澤雅水庫大壩內(nèi)部變形監(jiān)測資料分析

麻青松，周王俊，黃克勝，熊國文

（1.澤雅水庫管理站，浙江溫州325023；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京210029）

1 工程概況

澤雅水庫位于甌江水系戍浦江支流，在浙江省溫州市甌海區(qū)澤雅鎮(zhèn)境內(nèi)，距溫州市區(qū)28 km。水庫以城市供水為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益，總庫容5 713萬m3。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，壩高 78.8 m，壩頂長 313.5 m，上下游壩坡均為 1∶1.3，下游設(shè)有二級馬道。 壩頂高程 113.8 m，壩底寬213 m，總填筑方量約140萬m3。本工程為Ⅲ等工程，大壩按2級建筑物設(shè)計。堆石壩壩料母巖為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，該凝灰?guī)r的飽和抗壓強度，弱風(fēng)化為40～60 MPa，微風(fēng)化至新鮮巖石為 80～100 MPa，前者屬中硬巖，后者屬硬巖。堆石料的級配也經(jīng)專門試驗確定，大壩筑壩材料性能良好。該工程于1996年開工，水庫于1998年4月下閘蓄水，1999年初竣工。2004～2005年，發(fā)現(xiàn)水庫面板出現(xiàn)一些裂縫，并及時進行了修補處理。為此，本文針對大壩壩體內(nèi)部的變形觀測成果進行了分析。

2 大壩變形監(jiān)測測點布置

在大壩主斷面（左0+3.00）的3個不同高程布置了3套水管式沉降儀和1套水平位移計，共10個測點和4個水平位移點，以觀測壩體的內(nèi)部沉降和水平位移。其中在55.5 m及94.0 m高程分別有4個和2個沉降測點，74 m高程各有4個沉降點和水平位移點。各測點的具體布置如圖1所示。

圖1 內(nèi)部變形測點布置圖Fig.1 Distribution of inner deformation monitoring points

3 變形觀測資料分析

3.1 壩體內(nèi)部沉降分析

大壩左 0+3.00 斷面 55.5 m、74.0 m 及 94.0 m 3個高程各沉降測點及下游壩坡處觀測房的沉降過程線如圖2所示。由圖2可知，大壩內(nèi)部各測點在竣工后的沉降基本上仍都在緩慢增加，且目前仍未完全停止。除初蓄水時沉降隨庫水位的上升有所增大外，大壩的沉降量受每年度庫水位周期性變化的影響較小，這是由于其堆石體的彈塑性特性且彈性部分很小。因此，竣工后大壩的沉降主要是由于筑壩材料的流變特性所引起，沉降量主要與時間相關(guān)，即沉降隨時間的推移而逐漸增加。其中位于上部94.0 m高程各測點中沉降增量最大，中部74.0 m高程各測點中沉降增量次之，底部55.5 m高程各測點中沉降增量最小。其原因是底部測點的壓縮層更薄且受荷載最大，施工期壩料壓縮更充分，致使竣工后的沉降量最小。反之，上部測點的沉降量速率最大，其沉降增量的分布是合理的。施工期沉降最大的為S6測點，1999年5月最大沉降為44.1 cm，至2008年12月，該測點沉降增至54.1 cm，沉降增量為10 cm。最大沉降約為壩高的0.69%，小于技術(shù)警戒值1%，大壩的沉降總量仍然在正常范圍內(nèi)。但位于壩中部的該測點竣工后的沉降增量占沉降總量達18.5%，沉降增量較大。竣工后沉降增量最大的為S2測點，沉降量從27.2 cm增大為46.4 cm，沉降增量為19.2 cm，占沉降總量的41.4%。沉降增量及占總沉降量的比例均較大。另外位于墊層內(nèi)的S1及S3測點在竣工后的沉降增量分別為10.8 cm及7.8 cm，沉降增量均較大。由于墊層內(nèi)的沉降會使面板的變形及受力增大，從而可能導(dǎo)致面板裂縫，同時，由于本壩壩址處的地形較特殊，兩岸岸坡特別是右岸岸坡較陡，可能使沿壩軸線方向壩體沉降特別是墊層處的沉降不均勻，從而使兩岸的受拉區(qū)面板更易出現(xiàn)裂縫。大壩的內(nèi)部沉降測點布置于壩中間的最大斷面處，但從其竣工后的沉降增量較大仍可判斷大壩兩岸面板受拉區(qū)的下覆壩體沉降增量也應(yīng)較大及變形不均性，這也可能是大壩面板于2004～2005年出現(xiàn)裂縫的主要原因。

圖2 各測點沉降過程線Fig.2 Graphs of the dam settlement measured by monitoring points

從各內(nèi)部測點的沉降過程線及以上的分析可知，大壩竣工后的沉降量較大，且目前仍未完全停止，大壩沉降仍未完全穩(wěn)定。由于竣工后沉降主要由壩料的流變特性所引起，表明本工程的壩料的流變性較大，且流變的穩(wěn)定時間長。

