珊溪水庫(kù)大壩變形穩(wěn)定性分析

盧陳濤（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325000）

珊溪水庫(kù)大壩變形穩(wěn)定性分析

盧陳濤
（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325000）

通過對(duì)珊溪水庫(kù)工程大壩的表面垂直位移和水平位移、壩基沉降和壩體內(nèi)部變形等觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 ，從而得出大壩變形情況正常的結(jié)論。圖4幅，表1個(gè)。

大壩；位移；沉降；變形；分析

1　概 述

珊溪水庫(kù)位于浙江省溫州市境內(nèi)的飛云江干流中游河段，水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)從開建到系統(tǒng)竣工驗(yàn)收期間，多次發(fā)生線路故障和采集模塊損壞現(xiàn)象，后進(jìn)行修復(fù)。之后每年國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)大壩安全監(jiān)察中心均對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工比對(duì)，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)總體運(yùn)行正常，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理可靠。

2　表面垂直位移

表面垂直位移采用水準(zhǔn)儀以三等水準(zhǔn)的測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)，垂直位移除在壩頂下游側(cè)及下游壩坡表面水平位移測(cè)點(diǎn)旁設(shè)置垂直位移觀測(cè)點(diǎn)外 （編號(hào)為L(zhǎng)Db1～LDb26），還在壩頂下游側(cè)水平位移測(cè)點(diǎn)之間設(shè)1個(gè)垂直位移觀測(cè)點(diǎn)，在壩頂上游側(cè)設(shè)置3個(gè)垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn) （編號(hào)為鋼1～鋼3），共29點(diǎn)。測(cè)值分析主要對(duì)各測(cè)點(diǎn)沉降量的量值、空間分布規(guī)律和沉降～時(shí)間、填筑的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià) （見圖1）。

圖1　2015年5月大壩沉降分布

表面垂直位移分析主要結(jié)論如下：

（1）運(yùn)行期壩體沉降主要隨高程增大而增加，同一高程河床部位測(cè)點(diǎn)沉降大于岸坡壩段 ，符合堆石壩沉降分布規(guī)律。壩頂測(cè)點(diǎn)在竣工后開始觀測(cè)，總沉降量為運(yùn)行階段沉降量，小于118.70 m高程測(cè)點(diǎn)的總沉降量；118.70 m高程以下測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)總沉降量隨高程增大而增大。施工期和運(yùn)行期各測(cè)點(diǎn)最大階段沉降量和沉降速率如下所示 （見表1）。5mm/a。經(jīng)過多年運(yùn)行，各測(cè)點(diǎn)沉降速率已基本低于一般堆石壩沉降穩(wěn)定經(jīng)驗(yàn)值10mm/a，壩體沉降基本穩(wěn)定。

表1　不同高程測(cè)點(diǎn)最大階段沉降量和沉降速率

（3）2002—2015年，壩頂測(cè)點(diǎn)沉降速率逐年減小，河床部位壩頂沉降大于岸坡，左右壩體具有較好的對(duì)稱性，且右岸沉降略大于左岸，與河谷形狀基本一致，符合一般規(guī)律。

（4）按雙曲線模型進(jìn)行擬合，推算壩體剩余沉降量。各測(cè)點(diǎn)沉降與時(shí)間相關(guān)性較好，擬合相關(guān)系數(shù)為0.959～0.970。對(duì)比預(yù)測(cè)最終沉降量和實(shí)測(cè)沉降量，壩體最終沉降量與壩高比為 0.04%～0.16%，壩頂運(yùn)行期的總沉降量與類似工程相比屬較小，表明大壩壩體填筑質(zhì)量較好。壩體已完成沉降占最終沉降量的60.77%～72.62%，壩體后期沉降較小。

3　表面水平位移

（2）施工期壩體沉降量較大，約占?jí)误w總沉降量的一半，且沉降速率較大；竣工后，壩體沉降速率逐年減小。2005年，壩頂沉降速率有半數(shù)以上測(cè)點(diǎn)超過10mm/a，2011年后壩頂沉降速率均小于

在壩體表面不同高程共有32個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為TPb1～TPb32。通過對(duì)表面水平位移實(shí)測(cè)量值的時(shí)間、空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，各測(cè)點(diǎn)累計(jì)順河向水平位移累計(jì)值分析如下所示 （見圖2），各測(cè)點(diǎn)累計(jì)橫河向水平位移累計(jì)值分析如下所示（見圖3）。

