福清梨洞水庫(kù)大壩變形分析

王　挺　魏志洪

(1.福清市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，福建 福清　350300；2.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州　350108)

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福清梨洞水庫(kù)大壩變形分析

王挺1魏志洪2

(1.福清市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，福建 福清350300；2.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州350108)

【摘要】本文分析了福清梨洞水庫(kù)2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固、 2013年水庫(kù)觀測(cè)儀器更新對(duì)2011年前后水庫(kù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)造成的顯著性差異。在此基礎(chǔ)上，對(duì)大壩變形進(jìn)行分析，得出大壩沉陷及位移趨于穩(wěn)定的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】梨洞水庫(kù)；土石壩；變形分析

1　工程概況

梨洞水庫(kù)位于福清市南嶺鎮(zhèn)梨洞村，離城關(guān)鎮(zhèn)23.50km，壩址以上流域面積11.50km2。按30年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位259.72m(黃海高程，下同)，相應(yīng)庫(kù)容643萬(wàn)m3，按500年一遇洪水校核，校核洪水位260.72m，相應(yīng)總庫(kù)容725萬(wàn)m3，正常高水位259.70m，相應(yīng)庫(kù)容640萬(wàn)m3。梨洞水庫(kù)是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、供水、發(fā)電等綜合利用的小(1)型水庫(kù)，為大壩溪梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)。水庫(kù)于1993年4月動(dòng)工興建， 1994年12月工程基本建成。

梨洞水庫(kù)大壩為黏土斜墻土石混合壩，壩頂高程261.20m，防浪墻頂高程262.40m，壩頂長(zhǎng)度155m，壩頂寬4m(包括防浪墻)，最大壩高25m。壩基為花崗巖。

水庫(kù)由大壩、副壩、溢洪道、輸水涵洞和泄洪隧洞等組成。

水庫(kù)有效灌溉面積5949畝，為元洪開(kāi)發(fā)區(qū)日供水1萬(wàn)～2萬(wàn)m3，為塔橋水電站年增發(fā)電量398kW·h。水庫(kù)保護(hù)下游海城公路和2個(gè)行政村(五龍、星橋)近2萬(wàn)人口。因此，水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

2　變形觀測(cè)分析

2.1觀測(cè)點(diǎn)布置

大壩變形觀測(cè)成果整理按《水工建筑物觀測(cè)工作手冊(cè)》進(jìn)行[1]。

梨洞水庫(kù)大壩布設(shè)9個(gè)沉陷和水平位移觀測(cè)點(diǎn)(壩頂261.20m高程一排三點(diǎn)、迎水坡259.00m高程一排三點(diǎn)、背水坡253.50m高程一排三點(diǎn))，見(jiàn)圖1。

為便于分析，對(duì)大壩標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，編號(hào)由一個(gè)羅馬數(shù)字和一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字組成，中間用“-”連接，前一個(gè)羅馬數(shù)字代表縱排號(hào)，從迎水坡259.00m高程、壩頂?shù)奖乘?53.50m高程，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，后一個(gè)數(shù)字為橫斷面號(hào)，從壩右到壩左分別為1、2、3，沉陷觀測(cè)用s表示，水平位移觀測(cè)用z表示。例如Ⅱ-3s觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，即位于壩頂261.20m高程的第3個(gè)橫斷面上的沉陷觀測(cè)點(diǎn)。

圖1　大壩觀測(cè)點(diǎn)布置情況

2.2觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性分析

梨洞水庫(kù)大壩觀測(cè)資料較完整，但由于建壩時(shí)間較晚(1994年12月工程基本建成)，第一次觀測(cè)時(shí)間為1996年5月15日，最近一次觀測(cè)時(shí)間為2015年10月14日。由于水庫(kù)管理人員更換、資料整理制度不健全等原因，2006年以前的觀測(cè)數(shù)據(jù)遺失?，F(xiàn)有連續(xù)的觀測(cè)資料為2006年6月12日—2015年10月14日，其中2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固，暫停觀測(cè)一年。

2011年5月，福清市梨洞水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程動(dòng)工，2011年11月29日完工，2012年12月29日，福清市梨洞水庫(kù)管理中心組織并通過(guò)了福清市梨洞水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程技術(shù)預(yù)驗(yàn)收。

2013年水庫(kù)觀測(cè)儀器更新，更新后水準(zhǔn)儀型號(hào)為DS32，經(jīng)緯儀型號(hào)為DE-2B。

2.3觀測(cè)數(shù)據(jù)的顯著性分析

2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固、2013年水庫(kù)觀測(cè)儀器更新，是否會(huì)對(duì)水庫(kù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)造成顯著性差異?解決這個(gè)問(wèn)題最常用的辦法，就是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中假設(shè)檢驗(yàn)的辦法進(jìn)行分析[2]。

將2006—2015年的變形觀測(cè)資料分為兩組。第一組為2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前的數(shù)據(jù)，從2006—2010年，共11次觀測(cè)數(shù)據(jù)；第二組為2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固后的數(shù)據(jù)，從2012—2015年，共7次觀測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)分析。

