石兜水庫大壩變形觀測資料分析

肖云雪

（廈門水務(wù)集團有限公司，福建 廈門 361001）

為緩解廈門市中遠期水資源供需矛盾和提供城市供水的安全保障，廈門市決定從長泰枋洋水利工程調(diào)水到石兜水庫，向廈門年均供水約1.8億m3，為此，石兜水庫作為調(diào)蓄庫需加大調(diào)蓄庫容，以提高供水保證率。石兜水庫是枋洋水利樞紐工程重要組成部分，且擔負著防洪重任，石兜水庫大壩的安全關(guān)系到下游十幾萬人民群眾生命和財產(chǎn)的安全。因此對石兜水庫大壩壩體沉陷及水平位移變化進行分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

圖1 石兜水庫觀測設(shè)施平面布置圖

坂頭水庫為坂頭和石兜兩水庫的對外統(tǒng)稱，位于廈門市集美區(qū)，距廈門市西北約30公里處，所在河流為苧溪，流域集雨面積67.3平方公里，是廈門市城市工業(yè)和生活用水的主要水源地之一。石兜水庫是一座集防洪、供水、灌溉與養(yǎng)殖為一體的多功能水庫。該水庫建于1958年，1964年對它進行全面加固加高，壩頂高程也由49.26m變?yōu)?1.46m，加高了2.2m。1978年再次對石兜水庫大壩進行保壩加固，將壩頂高程提高到53.86m加高了2.4m，擴建后正常蓄水位49.26m，相應庫容6143.0萬m3。該水庫大壩控制流域面積59.30km2，年均降雨量1568mm，年均徑流總量5519萬m3，多年平均供水量為21997萬m3。

2 大壩變形觀測分析

石兜水庫在大壩上安裝了5排觀測標點，共20個觀測點，其中迎水坡靠近壩頂位置設(shè)1排4個觀測點，編號為C17～ C20；背水坡設(shè)4排16個觀測點，從上到下編號分別為C1～ C5、C6～ C10、C11～ C13、C14～ C16。在兩岸相應位置各設(shè)置工作基點和后視基點。觀測設(shè)施的具體位置見圖1。

2.1 沉陷位移觀測分析

根據(jù)1995年至2010年元月的實測沉陷觀測資料（見表1），從以下三個方面對大壩沉陷量變化進行分析。

（1）沉陷量與時間的關(guān)系

根據(jù)沉陷量統(tǒng)計表1可得出，壩頂累計沉陷量隨時間的增加而增大，如背水坡壩頂C3累計變形量最大，達到65mm。從沉陷點分布看，大壩的主要沉降量位于大壩中部，屬最大壩高位置，壩頂測點C3沉降量為65mm，沉降量占壩高的1.59‰，沉降量滿足設(shè)計要求，兩岸壩肩由于壩體高度小，沉降量小，也符合大壩的沉降規(guī)律。

（2）庫水位的漲落與壩體沉陷的關(guān)系

沉陷量與庫水位有很大的關(guān)系，例如1999-10-20庫水位41.52m，2000-05-23庫水位降到只有34.66m，歷時216天，C16的沉陷量由-5mm增加到-19mm沉陷了14mm。當庫水位大幅度下降后，滲入壩體的水逐漸排出，土粒間存在著孔隙，在壩體自重作用下，壩體逐漸沉降固結(jié)，位移量增大，垂直變形向下，壩體向上游方向位移。當庫水位上升，壩體迎水坡下部處于水面以下，在水壓力的作用下，水滲入壩體，充滿土粒間的空隙，此時土體的浮容重比其濕容重小得多，在浮力的作用下，土體體積膨脹，位移量減小,垂直變形向上，壩體向下游方向位移。

（3）累計沉陷量與填土高度的關(guān)系

壩體的沉陷量是壩體在填筑時由于土體未完全密實，土粒間存有孔隙，竣工后逐漸固結(jié)所表現(xiàn)出的沉陷大小，因而與填土高度有著密切的關(guān)系，填土越高，累計沉陷量越大。通過觀測發(fā)現(xiàn)壩頂?shù)某料萘看笥谶吰碌某料萘?，最大沉陷量的區(qū)域位于壩頂測點C3（65mm），明顯大于兩邊坡的沉陷量（C1為43mm、C5為48mm、C20為46mm、C17為49mm）。沿坡的沉陷量越向下越小，越靠近兩岸沉陷量小(C10為8mm、C13為5mm、C16為3mm)?？梢妷误w沉陷量與填土高度成正比，壩頂、壩中累計沉陷量最大。

