土石坝沉降分析中的时空概念

吴希华，耿俊永，周 丽

（1.水利部松辽水利委员会，吉林长春 130021；2.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 116000）

SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》对土石坝沉降在条文说明中有如下表述：8.4.3坝顶预留沉降超高，根据以往工程经验，土质防渗体一般为坝高的1%。由此可见，土石坝沉降是必然的，在分析坝体沉降对大坝安全和稳定产生可能破坏时，应充分考虑研究对象沉降的空间位置和时间进程，否则分析研究的结论会出现较大的差异。现以尼尔基水利枢纽主坝为例进行具体分析。

1 尼尔基水库主坝的空间结构

尼尔基水利枢纽主坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙土石坝，心墙位于坝轴线上游2 m处，坝体采用垂直防渗结构形式，底部为混凝土防渗墙、中部为碾压式沥青混凝土心墙（心墙顶高程为218.50 m）、顶部与钢筋混凝土防浪墙相接。见图1。

为了保证主坝与左副坝防渗结构的连续性，在两坝防渗体间设有混凝土连接墩。墩顶中心线桩号为1＋536.59，墩顶沿坝轴线方向宽2.0 m（墩顶左边线1＋535.59、墩顶右边线1＋537.59）。该墩与沥青混凝土心墙侧的连接坡比为1∶0.3，连接处设有铜片止水和错位及温度监测仪器。

2 沉降监测

沉降监测分别从实地水准测量、外部观测和内部监测3个方面进行了解。

图1 土坝垂直防渗体结构示意图

2．1 测量成果

坝顶实地水准测量成果，见图2。测量成果显示：

1）2-2 ，3-3剖面上游测点高程，普遍高于下游测点,最大高差为135 mm，减去设计坡降70 mm（i=1%），最大相对垂直位移差为65 mm，（最高点在墩顶部,最低点在墩顶下游最外侧2.8 m）。

2）坝轴线上游侧导线测点，墩顶A点与右侧20 m处点相对垂直位移最大为109 mm。

图2 坝顶实地水准测量成果

3）坝轴线下游侧导线于墩顶下游2 m，墩顶对其束缚减少，因此相对垂直位移最大为49 m。

4）相邻防浪墙顶部相对垂直位移为32 m（左高右低），沿坝轴线方向相对水平位移为57 mm。需要说明的是防浪墙每段长14 m，高3.7 m，混凝土路面以下2.5 m，以上1.2 m。该段防浪墙左端正好搭在连接墩顶部与墩顶中心线一齐（防浪墙与墩顶搭接1 m）。

2.2 外部水准监测

1）LS2-1，LS2-2水准工作基点垂直位移过程线见图3。图3中显示LS2-1点最大沉降值14.5 mm，LS2-2点最大沉降值3.9 mm。

图3 LS2-1，LS2-2水准工作基点垂直位移过程线

2）LD14～LD18水准标点垂直位移过程线见图5。图中显示LD14～LD17在导流明渠段，垂直位移过程线的线型基本相同，垂直沉降值较大；LD18处于非导流明渠段，故垂直沉降较小。

图4 LD14～LD18水准标点垂直位移过程线

2.3 内部垂直位移监测

沥青心墙与混凝土连接墩间垂直位移监测情况见图5。

图5 沥青心墙与混凝土连接墩间垂直位移监测情况

3 沉降及位移变化分析

1）主坝左端防浪墙的左端恰好座落在连接墩上，连接墩是钢筋混凝土结构，且座落在岩基上，垂直位移极小；防浪墙14 m长，右端随坝体沉降下移；按照图5中经验沉降过程线趋势判断，该段防浪墙下部与沥青混凝土心墙会发生脱离，呈三角形，左端脱离最大处约96 mm（1 527－1 431＝96 mm）。

同理，因防浪墙长14 m，高3.7 m，混凝土路面以下2.5 m、以上1.2 m。右高左低的不均匀沉降，产生了图2中1－1立面图表象。

2）由于坝顶混凝土路面是2006年6月17日施工，此时的心墙高程200.00 m和210.00 m处，已经分别沉降约70 mm和86 mm，此后这两个部位的沉降分别约12 mm和16 mm（根据沉降经验过程线），而处于坝顶高程221 m的沉降实测值分别为109 mm和49 mm，均大于心墙高程200.00 m和210.00 m处的沉降值，故不会产生沥青混凝土心墙受拉断裂现象。