國外某大型水庫土壩表面變形分析

姜麗君

（浦江縣水務(wù)局浦陽江流域中心,浙江 浦江 322200）

1 研究背景

國外某大（Ⅱ）型水庫是一座以灌溉為主,結(jié)合防洪、發(fā)電和改善水環(huán)境等綜合利用的水利工程。本工程主要建筑物包括攔河壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站等。攔河壩為混合壩,總長3325.7 m,由左岸均質(zhì)土壩、混凝土面板堆石壩、混凝土重力壩、以及右岸均質(zhì)土壩組成。

本工程于2016 年12 月底下閘封孔蓄水,經(jīng)過4 年運行,現(xiàn)場管理人員發(fā)現(xiàn)土壩沉降較大,壩頂表面出現(xiàn)一些裂縫。本文根據(jù)大壩土壩段沉降觀測數(shù)據(jù),對土壩段沉降變形進行分析,以評估大壩的運行安全性。

2 土壩表面變形監(jiān)測布置

設(shè)計規(guī)范[1]所定義的土壩總沉降量為壩體和壩基的沉降量之和。理論計算將壩體及壩基分為若干層,分層計算壩體及壩基的沉降量,然后采用分層總和法,得出壩體及壩基的總沉降量。由于理論計算方法的邊界條件存在諸多假定及簡化,受計算條件、參數(shù)限制,與土壩實際監(jiān)測沉降變形存在較大差異,因此需要在土壩表面設(shè)置觀測設(shè)施進行監(jiān)測。根據(jù)規(guī)范[2]要求,壩體表面變形監(jiān)測內(nèi)容包括壩面的垂直位移和水平位移,表面垂直位移及水平位移監(jiān)測宜共用一個測墩。表面變形監(jiān)測點宜斷面形式布置,斷面分為垂直壩軸線方向的監(jiān)測橫斷面和平行壩軸線方向的監(jiān)測縱斷面。

表面變形觀測點考證表見表1。

表1 表面變形觀測點考證表

續(xù)表1

3 土壩沉降變形分析

3.1 觀測點布置及觀測方法

本工程土石壩變形觀測包括表面沉降觀測和表面水平位移觀測,觀測橫斷面為樁號D1+595.00 m、D1+950.00 m、D2+180.00 m、D2+670.00 m、D2+870.00 m。左岸土壩測點編號為LD1～LD9,右岸土壩測點編號為LD22～LD26。采用水準(zhǔn)測量進行變形觀測。

3.2 垂直位移分析

根據(jù)竣工后沉降變形觀測結(jié)果,沉降變形觀測點統(tǒng)計結(jié)果見表2,各測點沉降變化過程線見圖1～圖6,各測點年內(nèi)平均沉降速率過程線見圖7～圖10。

圖10 右岸土石壩各測點平均沉降速率過程線2

表2 大壩沉降特征值統(tǒng)計表 單位：mm

圖1 左岸土壩段DL0-007.600各測點沉降變化過程線

圖2 左岸土壩段DL0+003.600各測點沉降變化過程線

圖3 左岸土壩段DL0+020.575各測點沉降變化過程線

圖4 右岸土壩段DL0-007.600各測點沉降變化過程線

圖5 右岸土壩段DL0+003.600各測點沉降變化過程線

圖6 右岸土壩段DL0+040.575各測點沉降變化過程線

圖7 左岸土石壩各測點平均沉降速率過程線1

綜上所述,大壩累計沉降量在允許沉降范圍內(nèi),各測點的累計沉降量雖在增加,但變化幅度減小,且沉降速率逐步放緩。大壩沉降有趨于穩(wěn)定的趨勢。

3.3 水平位移分析

根據(jù)竣工后水平位移觀測結(jié)果,大壩各測點水平位移特征值統(tǒng)計表見表3,各測點水平位移變化過程線見圖11～圖16。

圖8 左岸土石壩各測點平均沉降速率過程線2

圖9 右岸土石壩各測點平均沉降速率過程線1

圖11 左岸土壩段DL0-007.600 m各測點水平位移變化過程線

表3 大壩水平位移特征值統(tǒng)計 單位：mm

由以上圖表可知：

1）從過程線來看,2017 年蓄水初期到2018 年,各測點沉降速率較大,尤其是蓄水初期沉降速率較快,符合大壩蓄水初期沉降變形較快的特點。2019 年至今,壩體沉降仍在增加,但沉降增長速率逐漸放緩。

