珊溪水库大坝变形稳定性分析

卢陈涛（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325000）

珊溪水库大坝变形稳定性分析

卢陈涛
（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325000）

通过对珊溪水库工程大坝的表面垂直位移和水平位移、坝基沉降和坝体内部变形等观测数据进行分析 ，从而得出大坝变形情况正常的结论。图4幅，表1个。

大坝；位移；沉降；变形；分析

1　概 述

珊溪水库位于浙江省温州市境内的飞云江干流中游河段，水库大坝安全监测自动化系统从开建到系统竣工验收期间，多次发生线路故障和采集模块损坏现象，后进行修复。之后每年国家电力监管委员会大坝安全监察中心均对自动化系统监测数据进行人工比对，并对异常数据进行校正；现自动化系统总体运行正常，监测系统数据处理可靠。

2　表面垂直位移

表面垂直位移采用水准仪以三等水准的测量方法进行观测，垂直位移除在坝顶下游侧及下游坝坡表面水平位移测点旁设置垂直位移观测点外 （编号为LDb1～LDb26），还在坝顶下游侧水平位移测点之间设1个垂直位移观测点，在坝顶上游侧设置3个垂直位移观测标点 （编号为钢1～钢3），共29点。测值分析主要对各测点沉降量的量值、空间分布规律和沉降～时间、填筑的关系进行评价 （见图1）。

图1　2015年5月大坝沉降分布

表面垂直位移分析主要结论如下：

（1）运行期坝体沉降主要随高程增大而增加，同一高程河床部位测点沉降大于岸坡坝段 ，符合堆石坝沉降分布规律。坝顶测点在竣工后开始观测，总沉降量为运行阶段沉降量，小于118.70 m高程测点的总沉降量；118.70 m高程以下测点实测总沉降量随高程增大而增大。施工期和运行期各测点最大阶段沉降量和沉降速率如下所示 （见表1）。5mm/a。经过多年运行，各测点沉降速率已基本低于一般堆石坝沉降稳定经验值10mm/a，坝体沉降基本稳定。

表1　不同高程测点最大阶段沉降量和沉降速率

（3）2002—2015年，坝顶测点沉降速率逐年减小，河床部位坝顶沉降大于岸坡，左右坝体具有较好的对称性，且右岸沉降略大于左岸，与河谷形状基本一致，符合一般规律。

（4）按双曲线模型进行拟合，推算坝体剩余沉降量。各测点沉降与时间相关性较好，拟合相关系数为0.959～0.970。对比预测最终沉降量和实测沉降量，坝体最终沉降量与坝高比为 0.04%～0.16%，坝顶运行期的总沉降量与类似工程相比属较小，表明大坝坝体填筑质量较好。坝体已完成沉降占最终沉降量的60.77%～72.62%，坝体后期沉降较小。

3　表面水平位移

（2）施工期坝体沉降量较大，约占坝体总沉降量的一半，且沉降速率较大；竣工后，坝体沉降速率逐年减小。2005年，坝顶沉降速率有半数以上测点超过10mm/a，2011年后坝顶沉降速率均小于

在坝体表面不同高程共有32个水平位移观测点，编号为TPb1～TPb32。通过对表面水平位移实测量值的时间、空间分布规律进行分析，各测点累计顺河向水平位移累计值分析如下所示 （见图2），各测点累计横河向水平位移累计值分析如下所示（见图3）。

图2　2015年5月大坝顺河向水平位移分布

图3　2015年5月大坝横河向水平位移分布

经分析得到以下结论：

3.1顺河向水平位移

（1）自2000年开始观测，坝体各测点顺河向水平位移呈逐年增大趋势 ，但速率逐年减小。不同高程测点的最大顺河向位移基本都出现在河床断面，2015年5月，防浪墙顶测点 （TPb5）最大顺河向水平位移为46.47mm，坝顶下游测点 （TPb14）为78.19mm，118.70 m高程测点（TPb21）为117.52mm，93.40 m 高 程 测 点（TPb25）为87.32mm，68.40 m高 程 测 点（TPb31）为62.07mm。2010—2012年，坝体各测点顺河向水平位移基本稳定。

（2）2010—2015年，防浪墙顶顺河向水平位移无明显增大趋势，且随着库水位和温度升高，测点向下游位移；反之，向上游回弹。这是因为上游侧测点建在混凝土防浪墙上 ，而混凝土构件对温度变化反应较敏感。

（3）坝顶下游测点水平位移与库水位和温度关系不明显，且坝顶下游测点顺河向位移明显大于防浪墙顶 ，这表明堆石体除外部荷载作用产生变形外，还受自身流变影响。坝顶顺河向水平位移分布大致为河床大、两岸坡小，并且具有较好的对称性。

（4）除防浪墙顶测点外 ，其余部位测点顺河向位移量与垂直位移一样，与坝高成正比。118.70 m高程左侧测点位移大于右侧，93.40 m和68.40 m高程河床部位测点位移大于坝肩部位，分析原因可能与地形和堆石体自身填筑质量差异有关。

3.2横河向水平位移

（1）受堆石体沉降影响，坝体表面测点同时产生向河床断面的横河向水平位移。以典型断面坝0 +240.00为对称面，左侧坝体产生向右岸的位移，右侧坝体产生向左岸的位移，且越靠近两岸测点向中间的位移越大，这主要是堆石体在自重等荷载作用下沿岸坡滑向河床所致。由于左侧岸坡陡于右侧岸坡，因此左侧坝体横河向位移大于右侧坝体。

