某心墻堆石壩沉降分析

蒲 英，陳科文，周 郭，李明霞，李 強(qiáng)

(1.四川省南充市城鄉(xiāng)供排水管理服務(wù)處，四川 南充 637000；2. 四川省南充市水務(wù)局，四川 南充 637000；3. 四川省南充升鐘水利工程建設(shè)管理局，四川 西充 637200)

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某心墻堆石壩沉降分析

蒲 英1，2，陳科文1，2，周 郭3，李明霞1，2，李 強(qiáng)1，2

(1.四川省南充市城鄉(xiāng)供排水管理服務(wù)處，四川 南充 637000；2. 四川省南充市水務(wù)局，四川 南充 637000；3. 四川省南充升鐘水利工程建設(shè)管理局，四川 西充 637200)

結(jié)合某心墻堆石壩的實(shí)際，對(duì)施工期沉降管以及水管式沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)其沉降變化規(guī)律以及壩體不均勻沉降進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：竣工時(shí)壩體最大沉降量不是發(fā)生在壩體頂部，而是發(fā)生在壩體中部高程處。各測(cè)點(diǎn)沉降量在時(shí)間上與填筑進(jìn)度具有良好的關(guān)聯(lián)性，壓縮模量的差異大小是不均勻沉降梯度大小的關(guān)鍵影響因素，壩體填筑時(shí)應(yīng)對(duì)材料模量相差較大的部位采取相應(yīng)的防止不均勻沉降的措施。

心墻堆石壩；沉降；壓縮模量；沉降梯度

土石壩是堆石壩與土壩的總稱，由于壩身材料主要來(lái)自本地區(qū)，因而也稱為當(dāng)?shù)夭牧蠅蝃1]。土石壩按其壩型可以分為均質(zhì)壩、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩以及非土料防滲體壩。土石壩在世界范圍內(nèi)發(fā)展較快主要是由于它具有如下優(yōu)點(diǎn)[2-3]：可以就地、就近取材，以節(jié)省大量的水泥、木材和鋼材，并且可以減少運(yùn)輸量；他對(duì)地形、地質(zhì)和氣候條件的適應(yīng)性較好，對(duì)于不良?jí)沃贰夂驉毫?、工程地質(zhì)條件復(fù)雜以及高地震烈度地區(qū)，混凝土壩都不能采用的時(shí)候，仍可以采用土石壩這一壩型。在我國(guó)，隨著大型高效施工機(jī)械的廣泛采用，使得施工人數(shù)大大減少，施工工期不斷縮短，施工費(fèi)用顯著降低，施工條件日益改善，同時(shí)提高了土石壩的施工質(zhì)量，促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)展，高土石壩中礫石土心墻壩常常被采用[4-5]。土石壩的沉降與不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫對(duì)壩體的安全運(yùn)行有重要影響，對(duì)高土壩的影響更為嚴(yán)重，因此，沉降監(jiān)測(cè)是土石壩的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，也是評(píng)價(jià)土石壩體安全的重要指標(biāo)。本文基于施工期某心墻壩沉降[6-7]監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)沉降變化規(guī)律以及不均勻沉降進(jìn)行分析，深入探討壩體不均勻沉降的影響因素，以期為后續(xù)同類工程提供借鑒。

1 工程概況

該心墻堆石壩壩軸線走向?yàn)镹29°E，壩頂高程856.00 m，最大壩高186 m，壩頂長(zhǎng)540.50 m，上游壩坡1∶2和1∶2.25，下游壩坡1∶1.8，壩頂寬度14 m。心墻頂高程854.00 m，頂寬4 m，心墻上、下游坡度均為1∶0.25，底高程670.00 m，為了監(jiān)測(cè)壩體分層變形，沿著壩軸線一共4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其布設(shè)如圖1所示。每個(gè)斷面分別在心墻布設(shè)1根沉降管，下游堆石區(qū)布設(shè)兩根沉降管。同時(shí)，反濾層以及下游堆石區(qū)布設(shè)水管式沉降儀以便配合沉降管監(jiān)測(cè)壩體各分區(qū)的沉降量對(duì)比情況。

2 壩體沉降監(jiān)測(cè)分析

大壩沿主要監(jiān)測(cè)斷面布置沉降管，筆者對(duì)施工期心墻壩沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出沉降量時(shí)間關(guān)系由圖2所示。不難看出：壩體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)沉降量在時(shí)間上與填筑進(jìn)度具有良好的關(guān)聯(lián)性，單環(huán)沉降量在安裝初期增長(zhǎng)速率較大。主要是由于隨著填筑的進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)上部所受荷載不斷加大，因此，沉降量也隨著加大。施工期，壩體各已填筑土層隨著壩體的升高，所受壓力不斷增加。壩體頂部土層雖然其下壓的土層厚，但所受荷重小。壩體中部其荷重和可壓縮土層厚適中，這種組合使壩體中部的沉降達(dá)到最大。施工期各土層的固結(jié)是在受力條件不斷變化的情況下，隨壩體升高而逐漸固結(jié)的。施工期各土層的沉降不會(huì)受在此前發(fā)生的各土層沉降的影響，因而各土層的沉降不會(huì)在壩頂沉降中發(fā)生累積效應(yīng)，這也是竣工時(shí)壩體沉降量最大沉降量不發(fā)生在壩體頂部，而是發(fā)生在壩體中部高程處。