圖2　2015年5月大壩順河向水平位移分布

圖3　2015年5月大壩橫河向水平位移分布

經(jīng)分析得到以下結(jié)論：

3.1順河向水平位移

（1）自2000年開始觀測(cè)，壩體各測(cè)點(diǎn)順河向水平位移呈逐年增大趨勢(shì) ，但速率逐年減小。不同高程測(cè)點(diǎn)的最大順河向位移基本都出現(xiàn)在河床斷面，2015年5月，防浪墻頂測(cè)點(diǎn) （TPb5）最大順河向水平位移為46.47mm，壩頂下游測(cè)點(diǎn) （TPb14）為78.19mm，118.70 m高程測(cè)點(diǎn)（TPb21）為117.52mm，93.40 m 高 程 測(cè) 點(diǎn)（TPb25）為87.32mm，68.40 m高 程 測(cè) 點(diǎn)（TPb31）為62.07mm。2010—2012年，壩體各測(cè)點(diǎn)順河向水平位移基本穩(wěn)定。

（2）2010—2015年，防浪墻頂順河向水平位移無明顯增大趨勢(shì)，且隨著庫(kù)水位和溫度升高，測(cè)點(diǎn)向下游位移；反之，向上游回彈。這是因?yàn)樯嫌蝹?cè)測(cè)點(diǎn)建在混凝土防浪墻上 ，而混凝土構(gòu)件對(duì)溫度變化反應(yīng)較敏感。

（3）壩頂下游測(cè)點(diǎn)水平位移與庫(kù)水位和溫度關(guān)系不明顯，且壩頂下游測(cè)點(diǎn)順河向位移明顯大于防浪墻頂 ，這表明堆石體除外部荷載作用產(chǎn)生變形外，還受自身流變影響。壩頂順河向水平位移分布大致為河床大、兩岸坡小，并且具有較好的對(duì)稱性。

（4）除防浪墻頂測(cè)點(diǎn)外 ，其余部位測(cè)點(diǎn)順河向位移量與垂直位移一樣，與壩高成正比。118.70 m高程左側(cè)測(cè)點(diǎn)位移大于右側(cè)，93.40 m和68.40 m高程河床部位測(cè)點(diǎn)位移大于壩肩部位，分析原因可能與地形和堆石體自身填筑質(zhì)量差異有關(guān)。

3.2橫河向水平位移

（1）受堆石體沉降影響，壩體表面測(cè)點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生向河床斷面的橫河向水平位移。以典型斷面壩0 +240.00為對(duì)稱面，左側(cè)壩體產(chǎn)生向右岸的位移，右側(cè)壩體產(chǎn)生向左岸的位移，且越靠近兩岸測(cè)點(diǎn)向中間的位移越大，這主要是堆石體在自重等荷載作用下沿岸坡滑向河床所致。由于左側(cè)岸坡陡于右側(cè)岸坡，因此左側(cè)壩體橫河向位移大于右側(cè)壩體。

（2）運(yùn)行期下游118 m高程測(cè)點(diǎn)橫河向最大水平位移為33.34mm （TPb17，向左）和42.92mm （TPb21，向右）；下游93.40 m高程測(cè)點(diǎn)最大橫河向水平位移為13.96mm（TPb23，向左）和25.29mm （TPb28，向右）；下游壩坡68.40 m高程橫河向位移較小，且規(guī)律性不明顯。變形量總體不大，運(yùn)行期壩體橫河向位移已趨于平緩。

4　壩基沉降

為監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)在施工期和運(yùn)行期的變形情況，在最大壩高斷面 （0+240.00）壩基覆蓋層上設(shè)置沉降觀測(cè)。采用6只弦式沉降儀 （編號(hào)SS1～SS6）進(jìn)行壩基沉降觀測(cè)。

根據(jù)觀測(cè)資料分析，壩基沉降主要發(fā)生在施工初期，且隨著填筑高程增加，其沉降增大，1999 年9月后沉降速率明顯減小。2000年11月，壩體填筑至壩頂后，壩基沉降已基本完成，后期填筑對(duì)壩基沉降影響已很小。

5　壩體內(nèi)部變形

在堆石體內(nèi)部3個(gè)斷面 （最大壩高斷面壩0+ 240.0，兩岸典型斷面壩0+156.0和壩0+360.0）布置了水管式沉降計(jì)5套，水平位移計(jì)4套，監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部沉降與水平位移。對(duì)內(nèi)部變形實(shí)測(cè)量值的時(shí)間、空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，同時(shí)采用矢量迭加法求得面板撓度，得到主要結(jié)論如下：

5.1內(nèi)部沉降

（1）至2015年5月31日，壩體最大沉降為101.46 cm，發(fā)生在0+240.00 m斷面70 m高程，相當(dāng)于壩高的0.77%。壩體內(nèi)部沉降主要發(fā)生在施工期，約占總沉降的69.6%～92.7%。

