。