（2）运行期下游118 m高程测点横河向最大水平位移为33.34mm （TPb17，向左）和42.92mm （TPb21，向右）；下游93.40 m高程测点最大横河向水平位移为13.96mm（TPb23，向左）和25.29mm （TPb28，向右）；下游坝坡68.40 m高程横河向位移较小，且规律性不明显。变形量总体不大，运行期坝体横河向位移已趋于平缓。

4　坝基沉降

为监测基础在施工期和运行期的变形情况，在最大坝高断面 （0+240.00）坝基覆盖层上设置沉降观测。采用6只弦式沉降仪 （编号SS1～SS6）进行坝基沉降观测。

根据观测资料分析，坝基沉降主要发生在施工初期，且随着填筑高程增加，其沉降增大，1999 年9月后沉降速率明显减小。2000年11月，坝体填筑至坝顶后，坝基沉降已基本完成，后期填筑对坝基沉降影响已很小。

5　坝体内部变形

在堆石体内部3个断面 （最大坝高断面坝0+ 240.0，两岸典型断面坝0+156.0和坝0+360.0）布置了水管式沉降计5套，水平位移计4套，监测坝体内部沉降与水平位移。对内部变形实测量值的时间、空间分布规律进行分析，同时采用矢量迭加法求得面板挠度，得到主要结论如下：

5.1内部沉降

（1）至2015年5月31日，坝体最大沉降为101.46 cm，发生在0+240.00 m断面70 m高程，相当于坝高的0.77%。坝体内部沉降主要发生在施工期，约占总沉降的69.6%～92.7%。

（2）2000年5月—2000年11月，受坝体填筑强度和水库蓄水共同影响，坝体沉降较大。竣工后，坝体沉降量较小，说明坝体沉降主要填筑速度和高度相关。运行过程中，受上游水位变动影响，坝体内部沉降略有波动，但变幅较小，内部沉降已稳定。

（3）2015年，坝体0+156.00断面测点沉降量略大于0+360.00断面测点，但该部位表面沉降无明显异常，建议加强监测。

（4）坝体内部实测总沉降量最大位于70 m高程坝轴线附近 （2015年5月，101.46 cm）。运行期（2000年5月至2015年5月）坝体上部沉降大于下部，上游侧沉降大于下游侧，面板沿坝坡向略为受压。总体上看，坝体沉降量不大，且分布合理，沉降变形较为协调。

5.2水平位移

（1）坝体填筑过程中，受上部堆石体填筑加载作用，堆石体产生流变，上游侧坝体产生向上游的位移，下游侧坝体产生向下游的位移。蓄水后，受水荷载作用，上游侧坝体向上游的流变减小，并逐渐产生向下游的位移。运行期坝体上游测点位移与库水位有一定相关性，并随着库水位升降而增减，符合面板堆石坝变形一般规律。

（2）至2015年5月，坝体顺河向水平位移累计向下游位移最大为113.77mm，出现在主断面0 +240.00 m、高程70.0 m上游侧的H11点；累计向上游位移最大为79.92mm，出现在主断面0+ 240.00 m、高程70.00 m上游侧的H12点。

（3）对比不同断面同高程测点位移可知，坝0 +360.00 m断面上游测点H8、H9趋势性位移不明显，下游测点H10位移大于坝0+240.00 m断面上同高程测点H7。总体而言，除H7测点顺河向位移偏大外，坝体河床断面顺河向水平位移大于两岸，下游区大于上游区，上部大于下部，符合面板堆石坝一般变形规律。5.3 面板挠度

图4　主断面 （坝0+240.00m）面板挠度分布示意

（1）以二期面板浇筑完成为基准日 （2001年2月），2008年2月和2015年5月，分别得到0+ 240.00 m主断面、高程70 m、高程95 m及高程120 m面板的位移值，高程156 m位移以外部监测值近似估计 （见图4）。

（2）2001年2月至2008年2月，面板最大挠度为211mm；2001年2月至2012年5月，面板最大挠度为249mm，均发生在坝高约1/3的高度 （一般面板堆石坝面板最大挠度出现在约坝高50%～80%处）。面板最大挠曲率为0.11%，与国内外类似工程相比，大坝面板挠曲率正常。

（3）从分布图可见，面板在下部 （一期面板）变形较大，上部较小。近4年多来面板挠度增量较小，变形较为协调，变化情况正常。

6　结 语

（1）大坝最大沉降量为101.46 cm，为坝高的0.77% ，向下游最大水平位移为113.77mm。与同类工程相比，坝体沉降不大，变形在正常范围内。

（2）大坝变形主要发生在施工期，2008年至今所有测点平均沉降速率均小于10mm/a，坝体沉降基本稳定。

（3）坝体沉降主要与时间相关，与库水位、温度相关性不显著。坝体变形多属不可逆变形，随着时间的增加，坝体沉降速率逐渐减小，且剩余变形总量不大。

（4）面板最大挠度为24.9 cm，发生在坝高约1/3的高度，面板最大挠曲率为0.11%，与国内外类似工程相比，大坝面板挠曲率正常。2008年以来面板挠度增量较小，变形较为协调，变化情况正常。

责任编辑 吴 昊

2016-04-07

卢陈涛 （1988-），男，工程师，主要从事水利工程管理工作。