肖云雪

（廈門水務(wù)集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361001）

為緩解廈門市中遠(yuǎn)期水資源供需矛盾和提供城市供水的安全保障，廈門市決定從長(zhǎng)泰枋洋水利工程調(diào)水到石兜水庫(kù)，向廈門年均供水約1.8億m3，為此，石兜水庫(kù)作為調(diào)蓄庫(kù)需加大調(diào)蓄庫(kù)容，以提高供水保證率。石兜水庫(kù)是枋洋水利樞紐工程重要組成部分，且擔(dān)負(fù)著防洪重任，石兜水庫(kù)大壩的安全關(guān)系到下游十幾萬(wàn)人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)的安全。因此對(duì)石兜水庫(kù)大壩壩體沉陷及水平位移變化進(jìn)行分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

圖1 石兜水庫(kù)觀測(cè)設(shè)施平面布置圖

坂頭水庫(kù)為坂頭和石兜兩水庫(kù)的對(duì)外統(tǒng)稱，位于廈門市集美區(qū)，距廈門市西北約30公里處，所在河流為苧溪，流域集雨面積67.3平方公里，是廈門市城市工業(yè)和生活用水的主要水源地之一。石兜水庫(kù)是一座集防洪、供水、灌溉與養(yǎng)殖為一體的多功能水庫(kù)。該水庫(kù)建于1958年，1964年對(duì)它進(jìn)行全面加固加高，壩頂高程也由49.26m變?yōu)?1.46m，加高了2.2m。1978年再次對(duì)石兜水庫(kù)大壩進(jìn)行保壩加固，將壩頂高程提高到53.86m加高了2.4m，擴(kuò)建后正常蓄水位49.26m，相應(yīng)庫(kù)容6143.0萬(wàn)m3。該水庫(kù)大壩控制流域面積59.30km2，年均降雨量1568mm，年均徑流總量5519萬(wàn)m3，多年平均供水量為21997萬(wàn)m3。

2 大壩變形觀測(cè)分析

石兜水庫(kù)在大壩上安裝了5排觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，共20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，其中迎水坡靠近壩頂位置設(shè)1排4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為C17～ C20；背水坡設(shè)4排16個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，從上到下編號(hào)分別為C1～ C5、C6～ C10、C11～ C13、C14～ C16。在兩岸相應(yīng)位置各設(shè)置工作基點(diǎn)和后視基點(diǎn)。觀測(cè)設(shè)施的具體位置見(jiàn)圖1。

2.1 沉陷位移觀測(cè)分析

根據(jù)1995年至2010年元月的實(shí)測(cè)沉陷觀測(cè)資料（見(jiàn)表1），從以下三個(gè)方面對(duì)大壩沉陷量變化進(jìn)行分析。

（1）沉陷量與時(shí)間的關(guān)系

根據(jù)沉陷量統(tǒng)計(jì)表1可得出，壩頂累計(jì)沉陷量隨時(shí)間的增加而增大，如背水坡壩頂C3累計(jì)變形量最大，達(dá)到65mm。從沉陷點(diǎn)分布看，大壩的主要沉降量位于大壩中部，屬最大壩高位置，壩頂測(cè)點(diǎn)C3沉降量為65mm，沉降量占?jí)胃叩?.59‰，沉降量滿足設(shè)計(jì)要求，兩岸壩肩由于壩體高度小，沉降量小，也符合大壩的沉降規(guī)律。

（2）庫(kù)水位的漲落與壩體沉陷的關(guān)系

沉陷量與庫(kù)水位有很大的關(guān)系，例如1999-10-20庫(kù)水位41.52m，2000-05-23庫(kù)水位降到只有34.66m，歷時(shí)216天，C16的沉陷量由-5mm增加到-19mm沉陷了14mm。當(dāng)庫(kù)水位大幅度下降后，滲入壩體的水逐漸排出，土粒間存在著孔隙，在壩體自重作用下，壩體逐漸沉降固結(jié)，位移量增大，垂直變形向下，壩體向上游方向位移。當(dāng)庫(kù)水位上升，壩體迎水坡下部處于水面以下，在水壓力的作用下，水滲入壩體，充滿土粒間的空隙，此時(shí)土體的浮容重比其濕容重小得多，在浮力的作用下，土體體積膨脹，位移量減小,垂直變形向上，壩體向下游方向位移。

（3）累計(jì)沉陷量與填土高度的關(guān)系

壩體的沉陷量是壩體在填筑時(shí)由于土體未完全密實(shí)，土粒間存有孔隙，竣工后逐漸固結(jié)所表現(xiàn)出的沉陷大小，因而與填土高度有著密切的關(guān)系，填土越高，累計(jì)沉陷量越大。通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)壩頂?shù)某料萘看笥谶吰碌某料萘?，最大沉陷量的區(qū)域位于壩頂測(cè)點(diǎn)C3（65mm），明顯大于兩邊坡的沉陷量（C1為43mm、C5為48mm、C20為46mm、C17為49mm）。沿坡的沉陷量越向下越小，越靠近兩岸沉陷量小(C10為8mm、C13為5mm、C16為3mm)?？梢?jiàn)壩體沉陷量與填土高度成正比，壩頂、壩中累計(jì)沉陷量最大。

