汉江王甫洲土石坝竖向位移变形分析

□龙辉海 程 欣

一、工程概况

王甫洲水利枢纽位于湖北省老河口市近郊的汉江干流上。上距丹江口水利枢纽30km，是汉江中下游衔接丹江口水利枢纽的第一个发电航运梯级。于1995年2月开工，2000年1月13日正式下闸蓄水。主要建筑物包括谷城土石坝、主河床土石坝、泄水闸、老河道左右岸围堤、船闸、重力坝和电站厂房。

主河床土石坝位于主河道上，全长1251.51m。为混凝土防渗墙与土工膜防渗心墙结合防渗的砂砾石坝。主河床两个监测断面坝顶的坝轴线上布置2个精密水准点，并在断面基础布置测斜兼沉降管2根。

老河道两岸围堤位于汉江老河道两岸的高漫滩上，左右岸长分别为6184.63m、6442.80m，围堤由砂砾石填

二、竖向位移监测资料分析

(一)坝顶竖向位移监测资料分析

在土石坝坝顶坝轴线上共布设15个竖向位移观测标点，编号分别为：左1～左6、右1～右7、主河床1～主河床2，于1999年11月开始观测，表1列出土石坝各断面从工程竣工后1999年11月至2010年12月间的沉陷量统计成果，从中可看出如下规律：

1.各测点沉陷量在坝蓄水期、运行初期发展较快，近期沉陷量则发展缓慢，现巳基本稳定。

粘土心墙坝顶左1、右1两测点两联接段粘土心墙沉陷量大，蓄水后第一年左1的沉陷量为185.26mm，沉陷率为0.814%，右1沉陷量为262.5mm，沉陷率为1.235%，都大于0.5%，属过大沉陷，致使有可能在坝壳与心墙筑而成，防渗采用土工膜防渗斜墙加土工膜水平铺盖，堤脚设有排水沟。在老河道左右岸围堤13个监测断面坝顶的坝轴线上共布置13个精密水准点，13个监测断面基础共布置测斜兼沉降管13根，用以监测土石坝表面变形和内部变形。的结合处出现不均匀沉陷的纵向裂缝。2000年蓄水期巡视检测在坝顶左1处也发现了心墙与坝壳的结合部出现了0.5cm纵向裂缝和错位现象。同年底对左1进行加固处理。经近几年的巡查，坝顶未发现裂缝和错位现象。初期(1999～2004年)年沉陷量分别为：229.12mm、301.360mm，相应的沉陷率分别为：1.007%、1.418%；运行期2005～2010年沉陷量分别为：14.16mm、11.09mm，相应的沉陷率分别为：0.062%、0.052%；2010年年沉陷量分别为：1.92mm、0.78mm，相应沉陷率分别为：0.008%、0.004%。11年来坝壳沉陷稳定，心墙仍继续固结沉陷，故砂砾料对粘土心墙的沉陷起到钳制顶托作用，即称为“拱效应”现象，有导致心墙发生水平裂缝的不利趋势。但从近几年左1、右1观测资料来看，沉陷量较小，“拱效应”破坏可能性不大。从表中还可以看出年沉陷率都小于0.02%，按照土坝稳定期沉陷量定义，年递增的沉陷量不大于坝高的0.02%，则判断土坝为稳定的。

土石坝历年沉陷量统计表(1999～2010年)

左右岸匀质坝坝顶各测点初期1999～2004年沉陷量在12.87～39.73mm之间变化，运行期2005～2010年在0.85～7.08mm之间变化，相应速率分别为0.011mm/月和0.098mm/月，表明坝顶竖向位移已稳定。

主河床1、主河床2两测点初期1999～2004年沉陷量分别为11.31mm、10.10mm，相应的沉陷率分别为：0.098%、0.082%；运行期2005～2010年沉陷量分别在3.87mm、3.63mm，相应平均速率分别为0.054mm/月和0.050mm/月。说明两测点竖向位移已稳定。

2.运行期2004年以后匀质坝坝顶平均沉陷量为3.289mm，年平均沉陷量为0.548mm，平均速率为0.046mm/月，说明土坝已稳定。

(二)土石坝内部竖向位移

仅取左1(0+040)坝轴线上分层固结观测资料。由表2可看出：80.080 m，发生在相应坝高的59%，占相应坝高的0.516%。这说明心墙的压实度较高，该时段沉降沿坝高的分布近乎抛物线，而运行期完成的沉降则是近乎线性分布，从表2可看出沉陷最大值发生在H15处，高程为89.147 m，最大沉降值为202mm，向坝底逐渐减少，底部H3的沉降量自1999年10月20日至2010年11月18日累计只变化了45mm。观测结果基本正常，符合一般规律。

2.心墙沉降点的沉降量随时间而变化，从1999年10月20日～2010年11月18日总沉降值为202mm，其中从1999年10月20日～2000年12月25日沉降值为176mm，占87%；2000年12月25日～2004年12月14日沉降值为20mm，占总沉降量的9.5%；2004年12月14日～2010年11月18日沉降量仅为6mm，占3%。

3.心墙从1999年10月20日～2010年11月18日为止，总压缩量为187mm，平均压缩率为0.81%，最大压缩量发生在填土高度的59%部位，向坝顶及坝底逐渐减少，呈抛物线分布；压缩率随坝高的增加而减少，观测结果比较合理，坝体压缩巳稳定。

三、结论与建议

王甫洲土石坝竖直变型主要集中在1999年至2004年，以后逐渐减小。时效分量是土石坝变形的主要部分，占沉陷的95%左右，库水位对土石坝影响很小，温度变化对土石坝变形没有直接影响。

目前坝体趋于稳定的运行状态中。鉴于目前坝体变形较小，要保证观测资料精确度和准确性，建议采用更精密的测量仪器和更科学的观测手段，以便进一步监测大坝

表2 ESZ1心墙内部测点观测值统计(沉降管法)mm

1.ESZ1施工坝高为20.75 m，蓄水初期(2000年1月15日测值)最大沉降值为107mm、发生在H9处，高程为工程，确保水库的安全运用。