梅山水庫連拱壩2000—2022 年沉降變形分析

鄭開發

（安徽省梅山水庫管理處，安徽 六安 237300）

1 前言

梅山水庫位于史河上游，壩址在安徽省金寨縣梅山鎮大小梅山之間。北距史河入淮口130km，是一座以防洪、灌溉為主，兼有發電等綜合效益的大型水利水電工程。1954 年3 月開工，1956 年4 月竣工，1958 年水庫開始蓄水。水庫為多年調節，防洪庫容10.65 億m3。梅山連拱壩為鋼筋混凝土結構，最大壩高88.24m，壩頂高程140.17m，防浪墻頂高程141.27m。連拱壩由15 個垛和16 個拱組成，垛采用兩側垛墻與上、下游面板和垛內隔墻組成的空腹雙支墩結構，連拱壩左右兩端各接一段重力壩和空心重力壩[1]。1962 年11 月大壩右岸發生錯動，壩基出現了大面積漏水事故。1963—1966 年放空水庫，對大壩和壩基進行了加固處理[2]。2008—2010 年再次實施了除險加固措施。梅山水庫運行已超60 年，對于連拱壩的變形多位學者進行了分析[3-5]，本文對2000 年后梅山水庫連拱壩沉降變形進行分析探討。

2 沉降數據分析

梅山水庫連拱壩壩頂從西重力壩、1-16 號垛、東重力壩共布置15 個沉降監測點，觀測點編號為102 至116 號，如圖1 所示。2000 年至2022 年從西到東5 個代表性垛的沉降變形時程曲線如圖2 所示。根據監測數據分析，東西壩肩段連拱壩垛變形的年變化量較小，極大值1～5mm，極小值-3～-8mm；河床段連拱壩垛變形的年變化量較大，極大值6～11mm，極小值-4～-10mm。極大值（下沉）發生在每年的12 月至次年2 月，極小值（上升）發生在每年的7—8 月份，均是每年溫度最低和最高月份。以9#垛為例：2000 年極大值為7.77mm，出現在1 月14 日，當時氣溫1℃，水位106.14m；極小值為-8.61mm，出現在7 月17 日，當時氣溫32.7℃，水位104.65m。2010 年極大值為10.10mm，出現在1 月15 日，當時氣溫2.7℃，水位117.85m；極小值為-6.99mm，出現在8 月12 日，當時氣溫33℃，水位123.4m。2020 年極大值為10.55mm，出現在12月15 日，當時氣溫2.3℃，水位126.92m；極小值為-4.35mm，出現在8 月13 日，當時氣溫30℃，水位125.71m。20 多年來連拱壩沉降變形呈年周期性下沉或上升，整體變形穩定，未發生極值異常增大情形。梅山水庫已運行60 多年，變形的時間效應已完成，影響因素主要為氣溫和水位。

圖1 梅山水庫連拱壩壩頂沉降觀測點布置圖

圖2 5 個代表性垛的沉降變形時程曲線圖

3 相關性分析

根據現場實測資料分析，連拱壩沉降變形主要與氣溫和水位有關，本文選取5 個代表性垛（2#、5#、9#、12#、15#）進行分析。5 個代表性垛沉降變形與溫度、水位時程曲線如圖3 所示。通過公式（1）分別計算2000—2022 年共23 年沉降與溫度和水位的相關系數，計算結果見表1。從表1 和圖3 可以看出，連拱壩沉降與氣溫相關系數為-0.879～-0.946，呈強負相關，即溫度越高，向上變形越大，溫度下降，變形隨之向下；與水位相關系數為0.05～0.195，呈弱相關，水位上升，向下變形略大。壩肩段2#、15#壩垛沉降變形的年變化量較小，河床段5#、9#、12#壩垛沉降變形的年變化量較大，主要是由于河床段連拱壩較高，混凝土受熱膨脹變形量大。因此，沉降變形主要與氣溫的高低有著直接關系，水位的高低對沉降變形影響較小。

表1 2000—2022 年5 個垛沉降變形與氣溫、水位的相關系數統計表

圖3 5 個代表性垛的沉降變形與溫度、水位關系曲線圖

其中：r 為相關系數，xi、yi為變量的樣本值，X、Y為對應變量的平均值。

4 結論

本文根據2000—2022 年梅山水庫連拱壩的沉降觀測數據，分析了梅山水庫連拱壩沉降變形的特點及影響因素，得到如下結論：

1）梅山水庫已運行60 多年，沉降變形整體已穩定。沉降變形特征呈年周期性變化，夏季呈上升，冬季呈下沉，未發生極值異常增大情形。連拱壩結構的穩定性較好，保證了水庫的安全運行。

2）連拱壩沉降與氣溫呈強負相關，溫度越高，向上變形越大，溫度下降，變形隨之向下；跟水位相關性較小。由于觀測時間段內水位變化不是很大，若遇水位變化很大時，應及時觀測，并加大觀測頻次。

3）由于河床段與壩肩段連拱壩高度不同，受熱膨脹變形量呈中間段大、兩端小的特點。遇到極熱或極寒天氣時，應及時觀測，加強人工巡視，檢測是否出現裂縫、滲水等。

4）連拱壩變形穩定性分析時，應結合現場設置的正倒垂、水平位移監測數據綜合分析，對比不同監測項目數據，任何一個監測項目出現異常均應引起水庫管理單位足夠的重視