张峰水库大坝心墙与下游反滤过渡层内部位移分析

贾慧鹏

（山西张峰水库建设管理局 山西晋城 048215）

1 工程概况及大坝位移式沉降仪的布设

张峰水库大坝坝型为黏土斜心墙堆石坝，坝顶高程763.8 m，坝顶长627 m，坝顶宽10.0 m，最大坝高72.2 m，上游坝坡1∶1.75，下游坝坡1∶1.5；黏土防渗体顶部高程762.80 m，顶宽4.0 m，高程752.5 m以上采用直心墙型式，以下为斜心墙，心墙上游边坡1∶0.75，下游边坡1∶0.25；上游堆石料与心墙之间设置一层反滤层和一层过渡层，心墙下游与堆石料之间设置两层反滤层和一层过渡层。

大坝位移计式沉降仪在0+250剖面分布见图1。

以图1为例，0+250，0+440断面仪器编号及埋设高程具体见表1、表2。

图1 位移计式沉降仪分布图（0+250）

2 大坝沉降测值的意义及甄别

2.1 测值的意义

心墙和下游反滤过渡层采用位移计式沉降仪ES，位移计与沉降测板固定，而测板埋入土中随土层沉降而沉降，位移计测头固定在传递杆上，为传递杆通过受到保护管的保护而不随土体沉降而沉降，且固定在基岩之中，可以认为固定不动，因此位移计测值表示埋设土层相对于基岩的绝对沉降值，也就是土层的绝对沉降值。需要说明的是，在725 m高程处，鉴于传递杆较长，在此处截断。因此，725 m高程以下的沉降仪观测的值是土层的绝对沉降值，但是其上的沉降仪观测值需要累加725 m高程处沉降仪（2-4-1，2-4-2）的沉降值才能得到绝对沉降。另外，沉降仪测定的沉降只是沉降仪埋设以后的沉降值，而埋设以前下层土体已经发生的沉降将不能测出，但是由于填筑过程中会不断测量高程，使得填筑高程达到设计高程，下部土层发生的沉降会被施工自动补齐，即所谓“施工补填效应”。因此，沉降仪观测的沉降量实际上是其埋设高程处实际产生的沉降值。

2.2 测值的甄别与修正

分析之前，对明显不合理的数据进行了删除，资料分析以删除以后的数据为基础进行。典型数据修正如图2所示。图中示例了埋设在0+440断面695 m高程上的位移计式沉降仪ES-4-7-2的沉降时程曲线，未修正以前，实际沉降量的测值在大坝2007年10月25日大坝竣工开始蓄水时有一个突变，这是由于大坝底部浸水引起的，与库水位的变化相符，属于正常现象。但是在2008年4月到2009年9月之间，在库水位没有较大变化的情况下，沉降量测值波浪状变化幅度较大，这显然是不合理的，因此将之删除，之后的测值保持。

其他测值均按照此方法进行了校正。

以下分析均以校正后的数据为准。

图2 典型测点变形资料修正方法示意图（以ES-4-7-2测点为例）

3 心墙沉降形态分析

0+250 断面坝0-011.65段设置的位移计式沉降仪，从高到低编号分别为ES-2-2-1，ES2-3-1，ES2-4-1，ES2-5-1，ES2-6-1，ES2-7-1，其埋设高程分别为745 m、735 m、725 m、715 m、705 m、695 m；0+440断面坝0-011.65段上设置的位移计式沉降仪，从高到低编号分别为ES-4-1-2，ES-4-2-2，ES4-3-2，ES4-4-2，ES4-5-2，ES4-6-2， 埋设高程为755 m、745 m、735 m、725 m、715 m、705 m。以上沉降仪均埋设在心墙之内，可以反映不同高程心墙的沉降特性。

从各个测点测值看，沉降值在2007年8月到2008年8月这一段时间内的测值变化较大，在200 mm到-20 mm之间突变，心墙的沉降不至于先沉200 mm之后在上部继续填土、水位变化较小的情况又回弹220 mm，因此认为该时间段的测值不可靠。另外由于沉降仪量程为300 mm，大于该值的沉降也认为是不合理的；监测资料从2009年9月以后实现的自动化监测，其观测精度与人为错误较少，而之前的观测精度稍差。删除以上测值后作为心墙沉降形态分析依据。

