国外某大型水库土坝表面变形分析

2022-11-29姜丽君

陕西水利 2022年11期

姜丽君

（浦江县水务局浦阳江流域中心,浙江浦江 322200）

1 研究背景

国外某大（Ⅱ）型水库是一座以灌溉为主,结合防洪、发电和改善水环境等综合利用的水利工程。本工程主要建筑物包括拦河坝、发电引水系统和电站等。拦河坝为混合坝,总长3325.7 m,由左岸均质土坝、混凝土面板堆石坝、混凝土重力坝、以及右岸均质土坝组成。

本工程于2016 年12 月底下闸封孔蓄水,经过4 年运行,现场管理人员发现土坝沉降较大,坝顶表面出现一些裂缝。本文根据大坝土坝段沉降观测数据,对土坝段沉降变形进行分析,以评估大坝的运行安全性。

2 土坝表面变形监测布置

设计规范[1]所定义的土坝总沉降量为坝体和坝基的沉降量之和。理论计算将坝体及坝基分为若干层,分层计算坝体及坝基的沉降量,然后采用分层总和法,得出坝体及坝基的总沉降量。由于理论计算方法的边界条件存在诸多假定及简化,受计算条件、参数限制,与土坝实际监测沉降变形存在较大差异,因此需要在土坝表面设置观测设施进行监测。根据规范[2]要求,坝体表面变形监测内容包括坝面的垂直位移和水平位移,表面垂直位移及水平位移监测宜共用一个测墩。表面变形监测点宜断面形式布置,断面分为垂直坝轴线方向的监测横断面和平行坝轴线方向的监测纵断面。

表面变形观测点考证表见表1。

表1 表面变形观测点考证表

续表1

3 土坝沉降变形分析

3.1 观测点布置及观测方法

本工程土石坝变形观测包括表面沉降观测和表面水平位移观测,观测横断面为桩号D1+595.00 m、D1+950.00 m、D2+180.00 m、D2+670.00 m、D2+870.00 m。左岸土坝测点编号为LD1～LD9,右岸土坝测点编号为LD22～LD26。采用水准测量进行变形观测。

3.2 垂直位移分析

根据竣工后沉降变形观测结果,沉降变形观测点统计结果见表2,各测点沉降变化过程线见图1～图6,各测点年内平均沉降速率过程线见图7～图10。

图10 右岸土石坝各测点平均沉降速率过程线2

表2 大坝沉降特征值统计表单位：mm

图1 左岸土坝段DL0-007.600各测点沉降变化过程线

图2 左岸土坝段DL0+003.600各测点沉降变化过程线

图3 左岸土坝段DL0+020.575各测点沉降变化过程线

图4 右岸土坝段DL0-007.600各测点沉降变化过程线

图5 右岸土坝段DL0+003.600各测点沉降变化过程线

图6 右岸土坝段DL0+040.575各测点沉降变化过程线

图7 左岸土石坝各测点平均沉降速率过程线1

综上所述,大坝累计沉降量在允许沉降范围内,各测点的累计沉降量虽在增加,但变化幅度减小,且沉降速率逐步放缓。大坝沉降有趋于稳定的趋势。

3.3 水平位移分析

根据竣工后水平位移观测结果,大坝各测点水平位移特征值统计表见表3,各测点水平位移变化过程线见图11～图16。

图8 左岸土石坝各测点平均沉降速率过程线2

图9 右岸土石坝各测点平均沉降速率过程线1

图11 左岸土坝段DL0-007.600 m各测点水平位移变化过程线

表3 大坝水平位移特征值统计单位：mm

由以上图表可知：

1）从过程线来看,2017 年蓄水初期到2018 年,各测点沉降速率较大,尤其是蓄水初期沉降速率较快,符合大坝蓄水初期沉降变形较快的特点。2019 年至今,坝体沉降仍在增加,但沉降增长速率逐渐放缓。

2）从累计沉降量看,至2021 年3 月,最大沉降发生在左岸土坝段D2+180.00 m断面的LD7 测点,其值为348 mm,占坝高的0.93%；该断面位坝高相对较高,累计沉降量相对较大。右岸土坝段最大累计沉降量为261 mm,出现在D2+670.00 m断面的LD22 测点,占坝高的0.88%。根据规范[1]要求,竣工后的坝顶沉降量不宜大于坝高的1%,因此,本工程竣工后坝顶沉降量均在允许范围以内。

3）从各测点平均沉降速率来看,左、右岸土坝段各测点2017 年～2018 年沉降速率较大,2019 年至今沉降速率较往年减少,沉降有收敛的趋势。

4）从大坝测线沉降分布规律来看,坝顶测点沉降量最大,下游坝坡测点沉降量次之,下游马道测点沉降量最小。坝体沉降量与坝高呈明显正相关关系,变形特点符合大坝沉降变化的一般规律。

5）结合现场检查情况来看,左岸土坝段坝顶沥青混凝土路面局部出现裂缝,裂缝为表面裂缝,裂缝延伸深度未贯穿水稳层（路面由表面为5 cm沥青混凝土,下部厚度20 cm水稳层组成）。裂缝产生原因为土坝存在一定的沉降,需要多年后趋于稳定,而坝顶水稳层为刚性结构,受局部不均匀沉降引起坝顶表面裂缝。目前,坝顶表面裂缝对大坝安全运行无影响。

图12 左岸土坝段DL0+003.600 m各测点水平位移变化过程线

图13 左岸土坝段DL0+020.575 m各测点水平位移变化过程线布

图14 右岸土坝段DL0-007.600 m各测点水平位移变化过程线

图15 右岸土坝段DL0+003.600 m各测点水平位移变化过程线

图16 右岸土坝段DL0+040.575 m各测点水平位移变化过程线

由以上图表可知：

1）左岸土坝段

从过程线来看,2017 年蓄水初期到2018 年,各测点水平位移增长速率较大,尤其是DL0-008.00 m断面；2019 年至今,水平位移增长速率逐渐放缓。各测点水平位移向上游最大值为124 mm,出现在LD7 测点,发生在2021年3月1日；向下游最大值为54 mm,出现在LD9 测点,发生在2021年3月1日。

2）右岸土石坝段

从过程线来看,2017 年蓄水初期到2018 年各测点水平位移变化过程线在一定范围内波动,2019 年至今,LD25 和LD26测点水平位移有增长的趋势。各测点水平位移向上游最大值为23 mm,出现在LD23 测点,发生在2018年8月27日；向下游最大值为61 mm,出现在LD24 测点,发生在2019 年5 月7日。

综上所述,坝体水平位移虽仍在增加,但增长速率逐步放缓。大坝水平位移处于正常状态。