2）從累計沉降量看,至2021 年3 月,最大沉降發(fā)生在左岸土壩段D2+180.00 m斷面的LD7 測點,其值為348 mm,占壩高的0.93%；該斷面位壩高相對較高,累計沉降量相對較大。右岸土壩段最大累計沉降量為261 mm,出現(xiàn)在D2+670.00 m斷面的LD22 測點,占壩高的0.88%。根據(jù)規(guī)范[1]要求,竣工后的壩頂沉降量不宜大于壩高的1%,因此,本工程竣工后壩頂沉降量均在允許范圍以內(nèi)。

3）從各測點平均沉降速率來看,左、右岸土壩段各測點2017 年～2018 年沉降速率較大,2019 年至今沉降速率較往年減少,沉降有收斂的趨勢。

4）從大壩測線沉降分布規(guī)律來看,壩頂測點沉降量最大,下游壩坡測點沉降量次之,下游馬道測點沉降量最小。壩體沉降量與壩高呈明顯正相關(guān)關(guān)系,變形特點符合大壩沉降變化的一般規(guī)律。

5）結(jié)合現(xiàn)場檢查情況來看,左岸土壩段壩頂瀝青混凝土路面局部出現(xiàn)裂縫,裂縫為表面裂縫,裂縫延伸深度未貫穿水穩(wěn)層（路面由表面為5 cm瀝青混凝土,下部厚度20 cm水穩(wěn)層組成）。裂縫產(chǎn)生原因為土壩存在一定的沉降,需要多年后趨于穩(wěn)定,而壩頂水穩(wěn)層為剛性結(jié)構(gòu),受局部不均勻沉降引起壩頂表面裂縫。目前,壩頂表面裂縫對大壩安全運行無影響。

圖12 左岸土壩段DL0+003.600 m各測點水平位移變化過程線

圖13 左岸土壩段DL0+020.575 m各測點水平位移變化過程線布

圖14 右岸土壩段DL0-007.600 m各測點水平位移變化過程線

圖15 右岸土壩段DL0+003.600 m各測點水平位移變化過程線

圖16 右岸土壩段DL0+040.575 m各測點水平位移變化過程線

由以上圖表可知：

1）左岸土壩段

從過程線來看,2017 年蓄水初期到2018 年,各測點水平位移增長速率較大,尤其是DL0-008.00 m斷面；2019 年至今,水平位移增長速率逐漸放緩。各測點水平位移向上游最大值為124 mm,出現(xiàn)在LD7 測點,發(fā)生在2021年3月1日；向下游最大值為54 mm,出現(xiàn)在LD9 測點,發(fā)生在2021年3月1日。

2）右岸土石壩段

從過程線來看,2017 年蓄水初期到2018 年各測點水平位移變化過程線在一定范圍內(nèi)波動,2019 年至今,LD25 和LD26測點水平位移有增長的趨勢。各測點水平位移向上游最大值為23 mm,出現(xiàn)在LD23 測點,發(fā)生在2018年8月27日；向下游最大值為61 mm,出現(xiàn)在LD24 測點,發(fā)生在2019 年5 月7日。

綜上所述,壩體水平位移雖仍在增加,但增長速率逐步放緩。大壩水平位移處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)論

1）大壩累計沉降值在允許沉降范圍內(nèi),各測點的累計沉降量雖在增加,但變化幅度減小,且沉降速率逐步放緩；土壩段的不均勻沉降產(chǎn)生的主要原因為壩段高度變化差異較大。目前,大壩沉降有趨于穩(wěn)定的趨勢。

2）壩體水平位移雖仍在增加,但增長速率逐步放緩,大壩水平位移處于正常狀態(tài)。

3）壩頂裂縫為表面裂縫,產(chǎn)生原因為土石壩存在一定的沉降,需要多年后趨于穩(wěn)定,而壩頂水穩(wěn)層為剛性結(jié)構(gòu),受局部不均勻沉降引起壩頂表面裂縫。目前,壩頂表面裂縫對大壩安全運行無影響。