為全面了解大壩的沉降過程，分析并預(yù)測其沉降趨勢，對實測內(nèi)部沉降進行了統(tǒng)計分析。一般而言，大壩運行期的沉降主要受壩料的流變特性影響，沉降主要與時效有關(guān)，因此，取時效t為單一的回歸因子。根據(jù)大壩的沉降特點，大壩沉降統(tǒng)計分析的回歸模型主要有對數(shù)曲線、指數(shù)曲線、雙曲線、生長曲線等，通過對以上各類曲線的擬合效果進行了全面分析與比較，以對數(shù)曲線擬合效果最好。通常對數(shù)曲線與大壩沉降變形的過程也最相符，擬合效果及穩(wěn)定性最好，是沉降擬合的最常用曲線。因此，選定對數(shù)曲線作為沉降統(tǒng)計分析的回歸模型。其擬合方程為：

式中：a、b、c 為回歸系數(shù)，t為時效，以年計，上式t的起算時間為1998年5月，S0為對應(yīng)的初始沉降值。

各沉降測點的擬合曲線參數(shù)見表1。

表1 內(nèi)部沉降擬合方程參數(shù)表Table 1 :Parameters in the fitted equation of inner settlement

采用相關(guān)系數(shù)及回歸殘差對擬合質(zhì)量效果進行評價，相關(guān)系數(shù)接近1，表明擬合效果較好。由式（1）可預(yù)測將來一段時間內(nèi)各測點的沉降量，由于在進行時效因子對沉降影響的回歸模型比選時，選用了擬合效果較好的對數(shù)曲線，但此類函數(shù)無極值，不能直接推算最終沉降量。一般此時取t=25年時的沉降預(yù)測值作為最終沉降量，這樣可計算得各測點的最終沉降。以實測沉降量最大的S6測點為例，其預(yù)測的最終沉降量為 59.11±0.11(cm)，約占壩高的0.750%，小于技術(shù)警戒值1%，大壩的沉降總量仍然在正常范圍內(nèi)，但已明顯大于竣工時測值，表明本工程的壩料的流變性較大。

3.2 壩體內(nèi)部水平位移分析

大壩在最大斷面74.0 m高程水平位移過程線如圖3所示。由圖3可知，在竣工后各測點的水平位移均在逐漸緩慢增大，且竣工后均向下游移動，到目前仍未有穩(wěn)定。各測點的位移總量也均為向下游移動，即使施工期向上游位移的H1、H2測點的位移總量也偏向下游。與大壩內(nèi)部沉降一樣，除初蓄水時水平位移隨庫水位的上升有所增大外，大壩的水平位移受每年度庫水位周期性變化的影響也很小。水平位移量主要與時間相關(guān)，即沉降隨時間推移逐漸增加。

圖3 各測點水平位移過程線Fig.3 Graphs of the dam horizontal displacement measured by monitoring points

水平位移測點H1～H4在同一高程中自大壩上游至下游分布，竣工后各測點的水平位移增量基本一致，這是因為其蓄水后水平應(yīng)力增量基本相同。1998～2008年，H1～H4測點竣工后水平位移增量分別為 84.46 mm、73.82 mm、83.06 mm、88.58 mm， 水平位移增量較接近，但均較同類工程偏大。其中，位于墊層出的H1測點的水平位移增量為84.46 mm，和此處發(fā)生的沉降量一樣，也會使面板的受力及變形增大。

從各測點的水平過程線及以上的分析可知，大壩竣工后的水平位移量較大，且目前仍未完全停止，大壩水平位移仍未完全穩(wěn)定。由于竣工后沉降主要由壩料的流變特性引起，表明本工程壩料的流變性較大，且流變的穩(wěn)定時間長。同時，大多數(shù)測點竣工后的水平位移增量占位移總量的比例遠大于相同位置的竣工后沉降增量占沉降總量的比例，這是因為大壩蓄水后測點處水平應(yīng)力增量的比例遠大于垂直應(yīng)力增量的比例。

4 結(jié)語

澤雅水庫內(nèi)部變形監(jiān)測資料分析表明，壩料的流變性較大，且流變的穩(wěn)定時間較長。大壩變形的總量及增量均較大，并未完全穩(wěn)定。在兩岸岸坡特別是右岸岸坡較陡的邊界條件下，又因壩料的流變性較大，兩岸的受拉區(qū)面板更易出現(xiàn)裂縫。

[1]熊國文,王東生,周干武.大坳面板堆石壩內(nèi)部變形觀測資料分析[J].長江科學(xué)院院報，2001,(12):44～46.

[2]黃日高,熊國文,周干武.龍門腳水庫面板堆石壩原型觀測與分析[J].浙江水利科技，2003,(4):39～42.