某心墙堆石坝沉降分析

蒲 英，陈科文，周 郭，李明霞，李 强

(1.四川省南充市城乡供排水管理服务处，四川 南充 637000；2. 四川省南充市水务局，四川 南充 637000；3. 四川省南充升钟水利工程建设管理局，四川 西充 637200)



某心墙堆石坝沉降分析

蒲 英1，2，陈科文1，2，周 郭3，李明霞1，2，李 强1，2

(1.四川省南充市城乡供排水管理服务处，四川 南充 637000；2. 四川省南充市水务局，四川 南充 637000；3. 四川省南充升钟水利工程建设管理局，四川 西充 637200)

结合某心墙堆石坝的实际，对施工期沉降管以及水管式沉降监测数据进行整理，对其沉降变化规律以及坝体不均匀沉降进行综合分析。结果表明：竣工时坝体最大沉降量不是发生在坝体顶部，而是发生在坝体中部高程处。各测点沉降量在时间上与填筑进度具有良好的关联性，压缩模量的差异大小是不均匀沉降梯度大小的关键影响因素，坝体填筑时应对材料模量相差较大的部位采取相应的防止不均匀沉降的措施。

心墙堆石坝；沉降；压缩模量；沉降梯度

土石坝是堆石坝与土坝的总称，由于坝身材料主要来自本地区，因而也称为当地材料坝[1]。土石坝按其坝型可以分为均质坝、土质防渗体分区坝以及非土料防渗体坝。土石坝在世界范围内发展较快主要是由于它具有如下优点[2-3]：可以就地、就近取材，以节省大量的水泥、木材和钢材，并且可以减少运输量；他对地形、地质和气候条件的适应性较好，对于不良坝址、气候恶劣、工程地质条件复杂以及高地震烈度地区，混凝土坝都不能采用的时候，仍可以采用土石坝这一坝型。在我国，随着大型高效施工机械的广泛采用，使得施工人数大大减少，施工工期不断缩短，施工费用显著降低，施工条件日益改善，同时提高了土石坝的施工质量，促进了高土石坝建设的发展，高土石坝中砾石土心墙坝常常被采用[4-5]。土石坝的沉降与不均匀沉降产生的裂缝对坝体的安全运行有重要影响，对高土坝的影响更为严重，因此，沉降监测是土石坝的主要监测项目，也是评价土石坝体安全的重要指标。本文基于施工期某心墙坝沉降[6-7]监测结果，对沉降变化规律以及不均匀沉降进行分析，深入探讨坝体不均匀沉降的影响因素，以期为后续同类工程提供借鉴。

1 工程概况

该心墙堆石坝坝轴线走向为N29°E，坝顶高程856.00 m，最大坝高186 m，坝顶长540.50 m，上游坝坡1∶2和1∶2.25，下游坝坡1∶1.8，坝顶宽度14 m。心墙顶高程854.00 m，顶宽4 m，心墙上、下游坡度均为1∶0.25，底高程670.00 m，为了监测坝体分层变形，沿着坝轴线一共4个监测断面，其布设如图1所示。每个断面分别在心墙布设1根沉降管，下游堆石区布设两根沉降管。同时，反滤层以及下游堆石区布设水管式沉降仪以便配合沉降管监测坝体各分区的沉降量对比情况。

2 坝体沉降监测分析

大坝沿主要监测断面布置沉降管，笔者对施工期心墙坝沉降监测数据进行整理，得出沉降量时间关系由图2所示。不难看出：坝体内各测点沉降量在时间上与填筑进度具有良好的关联性，单环沉降量在安装初期增长速率较大。主要是由于随着填筑的进行，测点上部所受荷载不断加大，因此，沉降量也随着加大。施工期，坝体各已填筑土层随着坝体的升高，所受压力不断增加。坝体顶部土层虽然其下压的土层厚，但所受荷重小。坝体中部其荷重和可压缩土层厚适中，这种组合使坝体中部的沉降达到最大。施工期各土层的固结是在受力条件不断变化的情况下，随坝体升高而逐渐固结的。施工期各土层的沉降不会受在此前发生的各土层沉降的影响，因而各土层的沉降不会在坝顶沉降中发生累积效应，这也是竣工时坝体沉降量最大沉降量不发生在坝体顶部，而是发生在坝体中部高程处。

图1 坝体沉降监测布置

图2 坝体沉降管沉降量～时间过程线

3 坝体不均匀沉降分析

为了防止坝体不均匀沉降产生裂缝而影响坝体防渗体的稳定性，对坝体不均匀沉降分析具有重要意义。规范[8]指出：根据沉降结果，应推算出坝体各部位的不均匀沉降量和不均匀沉降梯度，初步判断发生裂缝的可能性。

不难看出，心墙与坝壳材料压缩模量差值(表1所示)较大，两层反滤材料也存在较大的模量差，且两层反滤测点间距离较小。基于上述原因的综合影响，使得心墙与反滤层、两层反滤之间的不均匀沉降梯度较大，分别为1.10%、1.22%和1.05%。坝体其余测点不均匀沉降梯度基本上在1%以内。

表1 坝体各材料分区试验参数与测点布置

图3 坝体沉降观测倾度统计

4 结论

通过对该坝沉降分析，得出结论如下：

1) 心墙分层沉降显示：竣工时坝体沉降量最大沉降量发生在坝体中部高程处。各测点沉降量在时间上与填筑进度具有良好的关联性，沉降量在初期增长速率较大。

2) 心墙与反滤层、反滤层与过渡区、过渡区与堆石区以及堆石区内测点沉降倾度基本上在1%以内；其中，心墙与反滤层、反滤层内部不均匀沉降梯度较大，这主要是由于相邻坝区材料间变形模量差较大所致，由此可见压缩模量的差异大小是不均匀沉降梯度大小的关键影响因素，在坝体碾压施工工程中，对坝体材料模量相差较大的部位应采取相应的防止不均匀沉降的措施。

本文主要基于施工期心墙坝监测结果对其沉降变形特征进行初步综合分析，基于坝体填筑实际建立三维有限元模型，并将其计算结果与监测进行对比，进一步探讨坝体变形规律有待更深入研究。

[1] 祁庆和.水工建筑物(第三版)[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

[2] 郭诚谦.土石坝[M].北京：水利电力出版社，1992.

[3] 顾淦臣.土坝设计(下册)[M].北京：水利电力出版社，1978.

[4] 岑威钧， 沈长松， 童建文. 深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝筑坝特性研究 [J]. 岩土力学， 2009， 30(1):175-180．

[5] 赵剑明， 温彦锋， 刘小生， 等. 深厚覆盖层上高土石坝极限抗震能力分析[J]. 岩土力学， 2010， 31(S1): 41-47．

[6] 二滩水电开发有限责任公司编.岩土工程监测手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，1998.

[7] 吴世勇，陈建康，邓建辉. 水电工程安全监测与管理.北京：中国水利水电出版社，2009.

[8] 碾压式土石坝设计规范：SL274—2001[S].

[9] 水利电力部，交通部，南京水利科学研究所，等.土坝裂缝及其观测分析[M].北京：水利电力出版社，1979:28-87.

(本文责任编辑 王瑞兰)

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，高级工程师，从事城乡供排水管理服务工作。

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