圖1 壩體沉降監(jiān)測(cè)布置

圖2 壩體沉降管沉降量～時(shí)間過(guò)程線

3 壩體不均勻沉降分析

為了防止壩體不均勻沉降產(chǎn)生裂縫而影響壩體防滲體的穩(wěn)定性，對(duì)壩體不均勻沉降分析具有重要意義。規(guī)范[8]指出：根據(jù)沉降結(jié)果，應(yīng)推算出壩體各部位的不均勻沉降量和不均勻沉降梯度，初步判斷發(fā)生裂縫的可能性。

不難看出，心墻與壩殼材料壓縮模量差值(表1所示)較大，兩層反濾材料也存在較大的模量差，且兩層反濾測(cè)點(diǎn)間距離較小?；谏鲜鲈虻木C合影響，使得心墻與反濾層、兩層反濾之間的不均勻沉降梯度較大，分別為1.10%、1.22%和1.05%。壩體其余測(cè)點(diǎn)不均勻沉降梯度基本上在1%以內(nèi)。

表1 壩體各材料分區(qū)試驗(yàn)參數(shù)與測(cè)點(diǎn)布置

圖3 壩體沉降觀測(cè)傾度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該壩沉降分析，得出結(jié)論如下：

1) 心墻分層沉降顯示：竣工時(shí)壩體沉降量最大沉降量發(fā)生在壩體中部高程處。各測(cè)點(diǎn)沉降量在時(shí)間上與填筑進(jìn)度具有良好的關(guān)聯(lián)性，沉降量在初期增長(zhǎng)速率較大。

2) 心墻與反濾層、反濾層與過(guò)渡區(qū)、過(guò)渡區(qū)與堆石區(qū)以及堆石區(qū)內(nèi)測(cè)點(diǎn)沉降傾度基本上在1%以內(nèi)；其中，心墻與反濾層、反濾層內(nèi)部不均勻沉降梯度較大，這主要是由于相鄰壩區(qū)材料間變形模量差較大所致，由此可見壓縮模量的差異大小是不均勻沉降梯度大小的關(guān)鍵影響因素，在壩體碾壓施工工程中，對(duì)壩體材料模量相差較大的部位應(yīng)采取相應(yīng)的防止不均勻沉降的措施。

本文主要基于施工期心墻壩監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)其沉降變形特征進(jìn)行初步綜合分析，基于壩體填筑實(shí)際建立三維有限元模型，并將其計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步探討壩體變形規(guī)律有待更深入研究。

[1] 祁慶和.水工建筑物(第三版)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1997.

[2] 郭誠(chéng)謙.土石壩[M].北京：水利電力出版社，1992.

[3] 顧淦臣.土壩設(shè)計(jì)(下冊(cè))[M].北京：水利電力出版社，1978.

[4] 岑威鈞， 沈長(zhǎng)松， 童建文. 深厚覆蓋層上復(fù)合土工膜防滲堆石壩筑壩特性研究 [J]. 巖土力學(xué)， 2009， 30(1):175-180．

[5] 趙劍明， 溫彥鋒， 劉小生， 等. 深厚覆蓋層上高土石壩極限抗震能力分析[J]. 巖土力學(xué)， 2010， 31(S1): 41-47．

[6] 二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司編.巖土工程監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

[7] 吳世勇，陳建康，鄧建輝. 水電工程安全監(jiān)測(cè)與管理.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

[8] 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL274—2001[S].

[9] 水利電力部，交通部，南京水利科學(xué)研究所，等.土壩裂縫及其觀測(cè)分析[M].北京：水利電力出版社，1979:28-87.

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Settlement Analysis of a Core Wall Rockfill Dam

PU Ying1，2， CHEN Kewen1，2，ZHOU Guo3，LI Mingxia1，2，LI Qiang1，2

(1.Urban and Rural Water Supply and Drainage Management Service of Nanchong;2. Nanchong Municipal Water Affairs Bureau，Nanchong 637000, China;3. The construction and management of Shengzhong，Xichong 637200, China)

Combined with the actual situation of a core rockfill dam, monitoring data of the settlement pipe and water pipe type are collected during construction period. The settlement of the law and the uneven settlement of the dam is analyzed. The results show: At the time of completion, the maximum settlement of the dam body is not occurred at the top of the dam, but occurs at middle elevation of dam body. The settlement of each measuring point has a good correlation with the filling progress in time, the difference of compressive modulus is the key influencing factor of the uneven settlement gradient，and the corresponding measures should be taken to prevent the uneven settlement during the construction period.

core wall rockfill dam； settlement； compression modulus； settlement gradient

2016-04-13;

2016-05-06

蒲英(1970)，女，本科，高級(jí)工程師，從事城鄉(xiāng)供排水管理服務(wù)工作。

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