根據(jù)兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)的樣本方差，通過(guò)F檢驗(yàn)判斷其相應(yīng)的兩個(gè)正態(tài)總體方差是否相等。如果兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)總體方差相等，則可通過(guò)t檢驗(yàn)判斷兩組樣本總體均值是否相等。從而判斷兩組數(shù)據(jù)是否具有顯著性差異。

沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算見(jiàn)表1，水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算見(jiàn)表2。

表1　沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算

表2　水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算

沉陷觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算表明：88.89%的觀測(cè)數(shù)據(jù)在2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前后具有顯著性差異。觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)Ⅱ-2s，2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前后兩組數(shù)據(jù)方差不相等，表明前后兩組數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。

水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)假設(shè)分析計(jì)算表明：77.78%的觀測(cè)數(shù)據(jù)在2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前后具有顯著性差異，11.11%的觀測(cè)數(shù)據(jù)在2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前后沒(méi)有顯著性差異。觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)Ⅱ-1s，2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固前后兩組數(shù)據(jù)方差不相等，表明前后兩組數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。

因此， 2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固、2013年水庫(kù)觀測(cè)儀器更新，對(duì)2011年前后水庫(kù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)造成顯著性差異。

2.4大壩變形觀測(cè)分析

2011年前后水庫(kù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)存在顯著性差異，因此，將觀測(cè)數(shù)據(jù)分為2011年前后兩組進(jìn)行變形分析，第一組為2006—2010年，共11次觀測(cè)數(shù)據(jù)，第二組為2012—2015年，共7次觀測(cè)數(shù)據(jù)。

第一組以2006年6月觀測(cè)數(shù)據(jù)為水平基準(zhǔn)。第二組以2012年1月觀測(cè)數(shù)據(jù)為水平基準(zhǔn)。

垂直位移的計(jì)算方法：按普通水準(zhǔn)測(cè)量得出各高程，向下為正，向上為負(fù)。

水平位移的計(jì)算方法：按水平位移記錄表進(jìn)行，向下游為正，向上游為負(fù)。

時(shí)間—變形量關(guān)系見(jiàn)圖2～圖7。

圖2　迎水坡觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積沉陷曲線

圖3　壩頂觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積沉陷曲線

圖4　背水坡觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積沉陷曲線

圖5　迎水坡觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積位移曲線

將第一組從2006—2010年的累計(jì)變形量與第二組為從2012—2015年的累計(jì)變形量疊加得到最終累計(jì)變形量，見(jiàn)表3。

圖6　壩頂觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積位移曲線

圖7　背水坡觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間—累積位移曲線

表3　累計(jì)變形量統(tǒng)計(jì)　單位：mm

3　結(jié)　論

a.由于2011年水庫(kù)除險(xiǎn)加固對(duì)壩體的擾動(dòng)，以及2013年水庫(kù)觀測(cè)儀器更新，導(dǎo)致2011年前后水庫(kù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)存在顯著性差異。

b.從2006—2015年觀測(cè)時(shí)間—累積沉陷曲線圖看，大壩累計(jì)沉陷均小于壩高的1.16‰，大壩有沉陷但總體趨于穩(wěn)定。

壩體的間隔沉陷與時(shí)間關(guān)系：根據(jù)土體固結(jié)理論，土體受荷之初土體中孔隙水和空氣容易被排出，土體頂面垂直沉降較快，隨著荷載的持續(xù)作用，土體中的孔隙水和空氣逐漸不易排出土體頂面，垂直沉降的速度也逐漸減慢。大壩的沉陷過(guò)程實(shí)質(zhì)上是土體的固結(jié)過(guò)程。梨洞水庫(kù)壩體土體固結(jié)符合該規(guī)律。

c.從2006—2015年觀測(cè)時(shí)間—累計(jì)位移曲線圖看，大壩累計(jì)位移均小于壩高的1.48‰，大壩有位移但總體趨于穩(wěn)定。

壩體水平位移主要有兩個(gè)方面：第一方面為由壩線自重荷載產(chǎn)生的水平位移量使迎水坡向上游位移，背水坡壩體向下游位移。第二方面為由水壓力產(chǎn)生的壩體水平位移量使壩體各部位都向下游位移。按照此理論，梨洞水庫(kù)壩體在自身穩(wěn)定后，壩體總體應(yīng)向下游位移。

參考文獻(xiàn)

[1]水利電力部水利司.水工建筑物觀測(cè)工作手冊(cè)[M].北京：水利電力出版社，1978.

[2]陳魁.應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.07.013

中圖分類號(hào)：TV698.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8241(2016)07- 0037- 05

Analysis on the dam deformation of Fuqing Lidong Reservoir

WANG Ting1, WEI Zhihong2

(1.FuqingWaterEngineeringQualitySurveillanceStation,Fuqing350300,China;2.CollegeofCivilEngineeringofFuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)

Abstract:In the paper, the significant difference of reservoir risk removal and consolidation of Fuqing Lidong Reservoir in 2011 and reservoir observation instrument updating in 2013 on reservoir deformation observation data around 2011 are analyzed. On the basis, dam deformation is analyzed for obtaining the conclusion of dam settlement and displacement tending to stability.

Key words:Lidong Reservoir; earth and rockfill dam; deformation analysis