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新安江水电站右岸侧向稳定综合分析

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈益明

[导读] 摘要：新安江水电站右岸岸坡地形向河床倾斜，由于在施工过程中没有按照设计要求开挖出足够的平台，使得右岸坝段特别是3#、4#坝段的侧向稳定和合力方向抗滑稳定安全系数偏低。

        国网新源水电有限公司新安江水力发电厂浙江建德 311600
        摘要：新安江水电站右岸岸坡地形向河床倾斜，由于在施工过程中没有按照设计要求开挖出足够的平台，使得右岸坝段特别是3#、4#坝段的侧向稳定和合力方向抗滑稳定安全系数偏低。根据右岸坝段侧向稳定存在的问题，电厂进行多次补强加固处理。通过右岸坝段变形、渗流等监测资料分析，可以认为右岸坝段坝基基岩稳定，坝体没有出现侧向位移的迹象。
        关键词：侧向稳定；补强加固；资料分析
        1工程概况
        新安江水电站位于浙江省建德市铜官峡谷，是建国后建成的第一座大型水电站。坝址以上控制流域面积10442km2，是以发电为主，兼顾防洪、航运、养殖等综合利用的大型水电厂。水库正常高水位108.0m，相应面积580km2，相应库容178.4亿m3；校核洪水位114.0m，相应总库容216.26亿m3，属多年调节水库。坝后式电站安装了9台发电机组，总装机容量662.5MW（扩容后850MW），设计多年平均发电量18.6亿kWh。新安江水电站为一等工程，枢纽主要建筑物有拦河坝、溢洪道、发电厂房及开关站等。
        新安江水电站由原上海勘测设计院设计，原新安江水电工程局施工。电站于1957年开工，1959年下闸蓄水，1960年第一台机组发电，是我国自行设计建设的第一座大型水电站。
        2右岸岸坡地质条件
        坝址两岸原地形基本对称，山高坡陡，两侧冲沟切割不深，左河床地形平坦，右河床地形起伏较大，且有深潭断续出现，施工后，两岸坝头及近坝地形受到改造，形成不同高程台阶的人工边坡。
        大坝右岸3#～7#坝段地层岩性为泥盆系千里岗砂岩（DC）、石炭系乌桐石英砂岩（CW）及厚层页岩或页岩夹层，岩层产状为N35～50°ESE65～78°∠，总体倾向下游偏左岸，两种岩层呈不整合接触或断层接触（F1断层部分即沿接触带分布）。石英砂岩坚硬性脆易碎，页岩软弱，有的已软化乃至泥化，地质构造复杂，裂隙发育，部分裂隙中铁锰渲染严重，并常有黄泥充填。
        3右岸坝段侧向稳定存在的问题和处理
        新安江水电厂进行了首次和二次大坝安全检查，均对右岸3#～7#坝段侧向稳定进行了认真的复核。复核成果认为右岸坝段3#、4#坝段单独受力抗滑稳定安全系数不能满足设计规范要求，存在侧向稳定问题；3#～7#坝段联合受力其抗滑稳定安全系数能满足设计规范要求，3#～7#坝段间横缝的并缝处理能解决3#、4#坝段侧向稳定问题。
        1992年首次大坝定检以来，右岸3#～7#坝段经多次横缝灌浆质量检查和补强加固处理，横缝内的结构状况及传力性能得到进一步改善，横缝的空隙率有较大的缩小，可灌性大大减小。但从检查情况来看，没有一个横缝灌浆区的质量完全合格，横缝灌浆区内水泥结石胶结强度较低，缝面主要呈张开状态。针对横缝灌浆区现状，水泥类灌浆材料已不能满足横缝面充填和粘接的要求。
        2003年二次定检专家组意见：建议进一步核查3#、4#坝段坝基混凝土的胶结条件，落实混凝土/基岩抗剪断力学参数和3#～4#横缝、4#～5#横缝间传递推力剪力的可信性，采取必要的工程措施，使3#、4#坝段侧向稳定问题得到彻底解决。
        2006年3月完成2#～7#坝段坝基固结灌浆补强。经坝基固结灌浆补强处理后，其混凝土/基岩间的力学参数有所提高。
        2007年稳定复核结果表明，各坝段校核水位的特殊组合的稳定能满足或基本满足规范要求，3#、4#坝段在基本组合条件下稳定仍不足，但K′有所提高。
        2009年三次定检专家组意见：4#坝段虽经综合判断其整体稳定基本满足要求，考虑到4#～5#横缝灌浆效果差，传力可靠性较其它灌浆横缝为弱，建议采取措施加强4#、5#坝段的联结。
        2014年9月至12月，对大坝基础4#～6#坝段宽缝进行回填处理。
        4监测成果综合分析
        4.1伸缩缝变形
        （1）61m廊道，右岸坝段的3套测缝计（4#～7#坝段）开合度测值基本不变，过程线平直，而左岸坝段测缝计（18#～21#坝段）出现明显的年周期变化，低温季节张开，高温季节闭合，变化幅度在0.08mm以下，61m廊道伸缩缝开合度测值过程线如图2所示。左右岸测缝计所在部位坝体温度变幅接近，横缝开合度应有相同的变化规律（年周期变化）。查阅施工资料可知，为提高右岸坝段的侧向稳定，1960年在右岸1#～8#坝段横缝基础部位进行了水泥灌浆，增强整体性；1993年又在3#～4#、4#～5#、5#～6#坝段横缝进行补强灌浆，从实际情况看，右岸坝段横缝开合度测值基本不变，说明横缝灌浆起到了一定的作用。
        （2）85m廊道左、右岸坝段横缝开合度均呈现年周性变化，高温季节闭合，低温季节略有张开，变化幅度在0.11mm以下。
        （3）各测点横缝开合度测值无变化趋势，说明各横缝无侧向压紧趋势。

