白沙水庫大壩表面變形觀測現(xiàn)狀

尹洪雨

摘 要：本文以白沙水庫大壩表面變形觀測為例，介紹了大壩表面變形觀測的一些方法，重點旨在與時俱進，交流、探討、改進大壩表面變形觀測的方法，提高大壩表面變形觀測工作的效率。

關(guān)鍵詞：水庫大壩;變形觀測;水平位移;豎向位移

中圖分類號：TV64文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0073-03

Abstract： Taking the observation of dam surface deformation of Baisha Reservoir as an example， this paper introduced some observation methods of dam surface deformation. The main purpose is to keep pace with the times， exchange， discuss and improve the method of dam surface deformation observation， and improve the efficiency of dam surface deformation observation.

Keywords： Reservoir Dam;deformation observation;horizontal displacement;vertical displacement

水庫作為重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，在防洪、供水、灌溉等方面發(fā)揮著巨大作用。水庫建成以后，大壩在承受水負(fù)荷作用的同時，也會受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)變動和風(fēng)吹日曬雨淋等其他外界因素影響，產(chǎn)生壩體沉降和傾斜等變形現(xiàn)象。這種變形在一定限度之內(nèi)是正常的，但如果超過了規(guī)定的限度，就會影響大壩的正常使用，形成安全隱患。如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理大壩存在的隱患，就會直接影響大壩安全，甚至演變成潰壩的災(zāi)難性事故。預(yù)防事故發(fā)生或減小事故損失是水庫進行大壩變形觀測的主要任務(wù)之一。本文以白沙水庫安全監(jiān)測工作為例，探討水庫大壩變形觀測的方法。

1 白沙水庫工程概況

白沙水庫是河南省治淮早期動工興建的大型水庫之一，水庫控制流域面積為985 km2，以防洪為主，是兼顧城鎮(zhèn)居民生活用水、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游開發(fā)等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫位于淮河流域沙潁河水系潁河上游，壩址坐落在禹州市與登封市交界處，因大壩緊靠禹州市白沙村而得名。樞紐建筑物主要由主壩、溢洪道、輸水洞、堵壩、東副壩、西副壩等工程組成。水庫于1951年4月開工興建，1953年8月基本建成，1956年至1957年進行擴建，2003年至2006年進行除險加固。白沙水庫在沙潁河流域防洪調(diào)度中起著重要作用，防洪保護區(qū)內(nèi)有禹州、許昌、襄城、臨潁、郾城等市、縣（或縣級市）重要城鎮(zhèn)以及京廣鐵路、107國道和京港澳高速等國家重要的交通干線設(shè)施以及國家戰(zhàn)略工程南水北調(diào)的中線工程[1-2]。

2 白沙水庫大壩安全監(jiān)測情況

白沙水庫監(jiān)測管理項目主要包括表面變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、庫水位監(jiān)測等，其中滲流監(jiān)測、庫水位監(jiān)測的儀器已接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)。水庫表面變形觀測項目，縱向多以100～200 m為間距布置若干個觀測橫斷面;橫向則應(yīng)選擇有代表性的斷面進行觀測標(biāo)點埋設(shè)，如上游壩肩、壩頂、防浪墻、下游壩肩和各個平臺等;在大壩上、下游側(cè)兩岸邊坡上設(shè)置工作基點[3-5]。

2.1 水平位移

大壩原水平位移監(jiān)測沿壩軸線方向布設(shè)在0+279.5、0+575、0+925等3個斷面，每個斷面設(shè)6個測點，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7（N代表壩軸線上游，S代表壩軸線下游）。水平位移觀測從1954年開始，采用視準(zhǔn)線觀測。從多年觀測資料來看，測值呈上、下擺動變化，總體向下游位移，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。大壩1954—1988年運行35年來，水平位移變化不大，總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，1988年停測。

2.2 豎向位移

大壩原豎向位移監(jiān)測沿壩軸線方向布設(shè)在0+125、0+225、0+279.5、0+375、0+430、0+475、0+575、0+675、0+775、0+875、0+925、1+000等12個斷面，每個斷面設(shè)6個測點，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7。豎向位移觀測從1954年5月開始，至1955年底，每半月或一月觀測一次。考慮原有測點較多，1956年重新布點，測次由1957年每月一次改為1958年、1959年這兩年兩個月一次，1960年后減為每季度一次，1986—1988年每半年一次，1989年一年一次，1990年停測。

2.3 水庫表面變形觀測現(xiàn)狀

由于以上水平位移和豎向位移多年未進行觀測，大部分觀測點已損壞，按照《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551—2012）要求，故2016年重新埋設(shè)了大壩表面變形觀測點和工作基點。按照《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551—2012）要求，大（2）型水庫土石壩的表面變形監(jiān)測在水庫運行期間每年監(jiān)測不少于2次。根據(jù)《白沙水庫除險加固初步設(shè)計報告》（2002年5月出版）、《河南省白沙水庫大壩安全評價材料匯編》（2013年10月出版），結(jié)合水庫管理局于2018年召開的水庫安全監(jiān)測工作會議紀(jì)要，確定對主壩基準(zhǔn)點、工作基點每4年進行1次校核;每年春季（3月）、秋季（10月）各進行一次壩體表面位移觀測，汛后水位高于230.00 m時加測。

3 變形觀測點的布設(shè)

