4　巴家嘴水库结构安全评价

4.1　大坝变形分析评价

4.1.1　前期观测成果分析

坝体经过两次加高和三次灌浆，各个时段的变形情况对以后变形会产生一定的影响，对前期观测成果的分析可判断坝体变形的基本规律和今后的变形发展趋势。

历年最大年沉降量发生在二期加高施工期的1975年，其值为419mm。

从前期1958～1983年观测成果看，大坝变形符合一般规律，即上游坡向上游移动，下游坡向下游移动。大坝两次加高期间和灌浆期间的变形量更大，说明外荷对变形的作用明显。

4.1.2　近期观测资料的整理分析

由于大坝经过数次加高和加固，位移标点位置也多次变化，因此仅对1988～2000年水平位移和垂直位移的原型观测资料进行整理归纳，对代表性的断面资料分析。

现有水库正常水位下的沉降变形，横断面上的同一高程，坝顶断面累积沉降量最大，往上、下游坡随高程的降低（坝体高度降低），沉降量逐渐减小；同一纵断面上，河床部位的沉降量最大，往两岸沉降量逐渐减小。其共性是，沉降值随坝高的增加而增大，符合一般规律。

从坝体各观测标点沉降量变化趋势分析，1988～1993年，沉降量较大，平均年沉降量27mm，约为坝高的0.036%，1991年沉降量最大，最大值发生在22测点（0＋317断面，高程1117.70m），为60mm，每年的沉降值虽有差异但总体趋于稳定。1993年后沉降率非常小，到2000年坝体年最大沉降量仅7mm（发生在上游坝坡位置），部分标点（如测点12、测点21）沉降几乎为0。1993～2000年平均年沉降量2mm，约为坝高的0.003%。1996～2000年年最大沉降量均小于10mm，比以往的年份小得多。根据其趋势和一般的工程经验，在目前的水位下已趋近沉降稳定状态。

水平位移，上游坡向上游移动下游坡向下游移动，坝顶向上游移动，亦符合土坝变形的一般规律。坝体水平位移最大的部位，上游坡发生在高程1117.70m的0＋197断面，位移值为79.1mm；下游坡发生在高程1117.70m的0＋237断面，位移值为61.1mm，同一般工程经验的变形规律相一致。1988～1996年上游坡测点40（高程1117.70m，0＋197断面）平均向上游侧的位移值为25.5mm；下游坡测点36（高程1116.70m，0＋237断面）向下游侧的平均位移值为12.8mm。1998年后水平位移值很小，有的甚至为0（如标点6），1998～2000年年平均向上下游的位移值1.9mm。1998～2000年年最大水平位移值均小于10mm，比以往的年份小得多。在现状运行条件下水平位移已接近稳定状态。

虽然目前水库水位运用条件下（水位高程1105.00～1112.00m）变形已趋于稳定，但水库并未在设计乃至校核洪水位下经受考验。而且筑坝土料和两岸坝基为湿陷性黄土，水库蓄水随水位的升高坝体上部的沉降量将会逐渐增大，因此需对高水位下沉降变形进行分析。

4.1.3　湿陷计算分析

根据1964年坝体取样试验结果，坝体黄土湿陷变形系数的范围值在0.0073～0.0983之间，一般值在0.077左右。

1991年实测浸润线与当前设计洪水位（1119.92m）形成稳定渗流的浸润线，计算浸润线升高后湿陷变形值计算成果见图4.1-1。

达到设计洪水位后，估算表明可能产生最大湿陷变形量为49.4cm，一般值为7.6～38.7cm。

在横断面上沉降差较大，存在产生纵缝的可能性。

最大沉降率ρ＝1.6%，坝体可能出现新的裂缝。由于坝体以前已产生裂缝，如果再进行湿陷，原来的裂缝将会开展得更宽，并存在形成贯通性裂缝的可能性。

4.1.4　坝体裂缝分析

（1）坝体裂缝原因分析。大坝产生裂缝原因分析主要从大坝本身的质量缺陷（内因）和外界条件的改变（外因）两个方面分析。

产生裂缝的内因主要表现在下列几个方面：

1）基础处理缺陷，是两坝肩产生横缝的主要原因。

2）初建坝体填筑质量差。

3）坝体土料本身具有湿陷性。

产生裂缝的外因主要是大坝现状条件的改变，水库蓄水使坝体内浸润线抬高，坝体坝基产生压缩沉降和湿陷性变形；坝前淤积的升高和坝体加高，使大坝承受偏荷载，使大坝产生纵向裂缝；坝体灌浆，增加了坝体土料的含水量，引起压缩沉降和湿陷变形等。上述外部条件的改变引起大坝产生裂缝，从坝体裂缝开展集中的几个时段，可以得到很好的证明。

一、二期加高过程中，在老坝体中产生多条纵缝，主要是由于新筑坝体对老坝体施加偏荷载，加剧了坝体上下游不均匀沉降引起的。

在前两次的灌浆加固过程中出现较多的裂缝，均是由于清水灌浆造孔和浆液析水固结，坝体湿陷不均匀沉降的结果。

1998年发生裂缝的位置在桩号0＋157～0＋197之间，一般在1996年灌浆影响范围内，由此推测，这些裂缝可能是由灌浆所致。

由于汛期水库高水位运行时间较短，形不成较高的浸润线，且目前大坝沉降变形已基本趋于稳定，如果大坝继续维持低水位运行，则今后坝体裂缝不会继续大规模的开展。但当水库在设计水位下运行时，浸润线的抬高使坝体由于湿陷不均匀变形产生新的裂缝，若浸润线高于横向裂缝底部时，极有可能因集中渗流而产生冲刷破坏。

（2）裂缝计算分析。裂缝分析采用基于沉降观测资料的倾度法，临界倾度与其土料的性质有关，一般经过室内试验和现场分析研究，确定出临界值，用以作为开裂的标准。工程无此方面的试验资料，根据前期的变形成果和实际裂缝资料，找出相关关系拟定。

前期变形资料计算表明，倾度值大于0.2%时两测点之间均产生裂缝。已有工程经验，临界倾度值一般在0.5%～1.5%之间。考虑巴家嘴大坝坝体填筑质量差的实际情况，将临界倾度值确定为0.35%。

对现状变形发生裂缝的可能性分析。因1977～1987年只有坝顶断面的观测资料，所以坝顶断面为1977～2000年资料，其余纵断面为1988～2000年资料。

计算表明，裂缝一般发生在不均匀沉降率较大的近岸坡坝段，与一般的工程经验相一致。虽然总体上计算结果与实际观测相比判断的正确率约为70%，但大部分产生裂缝部位未能判断出来。正如前所述，采用非阶段性部分年份1988～2000年的计算结果偏差较大。而坝顶采用1977～2000年（第二次加高后至今）的资料依据比较完整，四处裂缝中的三处裂缝从计算中判断出来（判断正确率达83%），若按前期资料的倾度值0.2%即产生裂缝来判断，坝顶断面的判断正确率将达100%。

经验法可用沉降率ρ＝Smax/Hmax（Smax为最大沉降量，Hmax为最大坝高）判断裂缝。已有工程统计表明，ρ＜1%不裂缝，1%＜ρ＜3%可能产生裂缝，ρ＞3%一定产生裂缝。截至2000年，最大坝高处累计沉降量为2738mm，占总坝高的3.7%，由此可说明坝体产生裂缝是必然的。