        图1右岸岸坡坝段伸缩缝监测布置及开合度变幅分布图
        4.2倒垂线左右岸方向位移
        （1）4#坝段倒垂线（测点IP4-1）于1978年开始观测。位移受温度影响呈年周期变化，低温季节向左岸，高温季节向右岸。右岸岸坡地形向河床倾斜，在施工过程中没有开挖出足够的平台，且2#、3#坝段基础存在厚层页岩，造成1978年～至今略有向河床（左岸）的位移，但位移量甚小。
        （2）6#坝段倒垂线布置2个测点，于1997年开始观测。2个测点均受温度影响，位移呈年周期变化，低温季节向左岸，高温季节向右岸，无明显趋势性变化。测点IP6-2（位于20.7m高程）位移变化幅度很小，年变幅在0.5mm左右；测点IP6-1（位于38.0m高程）位移变幅约0.7mm。
        （3）综合4#、6#坝段基础廊道侧向变形，4#、6#坝段变形规律一致，右岸岸坡坝段的左侧坝高大于右侧，从而使得坝段向右岸发生弯曲变形，即低温季节向左岸，高温季节向右岸，4#坝段位移变幅略大于6#坝段。说明右岸3#～6#坝段之间的横缝存在接触现象，温度升高时4#～6#坝段整体向右岸位移，温度下降时则整体向左岸位移。6#坝段没有出现明显的趋势性位移，表明6#坝段基础是稳定的，而4#坝段向河床（左岸）方向存在微小变形，但上下游方向无趋势性位移，与侧向稳定分析的合力方向不一致，综合判断，4#坝段坝基无错动迹象。

        图3右岸坝段垂线布置图
        4.3坝体垂直位移
        坝体垂直位移测点布置在坝顶、85廊道及基础廊道。
        （1）坝顶：3#坝段坝顶略有上抬（上抬量约1.6mm），7#坝段坝顶略有下沉（下沉量约1.7mm），1#、2#、4#、5#、6#坝段时效位移不明显。各坝段时效位移均较小，且已经稳定。

图2大坝伸缩缝开合度测值过程线

图4右岸6#坝段倒垂线位移测值过程线

        图5右岸4#坝段倒垂线位移测值过程线
        （2）85廊道：右岸2#～7#坝段时效位移不明显。
        （3）基础廊道：只有6#坝段以左进行观测，6#、7#坝段灌浆廊道、排水廊道、宽缝基础的垂直位移基本稳定，没有出现下沉现象。
        总之，右岸坝段大坝没有明显的下沉，垂直位移变化是正常的。

        图6坝顶垂直位移测点V04～V06测值过程线
        4.4基岩变形
        2005年，在右岸3#坝段基础布置2套基岩位移计，从监测资料看，基岩变形随温度作周期性变化，变幅在1mm以内，没有出现趋势性增大或减小现象，说明3#坝段厚层页岩变形稳定，没有出现明显压缩或膨胀现象。
        4.5基础扬压力
        右岸坝段所有扬压力测孔中，3#坝段灌浆廊道的3E1-1受库水位影响明显，扬压系数最大达0.85，超过设计值（0.37），其余测孔均较稳定，受库水位的影响较小，扬压系数均小于设计值。03E1-1经多次灌浆，孔内水位仍较高，但其附近的测孔02E1-2、03E1孔内水位较低且较稳定，说明03E1-1附近基础高水压的范围较小。可见，3#坝段扬压力超出设计值的范围较小，整体扬压力仍小于设计。
        总的来说，右岸坝基扬压力小于设计值，扬压力没有明显增大或减小的趋势，无异常现象。
        4.6基础渗漏量
        （1）灌浆廊道：2#～5#坝段多年平均渗漏量分别为26mL/s、65mL/s、30mL/s、10mL/s；6#～9#坝段渗漏量小于5mL/s。
        （2）排水廊道：6#、7#坝段多年平均渗漏量分别为63mL/s、12mL/s，8#、9#坝段渗漏小于10mL/s。
        总的来看，右岸各坝段基础漏水较小，且较稳定，没有增大趋势。
        4.74#～6#坝段宽缝回填处理对右岸坝段侧向稳定影响
        2014年9月至12月，对大坝基础4#～6#坝段宽缝进行回填处理，对附近坝段的扬压力无影响，在一定程度上增加了坝体自重，有利于右岸坝段侧向稳定。
        5结语
        （1）通过右岸坝段变形、渗流等监测资料分析，可以认为，右岸坝段坝基基岩稳定，渗流无异常现象，大坝及基础变形正常，页岩没有明显的泥化、软化迹象，坝体没有出现侧向位移的迹象，基础部位横缝灌浆效果较好，增强了右岸坝段侧向稳定性。
        （2）右岸坝段是本工程的相对薄弱部位，后期应继续加强对坝基变形、侧向位移、坝基渗流的监测，关注2～3#坝段厚层页岩的渗透稳定性。