根據(jù)白沙水庫設(shè)計要求，大壩變形監(jiān)測點采用7個斷面布設(shè)，樁號分別為0+126、0+282、0+431、0+576、0+776、0+926、0+1001，每個斷面設(shè)置5個變形點，在壩體上共設(shè)置35個變形點，進行垂直位移監(jiān)測和水平位移監(jiān)測?；炷两ㄖ锉砻孀冃斡^測，基準(zhǔn)點、工作基點均要求設(shè)置在穩(wěn)定邊坡上，在滿足通視條件下，其位置可據(jù)實際地形、地質(zhì)條件進行適當(dāng)調(diào)整，并至少應(yīng)在施工前進行設(shè)置，使其基墩具有一定的穩(wěn)定期，同時有利于保證觀測精度。基準(zhǔn)點、工作基點和測點觀測墩的結(jié)構(gòu)必須堅固可靠，并應(yīng)采取適當(dāng)措施防止地表水沖刷、護坡擠壓和人為碰撞等，同時應(yīng)盡可能做到美觀、實用。在基點、測點觀測墩頂部設(shè)置強制對中基座。表面變形觀測點布設(shè)詳見圖1，表面變形觀測數(shù)據(jù)詳見表1。

4 白沙水庫變形觀測起算數(shù)據(jù)的來源

為確保水庫大壩安全，白沙水庫建立了變形觀測系統(tǒng)，變形點的平面坐標(biāo)系統(tǒng)為2000國家大地坐標(biāo)系，并根據(jù)其相對于大壩原點的位置關(guān)系將其橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)換樁號和軸距，觀測高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。目前，利用水庫壩區(qū)內(nèi)已有河南省水利勘測院于2013年對水庫進行測量淤積期間所測的兩個平面控制點DBS01和DBS02作為水平位移監(jiān)測和垂直位移監(jiān)測的起算數(shù)據(jù)。

5 大壩變形觀測方法

水庫大壩表面變形觀測主要包括垂直位移觀測和水平位移觀測，其中水平位移觀測包括垂直于壩軸線的橫向水平位移觀測和平行于壩軸線的縱向水平位移觀測。垂直位移觀測方法有水準(zhǔn)測量法、標(biāo)桿法、液體靜力法等。水平位移觀測方法有視準(zhǔn)線法、小角度法、前方交會法、引張線法、垂線法、激光準(zhǔn)直法、精密導(dǎo)線法等。

5.1 白沙水庫大壩垂直位移觀測

白沙水庫大壩垂直位移觀測一直采用的是水準(zhǔn)測量的方法。在2015年以前儀器一直采用精密水準(zhǔn)儀（蔡司

Ni-004），2018年開始采用萊卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀測量。采用徠卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀進行測量，總的測站數(shù)必須是偶數(shù)，按照奇數(shù)站“后前前后”偶數(shù)站“前后后前”的觀測順序，采用雙轉(zhuǎn)點閉合環(huán)線法進行水準(zhǔn)測量，精度要求為±4[L]mm，L為閉合環(huán)線長度（單位為千米），同時應(yīng)檢驗測點兩次所測高程不超過±2 mm，否則重測。如果測量累積誤差在允許的限差范圍之內(nèi)，可將測量累積誤差按測段距離與閉合環(huán)線總長度的占比進行分配。視線長度小于50 m，前后視距盡量相等，其差小于1 m;前后視距累計差不大于3 m。當(dāng)溫度較高、地氣較大時，采用縮短視距的辦法觀測;具體觀測時間段避開中午前后，選在氣象條件比較好的上午前半段和下午的后半段。

5.2 白沙水庫大壩水平位移觀測

白沙水庫大壩水平位移觀測在2015年以前一直使用威特3號經(jīng)緯儀測量，采用的是視準(zhǔn)線法測量。測區(qū)內(nèi)由2個基準(zhǔn)點（DBS01、DBS02）、4個工作基點（G1、G2、G3、G4）和35個壩體變形監(jiān)測點組成水平位移監(jiān)測網(wǎng)。監(jiān)測網(wǎng)工作基點G1、G2、G3、G4都在兩壩肩基礎(chǔ)相對穩(wěn)定、視野比較開闊、方便監(jiān)測的地方，以滿足監(jiān)測點對監(jiān)測控制的需要。2018年開始使用徠卡TS11全站儀極坐標(biāo)法測量，利用2個基準(zhǔn)點（DBS01、DBS02）作為已知點。變形觀測具有目標(biāo)多、測回數(shù)多、精度要求高等特點，傳統(tǒng)人工觀測費時費力，作業(yè)效率難以提高。徠卡TS11全站儀配合機載軟件多測回測角軟件很好地解決了這一問題，不僅提供了高效、便捷的自動化測量，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，同時還滿足了內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)一體化、規(guī)范化的作業(yè)要求。

6 大壩變形觀測的主要意義

大壩變形觀測，是一項長期而細(xì)致的工作，只有通過多年的測量數(shù)據(jù)分析，才能準(zhǔn)確掌握大壩變形規(guī)律。水庫大壩安全監(jiān)測是大壩安全的“耳目”、隱患事故的“哨兵”，因此做好大壩表面變形觀測工作顯得尤為重要。當(dāng)然先進的監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測方法也至關(guān)重要，我們一定要與時俱進，及時更新大壩變形觀測技術(shù)和監(jiān)測方法。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：SL 60—94[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.工程測量規(guī)范：GB 50026—2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]李青岳.工程測量學(xué)[M].北京：測繪出版社，1984.

[4]任權(quán).大壩變形觀測[M].南京：河海大學(xué)出版社，1989.

[5]中華人民共和國水利部.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：SL 551—2012[S].北京：中國水利水電出版社，2012.