表1 石兜水庫大壩垂直位移觀測統(tǒng)計表

表2 石兜水庫大壩水平位移觀測統(tǒng)計表

2.2 水平位移觀測分析

根據(jù)現(xiàn)有資料（見表2）進行整理分析，對其變化趨勢、特點及主要影響因素進行分析。

（1）庫水位與水平位移量的關(guān)系

大壩的沉陷使其各部位發(fā)生位移，而水庫水位對水平位移量的影響最大，從表2中可看出，壩體位移變化量隨著庫水位變化量而變化。如1998-03-05，庫水位40.29m，1999-06-15庫水位降到31.62m，C19位移量從0mm增加到-0.5mm，C10位移量從-0.1mm增加到0.4mm。在庫水位上漲過程中，壩體土壤孔隙部分充水，壩體向下游位移。而當庫水位下降后，土體有一個釋放水體的過程，受重力作用，土壤顆粒重新固結(jié)，壩體向上游位移。

表3 水平位移量與沉陷量的關(guān)系

大壩的沉陷使其各部位發(fā)生位移，蓄水后，在水壓力的作用下，壩體各部位水平也發(fā)生位移，從表2中可見，壩體各部位有時向上位移，有時向下位移，但位移的量很小,最大的累計位移量C19也只有1.1mm。

（2）對應點沉陷量與位移量的比例關(guān)系

大壩最大沉陷量位于壩頂測點C3(65mm)，當壩頂發(fā)生沉陷位移，背水坡則發(fā)生水平位移，沉陷量和水平位移量的比值越大，則發(fā)生縱向裂縫的可能性也越大，用水平位移量與沉陷量之比來表示水平位移的特征值，如表3所示（S=|位移量/沉降量|）。從表3中可以看出，背水坡的位移量與壩頂?shù)某料萘恐扔兄鹉隃p少的趨勢，這表明大壩的變形已趨于穩(wěn)定。

3 建議

（1）根據(jù)現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)，主要從庫水位漲落與壩體沉陷量、水平位移量的關(guān)系及對應點的沉陷量與位移量的比例關(guān)系等方面進行分析，與影響大壩變形有關(guān)的時間、水位等方面進行分析。分析結(jié)果表明石兜水庫大壩的垂直沉陷、水平位移變化量較小，大壩垂直位移和水平位移總的變化符合建設(shè)初期大，后期逐漸穩(wěn)定的規(guī)律，大壩處于穩(wěn)定狀態(tài)，大壩未發(fā)生危及安全的裂縫，適合繼續(xù)運行使用。

（2）由于長泰枋洋引水工程的建設(shè)，對水庫的安全要求高，所以在對石兜水庫大壩進行加高擴容的同時應充分考慮現(xiàn)狀大壩壩體的沉降位移變化，制定針對性強的壩體加高擴容方案，保證大壩的安全。

（3）由于石兜水庫大壩C2橫斷面下方有一條放水涵洞，受放水涵洞日放水量大小及水流對下游沖刷的影響，C2橫斷面和C3橫斷面是向上游方向位移，而C4橫斷面卻是向下游方向位移，這種位移關(guān)系將易引起壩體產(chǎn)生橫縫危及大壩安全。這種穿壩式輸水涵管容易造成涵管與大壩填土之間的基礎(chǔ)滲漏隱患，危及大壩的安全，同時該涵管輸水規(guī)模不大，為了保證加高后大壩安全及供水安全，需重建輸水系統(tǒng)并將原放水涵洞封堵，新建引水洞線布置在右岸。

（4）石兜水庫大壩變形觀測點目前都是人工測量，不能進行及時的分析計算，不利于大壩的安全運行。因此，建議建立大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，這樣才能快速、準確采集數(shù)據(jù)，并及時對分析處理的結(jié)果進行有效反饋。

[1]許映林. 新疆塔西河石門子水庫大壩變形監(jiān)測初步分析研究[J]. 四川測繪, 2007, 30(2): 75-76.

[2]姜建芳. 某土石壩運行期變形觀測資料分析[J]. 浙江水利科技, 2007(6): 32-35.

[3]石兜水庫大壩安全鑒定評價報告[R]. 廈門: 三明市明興水利水電勘察設(shè)計有限公司, 2008.