石兜水库大坝变形观测资料分析

肖云雪

（厦门水务集团有限公司，福建 厦门 361001）

为缓解厦门市中远期水资源供需矛盾和提供城市供水的安全保障，厦门市决定从长泰枋洋水利工程调水到石兜水库，向厦门年均供水约1.8亿m3，为此，石兜水库作为调蓄库需加大调蓄库容，以提高供水保证率。石兜水库是枋洋水利枢纽工程重要组成部分，且担负着防洪重任，石兜水库大坝的安全关系到下游十几万人民群众生命和财产的安全。因此对石兜水库大坝坝体沉陷及水平位移变化进行分析具有重要的现实意义。

1 工程概况

图1 石兜水库观测设施平面布置图

坂头水库为坂头和石兜两水库的对外统称，位于厦门市集美区，距厦门市西北约30公里处，所在河流为苧溪，流域集雨面积67.3平方公里，是厦门市城市工业和生活用水的主要水源地之一。石兜水库是一座集防洪、供水、灌溉与养殖为一体的多功能水库。该水库建于1958年，1964年对它进行全面加固加高，坝顶高程也由49.26m变为51.46m，加高了2.2m。1978年再次对石兜水库大坝进行保坝加固，将坝顶高程提高到53.86m加高了2.4m，扩建后正常蓄水位49.26m，相应库容6143.0万m3。该水库大坝控制流域面积59.30km2，年均降雨量1568mm，年均径流总量5519万m3，多年平均供水量为21997万m3。

2 大坝变形观测分析

石兜水库在大坝上安装了5排观测标点，共20个观测点，其中迎水坡靠近坝顶位置设1排4个观测点，编号为C17～ C20；背水坡设4排16个观测点，从上到下编号分别为C1～ C5、C6～ C10、C11～ C13、C14～ C16。在两岸相应位置各设置工作基点和后视基点。观测设施的具体位置见图1。

2.1 沉陷位移观测分析

根据1995年至2010年元月的实测沉陷观测资料（见表1），从以下三个方面对大坝沉陷量变化进行分析。

（1）沉陷量与时间的关系

根据沉陷量统计表1可得出，坝顶累计沉陷量随时间的增加而增大，如背水坡坝顶C3累计变形量最大，达到65mm。从沉陷点分布看，大坝的主要沉降量位于大坝中部，属最大坝高位置，坝顶测点C3沉降量为65mm，沉降量占坝高的1.59‰，沉降量满足设计要求，两岸坝肩由于坝体高度小，沉降量小，也符合大坝的沉降规律。

（2）库水位的涨落与坝体沉陷的关系

沉陷量与库水位有很大的关系，例如1999-10-20库水位41.52m，2000-05-23库水位降到只有34.66m，历时216天，C16的沉陷量由-5mm增加到-19mm沉陷了14mm。当库水位大幅度下降后，渗入坝体的水逐渐排出，土粒间存在着孔隙，在坝体自重作用下，坝体逐渐沉降固结，位移量增大，垂直变形向下，坝体向上游方向位移。当库水位上升，坝体迎水坡下部处于水面以下，在水压力的作用下，水渗入坝体，充满土粒间的空隙，此时土体的浮容重比其湿容重小得多，在浮力的作用下，土体体积膨胀，位移量减小,垂直变形向上，坝体向下游方向位移。

（3）累计沉陷量与填土高度的关系

坝体的沉陷量是坝体在填筑时由于土体未完全密实，土粒间存有孔隙，竣工后逐渐固结所表现出的沉陷大小，因而与填土高度有着密切的关系，填土越高，累计沉陷量越大。通过观测发现坝顶的沉陷量大于边坡的沉陷量，最大沉陷量的区域位于坝顶测点C3（65mm），明显大于两边坡的沉陷量（C1为43mm、C5为48mm、C20为46mm、C17为49mm）。沿坡的沉陷量越向下越小，越靠近两岸沉陷量小(C10为8mm、C13为5mm、C16为3mm)。可见坝体沉陷量与填土高度成正比，坝顶、坝中累计沉陷量最大。