表1 石兜水庫(kù)大壩垂直位移觀測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表2 石兜水庫(kù)大壩水平位移觀測(cè)統(tǒng)計(jì)表

2.2 水平位移觀測(cè)分析

根據(jù)現(xiàn)有資料（見(jiàn)表2）進(jìn)行整理分析，對(duì)其變化趨勢(shì)、特點(diǎn)及主要影響因素進(jìn)行分析。

（1）庫(kù)水位與水平位移量的關(guān)系

大壩的沉陷使其各部位發(fā)生位移，而水庫(kù)水位對(duì)水平位移量的影響最大，從表2中可看出，壩體位移變化量隨著庫(kù)水位變化量而變化。如1998-03-05，庫(kù)水位40.29m，1999-06-15庫(kù)水位降到31.62m，C19位移量從0mm增加到-0.5mm，C10位移量從-0.1mm增加到0.4mm。在庫(kù)水位上漲過(guò)程中，壩體土壤孔隙部分充水，壩體向下游位移。而當(dāng)庫(kù)水位下降后，土體有一個(gè)釋放水體的過(guò)程，受重力作用，土壤顆粒重新固結(jié)，壩體向上游位移。

表3 水平位移量與沉陷量的關(guān)系

大壩的沉陷使其各部位發(fā)生位移，蓄水后，在水壓力的作用下，壩體各部位水平也發(fā)生位移，從表2中可見(jiàn)，壩體各部位有時(shí)向上位移，有時(shí)向下位移，但位移的量很小,最大的累計(jì)位移量C19也只有1.1mm。

（2）對(duì)應(yīng)點(diǎn)沉陷量與位移量的比例關(guān)系

大壩最大沉陷量位于壩頂測(cè)點(diǎn)C3(65mm)，當(dāng)壩頂發(fā)生沉陷位移，背水坡則發(fā)生水平位移，沉陷量和水平位移量的比值越大，則發(fā)生縱向裂縫的可能性也越大，用水平位移量與沉陷量之比來(lái)表示水平位移的特征值，如表3所示（S=|位移量/沉降量|）。從表3中可以看出，背水坡的位移量與壩頂?shù)某料萘恐扔兄鹉隃p少的趨勢(shì)，這表明大壩的變形已趨于穩(wěn)定。

3 建議

（1）根據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)，主要從庫(kù)水位漲落與壩體沉陷量、水平位移量的關(guān)系及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的沉陷量與位移量的比例關(guān)系等方面進(jìn)行分析，與影響大壩變形有關(guān)的時(shí)間、水位等方面進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明石兜水庫(kù)大壩的垂直沉陷、水平位移變化量較小，大壩垂直位移和水平位移總的變化符合建設(shè)初期大，后期逐漸穩(wěn)定的規(guī)律，大壩處于穩(wěn)定狀態(tài)，大壩未發(fā)生危及安全的裂縫，適合繼續(xù)運(yùn)行使用。

（2）由于長(zhǎng)泰枋洋引水工程的建設(shè)，對(duì)水庫(kù)的安全要求高，所以在對(duì)石兜水庫(kù)大壩進(jìn)行加高擴(kuò)容的同時(shí)應(yīng)充分考慮現(xiàn)狀大壩壩體的沉降位移變化，制定針對(duì)性強(qiáng)的壩體加高擴(kuò)容方案，保證大壩的安全。

（3）由于石兜水庫(kù)大壩C2橫斷面下方有一條放水涵洞，受放水涵洞日放水量大小及水流對(duì)下游沖刷的影響，C2橫斷面和C3橫斷面是向上游方向位移，而C4橫斷面卻是向下游方向位移，這種位移關(guān)系將易引起壩體產(chǎn)生橫縫危及大壩安全。這種穿壩式輸水涵管容易造成涵管與大壩填土之間的基礎(chǔ)滲漏隱患，危及大壩的安全，同時(shí)該涵管輸水規(guī)模不大，為了保證加高后大壩安全及供水安全，需重建輸水系統(tǒng)并將原放水涵洞封堵，新建引水洞線布置在右岸。

（4）石兜水庫(kù)大壩變形觀測(cè)點(diǎn)目前都是人工測(cè)量，不能進(jìn)行及時(shí)的分析計(jì)算，不利于大壩的安全運(yùn)行。因此，建議建立大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣才能快速、準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)，并及時(shí)對(duì)分析處理的結(jié)果進(jìn)行有效反饋。

[1]許映林. 新疆塔西河石門子水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)初步分析研究[J]. 四川測(cè)繪, 2007, 30(2): 75-76.

[2]姜建芳. 某土石壩運(yùn)行期變形觀測(cè)資料分析[J]. 浙江水利科技, 2007(6): 32-35.

[3]石兜水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)報(bào)告[R]. 廈門: 三明市明興水利水電勘察設(shè)計(jì)有限公司, 2008.