泽雅水库大坝内部变形监测资料分析

麻青松，周王俊，黄克胜，熊国文

（1.泽雅水库管理站，浙江温州325023；2.南京水利科学研究院，江苏南京210029）

1 工程概况

泽雅水库位于瓯江水系戍浦江支流，在浙江省温州市瓯海区泽雅镇境内，距温州市区28 km。水库以城市供水为主，兼有防洪、养殖、旅游等综合效益，总库容5 713万m3。水库大坝为混凝土面板堆石坝，坝高 78.8 m，坝顶长 313.5 m，上下游坝坡均为 1∶1.3，下游设有二级马道。 坝顶高程 113.8 m，坝底宽213 m，总填筑方量约140万m3。本工程为Ⅲ等工程，大坝按2级建筑物设计。堆石坝坝料母岩为晶屑熔结凝灰岩，该凝灰岩的饱和抗压强度，弱风化为40～60 MPa，微风化至新鲜岩石为 80～100 MPa，前者属中硬岩，后者属硬岩。堆石料的级配也经专门试验确定，大坝筑坝材料性能良好。该工程于1996年开工，水库于1998年4月下闸蓄水，1999年初竣工。2004～2005年，发现水库面板出现一些裂缝，并及时进行了修补处理。为此，本文针对大坝坝体内部的变形观测成果进行了分析。

2 大坝变形监测测点布置

在大坝主断面（左0+3.00）的3个不同高程布置了3套水管式沉降仪和1套水平位移计，共10个测点和4个水平位移点，以观测坝体的内部沉降和水平位移。其中在55.5 m及94.0 m高程分别有4个和2个沉降测点，74 m高程各有4个沉降点和水平位移点。各测点的具体布置如图1所示。

图1 内部变形测点布置图Fig.1 Distribution of inner deformation monitoring points

3 变形观测资料分析

3.1 坝体内部沉降分析

大坝左 0+3.00 断面 55.5 m、74.0 m 及 94.0 m 3个高程各沉降测点及下游坝坡处观测房的沉降过程线如图2所示。由图2可知，大坝内部各测点在竣工后的沉降基本上仍都在缓慢增加，且目前仍未完全停止。除初蓄水时沉降随库水位的上升有所增大外，大坝的沉降量受每年度库水位周期性变化的影响较小，这是由于其堆石体的弹塑性特性且弹性部分很小。因此，竣工后大坝的沉降主要是由于筑坝材料的流变特性所引起，沉降量主要与时间相关，即沉降随时间的推移而逐渐增加。其中位于上部94.0 m高程各测点中沉降增量最大，中部74.0 m高程各测点中沉降增量次之，底部55.5 m高程各测点中沉降增量最小。其原因是底部测点的压缩层更薄且受荷载最大，施工期坝料压缩更充分，致使竣工后的沉降量最小。反之，上部测点的沉降量速率最大，其沉降增量的分布是合理的。施工期沉降最大的为S6测点，1999年5月最大沉降为44.1 cm，至2008年12月，该测点沉降增至54.1 cm，沉降增量为10 cm。最大沉降约为坝高的0.69%，小于技术警戒值1%，大坝的沉降总量仍然在正常范围内。但位于坝中部的该测点竣工后的沉降增量占沉降总量达18.5%，沉降增量较大。竣工后沉降增量最大的为S2测点，沉降量从27.2 cm增大为46.4 cm，沉降增量为19.2 cm，占沉降总量的41.4%。沉降增量及占总沉降量的比例均较大。另外位于垫层内的S1及S3测点在竣工后的沉降增量分别为10.8 cm及7.8 cm，沉降增量均较大。由于垫层内的沉降会使面板的变形及受力增大，从而可能导致面板裂缝，同时，由于本坝坝址处的地形较特殊，两岸岸坡特别是右岸岸坡较陡，可能使沿坝轴线方向坝体沉降特别是垫层处的沉降不均匀，从而使两岸的受拉区面板更易出现裂缝。大坝的内部沉降测点布置于坝中间的最大断面处，但从其竣工后的沉降增量较大仍可判断大坝两岸面板受拉区的下覆坝体沉降增量也应较大及变形不均性，这也可能是大坝面板于2004～2005年出现裂缝的主要原因。