（2）2000年5月—2000年11月，受壩體填筑強(qiáng)度和水庫(kù)蓄水共同影響，壩體沉降較大。竣工后，壩體沉降量較小，說明壩體沉降主要填筑速度和高度相關(guān)。運(yùn)行過程中，受上游水位變動(dòng)影響，壩體內(nèi)部沉降略有波動(dòng)，但變幅較小，內(nèi)部沉降已穩(wěn)定。

（3）2015年，壩體0+156.00斷面測(cè)點(diǎn)沉降量略大于0+360.00斷面測(cè)點(diǎn)，但該部位表面沉降無明顯異常，建議加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（4）壩體內(nèi)部實(shí)測(cè)總沉降量最大位于70 m高程壩軸線附近 （2015年5月，101.46 cm）。運(yùn)行期（2000年5月至2015年5月）壩體上部沉降大于下部，上游側(cè)沉降大于下游側(cè)，面板沿壩坡向略為受壓。總體上看，壩體沉降量不大，且分布合理，沉降變形較為協(xié)調(diào)。

5.2水平位移

（1）壩體填筑過程中，受上部堆石體填筑加載作用，堆石體產(chǎn)生流變，上游側(cè)壩體產(chǎn)生向上游的位移，下游側(cè)壩體產(chǎn)生向下游的位移。蓄水后，受水荷載作用，上游側(cè)壩體向上游的流變減小，并逐漸產(chǎn)生向下游的位移。運(yùn)行期壩體上游測(cè)點(diǎn)位移與庫(kù)水位有一定相關(guān)性，并隨著庫(kù)水位升降而增減，符合面板堆石壩變形一般規(guī)律。

（2）至2015年5月，壩體順河向水平位移累計(jì)向下游位移最大為113.77mm，出現(xiàn)在主斷面0 +240.00 m、高程70.0 m上游側(cè)的H11點(diǎn)；累計(jì)向上游位移最大為79.92mm，出現(xiàn)在主斷面0+ 240.00 m、高程70.00 m上游側(cè)的H12點(diǎn)。

（3）對(duì)比不同斷面同高程測(cè)點(diǎn)位移可知，壩0 +360.00 m斷面上游測(cè)點(diǎn)H8、H9趨勢(shì)性位移不明顯，下游測(cè)點(diǎn)H10位移大于壩0+240.00 m斷面上同高程測(cè)點(diǎn)H7。總體而言，除H7測(cè)點(diǎn)順河向位移偏大外，壩體河床斷面順河向水平位移大于兩岸，下游區(qū)大于上游區(qū)，上部大于下部，符合面板堆石壩一般變形規(guī)律。5.3 面板撓度

圖4　主斷面 （壩0+240.00m）面板撓度分布示意

（1）以二期面板澆筑完成為基準(zhǔn)日 （2001年2月），2008年2月和2015年5月，分別得到0+ 240.00 m主斷面、高程70 m、高程95 m及高程120 m面板的位移值，高程156 m位移以外部監(jiān)測(cè)值近似估計(jì) （見圖4）。

（2）2001年2月至2008年2月，面板最大撓度為211mm；2001年2月至2012年5月，面板最大撓度為249mm，均發(fā)生在壩高約1/3的高度 （一般面板堆石壩面板最大撓度出現(xiàn)在約壩高50%～80%處）。面板最大撓曲率為0.11%，與國(guó)內(nèi)外類似工程相比，大壩面板撓曲率正常。

（3）從分布圖可見，面板在下部 （一期面板）變形較大，上部較小。近4年多來面板撓度增量較小，變形較為協(xié)調(diào)，變化情況正常。

6　結(jié) 語

（1）大壩最大沉降量為101.46 cm，為壩高的0.77% ，向下游最大水平位移為113.77mm。與同類工程相比，壩體沉降不大，變形在正常范圍內(nèi)。

（2）大壩變形主要發(fā)生在施工期，2008年至今所有測(cè)點(diǎn)平均沉降速率均小于10mm/a，壩體沉降基本穩(wěn)定。

（3）壩體沉降主要與時(shí)間相關(guān)，與庫(kù)水位、溫度相關(guān)性不顯著。壩體變形多屬不可逆變形，隨著時(shí)間的增加，壩體沉降速率逐漸減小，且剩余變形總量不大。

（4）面板最大撓度為24.9 cm，發(fā)生在壩高約1/3的高度，面板最大撓曲率為0.11%，與國(guó)內(nèi)外類似工程相比，大壩面板撓曲率正常。2008年以來面板撓度增量較小，變形較為協(xié)調(diào)，變化情況正常。

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-04-07

盧陳濤 （1988-），男，工程師，主要從事水利工程管理工作。