土石壩沉降分析中的時空概念

吳希華，耿俊永，周 麗

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春 130021；2.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾 116000）

SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》對土石壩沉降在條文說明中有如下表述：8.4.3壩頂預(yù)留沉降超高，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，土質(zhì)防滲體一般為壩高的1%。由此可見，土石壩沉降是必然的，在分析壩體沉降對大壩安全和穩(wěn)定產(chǎn)生可能破壞時，應(yīng)充分考慮研究對象沉降的空間位置和時間進(jìn)程，否則分析研究的結(jié)論會出現(xiàn)較大的差異。現(xiàn)以尼爾基水利樞紐主壩為例進(jìn)行具體分析。

1 尼爾基水庫主壩的空間結(jié)構(gòu)

尼爾基水利樞紐主壩壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻土石壩，心墻位于壩軸線上游2 m處，壩體采用垂直防滲結(jié)構(gòu)形式，底部為混凝土防滲墻、中部為碾壓式瀝青混凝土心墻（心墻頂高程為218.50 m）、頂部與鋼筋混凝土防浪墻相接。見圖1。

為了保證主壩與左副壩防滲結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，在兩壩防滲體間設(shè)有混凝土連接墩。墩頂中心線樁號為1＋536.59，墩頂沿壩軸線方向?qū)?.0 m（墩頂左邊線1＋535.59、墩頂右邊線1＋537.59）。該墩與瀝青混凝土心墻側(cè)的連接坡比為1∶0.3，連接處設(shè)有銅片止水和錯位及溫度監(jiān)測儀器。

2 沉降監(jiān)測

沉降監(jiān)測分別從實(shí)地水準(zhǔn)測量、外部觀測和內(nèi)部監(jiān)測3個方面進(jìn)行了解。

圖1 土壩垂直防滲體結(jié)構(gòu)示意圖

2．1 測量成果

壩頂實(shí)地水準(zhǔn)測量成果，見圖2。測量成果顯示：

1）2-2 ，3-3剖面上游測點(diǎn)高程，普遍高于下游測點(diǎn),最大高差為135 mm，減去設(shè)計坡降70 mm（i=1%），最大相對垂直位移差為65 mm，（最高點(diǎn)在墩頂部,最低點(diǎn)在墩頂下游最外側(cè)2.8 m）。

2）壩軸線上游側(cè)導(dǎo)線測點(diǎn)，墩頂A點(diǎn)與右側(cè)20 m處點(diǎn)相對垂直位移最大為109 mm。

圖2 壩頂實(shí)地水準(zhǔn)測量成果

3）壩軸線下游側(cè)導(dǎo)線于墩頂下游2 m，墩頂對其束縛減少，因此相對垂直位移最大為49 m。

4）相鄰防浪墻頂部相對垂直位移為32 m（左高右低），沿壩軸線方向相對水平位移為57 mm。需要說明的是防浪墻每段長14 m，高3.7 m，混凝土路面以下2.5 m，以上1.2 m。該段防浪墻左端正好搭在連接墩頂部與墩頂中心線一齊（防浪墻與墩頂搭接1 m）。

2.2 外部水準(zhǔn)監(jiān)測

1）LS2-1，LS2-2水準(zhǔn)工作基點(diǎn)垂直位移過程線見圖3。圖3中顯示LS2-1點(diǎn)最大沉降值14.5 mm，LS2-2點(diǎn)最大沉降值3.9 mm。

圖3 LS2-1，LS2-2水準(zhǔn)工作基點(diǎn)垂直位移過程線

2）LD14～LD18水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)垂直位移過程線見圖5。圖中顯示LD14～LD17在導(dǎo)流明渠段，垂直位移過程線的線型基本相同，垂直沉降值較大；LD18處于非導(dǎo)流明渠段，故垂直沉降較小。

圖4 LD14～LD18水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)垂直位移過程線

2.3 內(nèi)部垂直位移監(jiān)測

瀝青心墻與混凝土連接墩間垂直位移監(jiān)測情況見圖5。

圖5 瀝青心墻與混凝土連接墩間垂直位移監(jiān)測情況

3 沉降及位移變化分析

1）主壩左端防浪墻的左端恰好座落在連接墩上，連接墩是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且座落在巖基上，垂直位移極??；防浪墻14 m長，右端隨壩體沉降下移；按照圖5中經(jīng)驗(yàn)沉降過程線趨勢判斷，該段防浪墻下部與瀝青混凝土心墻會發(fā)生脫離，呈三角形，左端脫離最大處約96 mm（1 527－1 431＝96 mm）。

同理，因防浪墻長14 m，高3.7 m，混凝土路面以下2.5 m、以上1.2 m。右高左低的不均勻沉降，產(chǎn)生了圖2中1－1立面圖表象。

2）由于壩頂混凝土路面是2006年6月17日施工，此時的心墻高程200.00 m和210.00 m處，已經(jīng)分別沉降約70 mm和86 mm，此后這兩個部位的沉降分別約12 mm和16 mm（根據(jù)沉降經(jīng)驗(yàn)過程線），而處于壩頂高程221 m的沉降實(shí)測值分別為109 mm和49 mm，均大于心墻高程200.00 m和210.00 m處的沉降值，故不會產(chǎn)生瀝青混凝土心墻受拉斷裂現(xiàn)象。