表1 石兜水库大坝垂直位移观测统计表

表2 石兜水库大坝水平位移观测统计表

2.2 水平位移观测分析

根据现有资料（见表2）进行整理分析，对其变化趋势、特点及主要影响因素进行分析。

（1）库水位与水平位移量的关系

大坝的沉陷使其各部位发生位移，而水库水位对水平位移量的影响最大，从表2中可看出，坝体位移变化量随着库水位变化量而变化。如1998-03-05，库水位40.29m，1999-06-15库水位降到31.62m，C19位移量从0mm增加到-0.5mm，C10位移量从-0.1mm增加到0.4mm。在库水位上涨过程中，坝体土壤孔隙部分充水，坝体向下游位移。而当库水位下降后，土体有一个释放水体的过程，受重力作用，土壤颗粒重新固结，坝体向上游位移。

表3 水平位移量与沉陷量的关系

大坝的沉陷使其各部位发生位移，蓄水后，在水压力的作用下，坝体各部位水平也发生位移，从表2中可见，坝体各部位有时向上位移，有时向下位移，但位移的量很小,最大的累计位移量C19也只有1.1mm。

（2）对应点沉陷量与位移量的比例关系

大坝最大沉陷量位于坝顶测点C3(65mm)，当坝顶发生沉陷位移，背水坡则发生水平位移，沉陷量和水平位移量的比值越大，则发生纵向裂缝的可能性也越大，用水平位移量与沉陷量之比来表示水平位移的特征值，如表3所示（S=|位移量/沉降量|）。从表3中可以看出，背水坡的位移量与坝顶的沉陷量之比有逐年减少的趋势，这表明大坝的变形已趋于稳定。

3 建议

（1）根据现有观测数据，主要从库水位涨落与坝体沉陷量、水平位移量的关系及对应点的沉陷量与位移量的比例关系等方面进行分析，与影响大坝变形有关的时间、水位等方面进行分析。分析结果表明石兜水库大坝的垂直沉陷、水平位移变化量较小，大坝垂直位移和水平位移总的变化符合建设初期大，后期逐渐稳定的规律，大坝处于稳定状态，大坝未发生危及安全的裂缝，适合继续运行使用。

（2）由于长泰枋洋引水工程的建设，对水库的安全要求高，所以在对石兜水库大坝进行加高扩容的同时应充分考虑现状大坝坝体的沉降位移变化，制定针对性强的坝体加高扩容方案，保证大坝的安全。

（3）由于石兜水库大坝C2横断面下方有一条放水涵洞，受放水涵洞日放水量大小及水流对下游冲刷的影响，C2横断面和C3横断面是向上游方向位移，而C4横断面却是向下游方向位移，这种位移关系将易引起坝体产生横缝危及大坝安全。这种穿坝式输水涵管容易造成涵管与大坝填土之间的基础渗漏隐患，危及大坝的安全，同时该涵管输水规模不大，为了保证加高后大坝安全及供水安全，需重建输水系统并将原放水涵洞封堵，新建引水洞线布置在右岸。

（4）石兜水库大坝变形观测点目前都是人工测量，不能进行及时的分析计算，不利于大坝的安全运行。因此，建议建立大坝安全自动监测系统，这样才能快速、准确采集数据，并及时对分析处理的结果进行有效反馈。

[1]许映林. 新疆塔西河石门子水库大坝变形监测初步分析研究[J]. 四川测绘, 2007, 30(2): 75-76.

[2]姜建芳. 某土石坝运行期变形观测资料分析[J]. 浙江水利科技, 2007(6): 32-35.

[3]石兜水库大坝安全鉴定评价报告[R]. 厦门: 三明市明兴水利水电勘察设计有限公司, 2008.