3.1 心墙沉降变形沿高程分布情况

选取坝体填筑高程在732.00m时的2007.1.31，坝体填筑完成后库水位上升到722.50m时的2008.1.11，以 及 库 水 位 在731.85m、741.75m、753.97m的2009.9.28、2011.4.21、2011.10.25总计5个时间节点，考察心墙沉降沿高程的分布情况，以及沉降的最大幅值。统计得到不同时间心墙沉降值统计表见表1所示，相应沉降沿高程的分布情况见图3（a）（b）。

从图和表中看出：心墙各高程沉降均为正值，说明土层均发生受压压缩沉降变形，且沉降由顶到底呈鼓状分布，最大值发生在坝体约1/2偏下部位，心墙底部与上部沉降量稍小，符合一般规律。0+250断面最大沉降值为299.5 mm，0+440断面最大值为245.3 mm，小于警戒沉降1%的要求。

表1 不同时间心墙累积沉降值统计表

图3 不同断面心墙累积沉降沿高程变化图

3.2 心墙分层沉降随时间发展情况

分析各个测点沉降量时程变化曲线可知：在施工期心墙沉降随填土高度的增加而逐渐增大，最大沉降发生在坝体封顶时刻，该部分沉降是坝体的主要沉降；而坝体蓄水期间，心墙沉降随库水位的上升而增大，但是增大的幅值较施工期大幅减小，说明心墙受浸湿影响而发生的沉降较施工期小。

4 下游反滤层和过渡层沉降形态

通过0+250和0+440断面埋设在反滤层和过渡层中位移计式沉降仪的监测结果分析下游反滤层和过渡层的沉降特性。其中ES-2-1-2、ES-2-2-2和ES-4-1-2、ES-4-2-2反映反滤层的沉降特性，其他测点反映过渡层的沉降。

统计得到不同时间下游反滤层和过渡层累积沉降值统计表见表2所示，相应沉降沿高程的分布情况见图4（a）（b）。

从表和图中看出：反滤层和过渡层也均受压压缩沉降，反滤层沉降量以0+440断面为最大，其值为179.1 mm，过渡层分层沉降量也以0+440断面为最大，其值为274.1 mm。另外，从沉降沿高程分布看，呈波浪状，在735 m和715 m高程上有两个峰值，其中以735 m高程中的沉降最大，分析认为这是由于该处处于过渡层和坝壳结合部位，沉降变形受层间变化的影响造成的，符合一般规律。

从沉降时程变化看，沉降变化先随着上部填筑的增高而逐渐增大，大坝封顶后，又随库水位的增加而增大，增大的幅值较心墙要大。说明下游反滤层与过渡层受库水浸湿影响较心墙要大。

表2 不同时间下游反滤层与过渡层累积沉降值统计表

图4 反滤层与过渡层累积沉降沿高程变化图

5 总结

（1）心墙各高程上均发生压缩沉降变形，心墙分层沉降由顶到底呈鼓状分布，最大值发生在坝体约1/2偏下部位。心墙沉降变形大部分发生在施工期，蓄水期变形不大。截止2011年底，0+250断面最大分层沉降值为299.5 mm，0+440断面最大分层沉降值为245.3 mm，最大沉降率在2.45%～3.0%之间。相应总沉降（对应于60 m厚的心墙土层）分别为1 386 mm（0+250）、1332.6 mm（0+440）。若考虑施工补填效应（2011.10.25-2008.1.11）， 总沉降为：0+250断面为187.1 mm，0+440断面为157.1 mm，其值是土层厚度的0.26%～0.30%，小于警戒沉降1%的要求。

（2）反滤层和过渡层也均受压压缩沉降，反滤层分层沉降量以0+440断面为最大，值为179.1 mm，过渡层分层沉降量也以0+440断面为最大，其值为274.1 mm，沉降率分别为1.79%～2.74%。

（3）从总计70 m厚反滤层和过渡层总沉降看0+250断面上截止2011年10月25日累计沉降为1 008.2 mm，心墙60 m厚土层的总沉降为1 386 mm。过渡层和反滤层沉降较心墙沉降小得多，说明符合反滤层和过渡层刚度大而心墙刚度小的特点。