图2 各测点沉降过程线Fig.2 Graphs of the dam settlement measured by monitoring points

从各内部测点的沉降过程线及以上的分析可知，大坝竣工后的沉降量较大，且目前仍未完全停止，大坝沉降仍未完全稳定。由于竣工后沉降主要由坝料的流变特性所引起，表明本工程的坝料的流变性较大，且流变的稳定时间长。

为全面了解大坝的沉降过程，分析并预测其沉降趋势，对实测内部沉降进行了统计分析。一般而言，大坝运行期的沉降主要受坝料的流变特性影响，沉降主要与时效有关，因此，取时效t为单一的回归因子。根据大坝的沉降特点，大坝沉降统计分析的回归模型主要有对数曲线、指数曲线、双曲线、生长曲线等，通过对以上各类曲线的拟合效果进行了全面分析与比较，以对数曲线拟合效果最好。通常对数曲线与大坝沉降变形的过程也最相符，拟合效果及稳定性最好，是沉降拟合的最常用曲线。因此，选定对数曲线作为沉降统计分析的回归模型。其拟合方程为：

式中：a、b、c 为回归系数，t为时效，以年计，上式t的起算时间为1998年5月，S0为对应的初始沉降值。

各沉降测点的拟合曲线参数见表1。

表1 内部沉降拟合方程参数表Table 1 :Parameters in the fitted equation of inner settlement

采用相关系数及回归残差对拟合质量效果进行评价，相关系数接近1，表明拟合效果较好。由式（1）可预测将来一段时间内各测点的沉降量，由于在进行时效因子对沉降影响的回归模型比选时，选用了拟合效果较好的对数曲线，但此类函数无极值，不能直接推算最终沉降量。一般此时取t=25年时的沉降预测值作为最终沉降量，这样可计算得各测点的最终沉降。以实测沉降量最大的S6测点为例，其预测的最终沉降量为 59.11±0.11(cm)，约占坝高的0.750%，小于技术警戒值1%，大坝的沉降总量仍然在正常范围内，但已明显大于竣工时测值，表明本工程的坝料的流变性较大。

3.2 坝体内部水平位移分析

大坝在最大断面74.0 m高程水平位移过程线如图3所示。由图3可知，在竣工后各测点的水平位移均在逐渐缓慢增大，且竣工后均向下游移动，到目前仍未有稳定。各测点的位移总量也均为向下游移动，即使施工期向上游位移的H1、H2测点的位移总量也偏向下游。与大坝内部沉降一样，除初蓄水时水平位移随库水位的上升有所增大外，大坝的水平位移受每年度库水位周期性变化的影响也很小。水平位移量主要与时间相关，即沉降随时间推移逐渐增加。

图3 各测点水平位移过程线Fig.3 Graphs of the dam horizontal displacement measured by monitoring points

水平位移测点H1～H4在同一高程中自大坝上游至下游分布，竣工后各测点的水平位移增量基本一致，这是因为其蓄水后水平应力增量基本相同。1998～2008年，H1～H4测点竣工后水平位移增量分别为 84.46 mm、73.82 mm、83.06 mm、88.58 mm， 水平位移增量较接近，但均较同类工程偏大。其中，位于垫层出的H1测点的水平位移增量为84.46 mm，和此处发生的沉降量一样，也会使面板的受力及变形增大。

从各测点的水平过程线及以上的分析可知，大坝竣工后的水平位移量较大，且目前仍未完全停止，大坝水平位移仍未完全稳定。由于竣工后沉降主要由坝料的流变特性引起，表明本工程坝料的流变性较大，且流变的稳定时间长。同时，大多数测点竣工后的水平位移增量占位移总量的比例远大于相同位置的竣工后沉降增量占沉降总量的比例，这是因为大坝蓄水后测点处水平应力增量的比例远大于垂直应力增量的比例。

4 结语

泽雅水库内部变形监测资料分析表明，坝料的流变性较大，且流变的稳定时间较长。大坝变形的总量及增量均较大，并未完全稳定。在两岸岸坡特别是右岸岸坡较陡的边界条件下，又因坝料的流变性较大，两岸的受拉区面板更易出现裂缝。

[1]熊国文,王东生,周干武.大坳面板堆石坝内部变形观测资料分析[J].长江科学院院报，2001,(12):44～46.

[2]黄日高,熊国文,周干武.龙门脚水库面板堆石坝原型观测与分析[J].浙江水利科技，2003,(4):39～42.