某水庫(kù)均質(zhì)土壩沉降分析

【摘要】水庫(kù)均質(zhì)土壩沉降量較大，在全國(guó)都很少出現(xiàn)，沉降屬于均勻沉降。通過各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，目前均質(zhì)土壩仍處在下沉態(tài)勢(shì)，沉降量趨于穩(wěn)定，均勻變化、量值趨緩。

【關(guān)鍵詞】均質(zhì)土壩；沉降；均勻沉降

1、概述

某水庫(kù)是向甘泉堡工業(yè)園區(qū)供水的尾水調(diào)節(jié)水庫(kù)，屬于大2型工程，位于天山北緣沖積平原，地理坐標(biāo)東經(jīng)80°48'27\"，北緯44°12'35\"，距離烏魯木齊市52km。

水庫(kù)呈四面封閉形，典型的平原水庫(kù)，壩軸線長(zhǎng)17.8km，水面面積24km2，庫(kù)容2.81億m3，最大壩高28m，主要由均質(zhì)土壩（2級(jí)建筑物）、放水兼放空涵洞、入庫(kù)建筑物、退水渠等項(xiàng)目組成。

2、均質(zhì)土壩沉降分析

2.1 均質(zhì)土壩沉降觀測(cè)斷面設(shè)置

水庫(kù)的豎向位移采用干簧管式沉降儀觀測(cè)。共5個(gè)典型觀測(cè)斷面，其樁號(hào)分別為中壩4+080（最高壩段）、中壩4+300、東壩0+600、東壩1+800和西壩1+161。中壩兩個(gè)觀測(cè)斷面在壩軸線處各布設(shè)一條觀測(cè)垂線，東壩1+800斷面在下游壩肩處布設(shè)一條觀測(cè)垂線，東壩0+600和西壩1+161.376斷面在壩軸線下游4m處各布設(shè)一條觀測(cè)垂線，沿上述5條觀測(cè)垂線埋設(shè)沉降環(huán)進(jìn)行沉降觀測(cè)，觀測(cè)中將壩基沉降與壩體沉降分開觀測(cè)。每條觀測(cè)垂線上沿高程方向每間隔約2米布置一個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)。

2.2 均質(zhì)土壩沉降觀測(cè)斷面分析

a 相同條件下壩體差異沉降不大

根據(jù)水庫(kù)2002年開建，2005年建成到現(xiàn)在累計(jì)13年觀測(cè)資料分析，5個(gè)斷面的壩基面沉降量在180mm～1287 mm之間，最大總沉降量在180 mm～1380 mm之間，壩體相對(duì)于壩基的最大沉降量在17mm～169 mm之間。5個(gè)斷面間沉降量相差較大的主要原因是水庫(kù)壩軸線很長(zhǎng)，不同斷面的壩基地質(zhì)情況不盡相同，大壩填筑高度不同壩基上覆荷載也不同，5個(gè)斷面間填筑厚度相差也比較大（填筑厚度在8.1 m～36 m之間），壩體填筑厚度大的中壩段沉降量明顯大于填筑厚度小的東、西壩，沉降量與填筑厚度的比值基本一致，均小于5.2%.填筑厚度相同的東壩0+600斷面和西壩1+161.376斷面盡管相距較遠(yuǎn)，但各項(xiàng)沉降參數(shù)相近，說明相同條件下壩體差異沉降不大。

b 壩基壓縮是水庫(kù)大壩沉降的最主要原因

比較壩基面沉降量、測(cè)點(diǎn)總沉降量和測(cè)點(diǎn)相對(duì)于壩基面的沉降量后可以發(fā)現(xiàn)，5個(gè)斷面的壩基面沉降量明顯大于壩體相對(duì)于壩基面的沉降量，5個(gè)斷面壩體相對(duì)壩基面的最大沉降量與最大總沉降量的比值在7.8%～15.4% 之間，而壩基面沉降量與最大總沉降量的比值在91.9 %～100 % 之間，可見“500”水庫(kù)大壩的沉降主要由壩基壓縮引起。壩基壓縮是水庫(kù)大壩沉降的最主要原因。

