三峡工程二期围堰渗流安全监测

三峡工程二期围堰渗流安全监测

0基础地质特点第二阶段的上游岩土坝是三峡工程最重要的临时建筑之一，使用时间为7年。它的作用是切断长江的主要河床。它与混凝土的垂直大坝和下游大坝共同保护着建造二期工程的任务。大坝材料包括风化砂、砾石刺、过渡材料和其他材料。围堰轴线长1137m,堰顶高程88.5m,堰型采用低双墙接土工膜心墙,风化砂壳堰体。最大墙高74m,土石方填筑总量约为691.96万方。围堰的施工具有工程量大、施工质量要求高、施工强度高、水下抛填量大等特点。长江主河床及漫滩地段基础地质情况复杂,除漫滩上部局部基岩裸露外,还有冲积粉细砂、砂卵石层、块球体、深槽陡坎及基岩裂隙发育等重要工程地质问题。确保二期围堰的安全具有重要意义,为此安全监测工作就显得尤为重要,文章主要介绍二期围堰的渗流安全监测。1体润线、渗流量观测监测内容包括堰体浸润线观测、堰基覆盖层渗压观测、渗流量观测及水质分析。堰体润线观测主要采用测压管和电测水位计;堰基覆盖层渗压观测采用差阻式渗压计及SQ—2型数字电桥;渗流量观测采用容积法。观测及巡视频度为一般情况下,每月观测4次～8次(汛期8次,枯水期4次),特殊情况下,按监理指示进行观测。2深风化槽段渗流监测二期围堰布置有测压管18支,渗压计11支,分别监测双墙间水位、防渗墙后堰体水位、防渗墙底部渗压力及堰基覆盖层内部渗压力,平面布置如图1所示。主要有5个监测断面:a.0+133断面,处于左岸岸坡部位,埋设测压管及渗压计各1支,布置于堰轴线下游7m处。b.0+320断面,处于左岸漫滩部位,埋设测压管及渗压计各2支,分别布置于堰轴线下游7m、堰轴线下游40m。c.0+501断面,处于河床深槽部位,此断面为围堰安全监测最重要的部位,布置测压管4支、渗压计2支,分别布置于双墙间、堰轴线下游5m、堰轴线下游20m、堰轴线下游40m。d.0+930断面,处于深风化槽部位,是监测深风化槽段渗流状态的典型断面。布置测压管2支、渗压计2支。分别布置于堰轴线下游7m、堰轴线下游40m。e.1+139断面,处于二期围堰与混凝土纵向围堰的结合部位,布置测压管2支、渗压计2支。分别布置于堰轴线下游7m、堰轴线下游40m。由于现场条件所限,渗流量采用容积法监测。具体方法为:在集水坑边合理位置处立一水尺,将坑内集水抽至下限水位时测绘出集水坑的相对高程～容积曲线。施测时与泵房约定将抽水泵同时停机15min～30min,其间测读水尺的水位上升速率,记下观测时段。用容积曲线计算观测时段内的水体总量,最后求出堰体渗流量值。3监测结果3.1基坑降水期水位变化二期围堰至目前的运行状态大致可分为二个阶段:基坑抽水阶段和稳定运行阶段。因0+501断面处于河床深槽关键部位,因此以该断面作为典型断面进行分析。该断面从埋设仪器至1999年底的观测成果曲线如图2所示。由图2可见,双墙段水位在基坑抽水时期主要是随基坑水位下降而下降的,而在稳定运行期与上游库水位变化呈现较好的相关性,且有一定的迟后现象。基坑抽水时期水位特征是由深槽段防渗墙施工工序决定的,其工序是:在73m高程处形成防渗墙施工平台后,先施工上游墙,同时填筑渡汛子堰,上游墙施工完毕,在下游墙封闭之前,即开始基坑限制性抽水,因而双墙段水位在基坑抽水时期主要是随基坑水位下降而下降。防渗墙轴线后堰体的水位在基坑抽水期始终处于下降(仅在基坑暂停抽水的一段时间表现为持平),而在稳定运行期则变化极小,说明防渗墙的阻渗作用良好。图3给出了1999年最高上游库水位条件下(1999年7月20日)0+501断面的堰体浸润线图,从中亦可看出,防渗墙的截渗效果较明显,墙体前后水位差达51.58m,有效降低了堰体下游侧的水位及下游坡的出逸比降,有利于下游边坡的稳定。3.2渗流变形控制堰基渗压力监测采用渗压计监测,渗压计是利用测压管钻孔加深后埋设的,一般埋设于堰基覆盖层以下3m。堰基覆盖层一般由葛洲坝建成蓄水后的新淤积粉细砂组成,在基坑抽水的条件下,新淤砂可能与其上部接触的石碴料、风化砂之间发生渗透变形破坏,因此通过对基渗压力的监测而控制基坑的抽水速度,使新淤砂的渗透比降控制在其允许比降以内。据以往长江科学院对二期围堰结合段基础中粉细砂渗透稳定性的研究,新淤砂渗透变形建议值为:新淤砂干密度为1.51g/cm3～1.63g/cm3时,垂直破坏比降为1.13～2.28。由于在抽水期间严格控制抽水速度,实测最大垂直比降仅约0.07,远小于破坏比降。3.3观察边界条件因基坑集水坑水边线面积较大(达3200m2～3500m2),集水坑的边界条件又不封闭,所以用此法观测渗流量还是比较粗糙。据1999年10月～11月所测结果,集水坑汇流量约为0.026m3/s～0.039m3/s,与长江科学院二维计算的结果在数量级上是接近的,反映出渗流量没有大的异常现象。3.4基坑水水质分析1999年10月10日分别采取堰前长江水、堰体渗出水、基坑水各一个,进行了水质分析,结果见表1所示。水样均呈弱碱性,未检测到侵蚀性CO2,各结晶盐含量也不高,表明堰体地下水对防渗墙无侵蚀性。3.5基坑水位下降的影响在使用各种仪器进行监测的同时,加强现场巡视工作也是非常必要的,通常可直接发现一些不安全现象,以便及时采取处理措施。在二期围堰的安全监测中,始终定期或不定期地进行巡视。如1998年10月2日,随着基坑水位的下降,二期上游围堰下游坡脚出露明显的渗水现象,出水点约十几处,出水点高程约21.49m,出水为清水,其中一较大渗水点流量约5L/s～7L/s,其余水量均较小。在随后的一周内对围堰深槽段的渗流监测加密至一天一次,并加强现场巡视。观测情况表明,堰体水位仍呈下降趋势,未出现明显异常现象。为加强下游坡脚的稳定性,对出渗处用砂卵石料进行了压坡反滤处理。对深槽段双墙间的调压井的观察表明,当上游水位超过73m时,井内有渗水,调压井内壁出流量加大,井水位上升,说明柔性截渗墙与土工膜搭接处存在缺陷是极有可能的。所以当上游水位超过73m时,应加强双墙段的监测。4进一步加强土工膜与墙体接合部位周边的水位监测工作经过1998年和1999年大汛,二期上游围堰经受了严峻的考验