c 大壩填筑質(zhì)量較好

5個(gè)斷面壩體相對(duì)壩基面的沉降量與填筑厚度之比在0.22%～0.48% 之間，東、西壩的壓縮率都很小，中壩4+080和4+300斷面除底部土層壓縮率較大（最大值分別為3.07 %和3.51%）外，大部分區(qū)域壓縮率也很小，說明壩體填筑密實(shí)度較高，壓縮性較小。5個(gè)斷面的最大總沉降量與填筑厚度之比在2.2 %～5.11% 之間，對(duì)均質(zhì)土壩而言尚屬正常。水庫(kù)壩基為深覆蓋層軟基，大壩填筑質(zhì)量較好。

d 壩基進(jìn)行礫質(zhì)土換填處理后有一定效果

壩基進(jìn)行礫質(zhì)土換填處理后有一定效果。中壩4+080斷面與中壩4+300斷面的基礎(chǔ)情況相近，其中4+080斷面采用礫質(zhì)土對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了置換，換填深度約11m。觀測(cè)結(jié)果表明，中壩4+080斷面與中壩4+300斷面填筑的粉質(zhì)壤土底部（中壩4+080斷面478 m高程處、中壩4+300斷面476 m高程處）沉降量分別為883mm和1287 mm，采用礫質(zhì)土對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行置換后，基礎(chǔ)沉降量減小了404mm。

e 大壩沉降已經(jīng)減緩，沉降主要來自壩基

5個(gè)斷面各測(cè)點(diǎn)（包括壩基面測(cè)點(diǎn)）的總沉降量在2007年及2008年蓄水后均有明顯增長(zhǎng)，特別是中壩4+080和中壩4+300斷面的各測(cè)點(diǎn)，一些測(cè)點(diǎn)的沉降在2007年6月至2008年11月間的增加值超過200 mm。但是各測(cè)點(diǎn)相對(duì)壩基面沉降量的增長(zhǎng)幅度明顯較小，特別是東西副壩測(cè)點(diǎn)幾乎沒有增加，增長(zhǎng)最明顯的中壩4+300斷面各測(cè)點(diǎn)相對(duì)壩基面沉降量在上述時(shí)段內(nèi)的增加值不超過20 mm。2009年、2010年、2011年、2012年、2013年、2014年、2015年蓄水對(duì)沉降的影響依然存在，但相比2007年及2008年明顯減小。說明水庫(kù)蓄水對(duì)大壩沉降的影響已減弱，仍然有一定增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)不是明顯。2009年3月至2010年11月累計(jì)增加值不超過20mm，但中壩4+300斷面沉降量依然較大，兩年累計(jì)沉降80mm；2011年上半年沉降27mm。2011年下半年至2012年上半年沉降8mm。2013年沉降18mm。2014年沉降13mm，2015年沉降19mm，隨著庫(kù)水位升高及時(shí)間推移，大壩沉降還將有進(jìn)一步增長(zhǎng)，但沉降明顯減緩，壩體沉降已基本穩(wěn)定，目前沉降量主要還是來自壩基。

壩體豎向位移共5個(gè)斷面。2015年10月，5個(gè)斷面的壩基面沉降量、最大沉降量、最大壩體相對(duì)沉降量、觀測(cè)垂線填筑厚度、相關(guān)參數(shù)之間的比值、最大總沉降速率及其出現(xiàn)日期和最大壓縮率等沉降特征參數(shù)見表1。

3、小結(jié)

水庫(kù)均質(zhì)土壩沉降量較大，在全國(guó)都很少出現(xiàn)，沉降屬于均勻沉降。從2005年水庫(kù)建成運(yùn)行至今，埋設(shè)在壩體內(nèi)部是空隙水壓力計(jì)，涵洞的測(cè)縫計(jì)、位移計(jì)、土壓力計(jì)，壩后滲流，觀測(cè)數(shù)據(jù)在2012年以前，已趨于穩(wěn)定（壩體豎向排水上游埋設(shè)的空隙水壓力計(jì)隨水位變化，呈規(guī)律性變化），測(cè)值正常。所有觀測(cè)結(jié)果均顯示水庫(kù)均質(zhì)土壩運(yùn)行工況良好。目前均質(zhì)土壩仍處在下沉態(tài)勢(shì)，沉降量趨于穩(wěn)定，均勻變化、量值趨緩。