官廳水庫大壩位移監(jiān)測資料分析

李東

（北京市清河管理處，北京 100107）

1.工程概況

官廳水庫位于北京市西北約80km的永定河官廳山峽入口處，是根治永定河及其流域的重點工程，始建于1951年10月，1954年5月竣工，1955年7月蓄水運用。官廳水庫樞紐工程由攔河壩、輸水泄洪洞、溢洪道和水電站四部分組成，是一座以防洪、供水、灌溉、發(fā)電為主的綜合利用工程。

官廳水庫攔河壩原為粘土心墻土壩，壩頂高程485.00m（大沽高程，下同），總庫容22.7億m3。1989年，完成對官廳水庫的改擴(kuò)建，攔河壩壩加高7m。在原粘土心墻上接粘土斜墻，壩頂高程增至492.00m，壩頂寬10.0m，壩長增至423m，壩高增至52m，水庫總庫容增至41.6億m3，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按千年一遇設(shè)計，用可能最大洪水校核，主體工程按地震烈度9度設(shè)防。

2.監(jiān)測設(shè)施

位移監(jiān)測設(shè)施。1954年3月開始設(shè)置位移、沉陷標(biāo)點。壩體變形觀測點的結(jié)構(gòu)形式采用深層、淺層兩種。深層、淺層觀察點按橫向基線間隔布置，間距均為20m。攔河壩上設(shè)有7排，計上游坡2排、壩頂1排、下游坡4排。壩上下游6排共設(shè)土壩位移、沉陷標(biāo)點31個。7月又逐漸在混凝土建筑物上設(shè)置標(biāo)點，計靜水池1個，進(jìn)水塔1個，溢洪道3個，土壩防浪墻燈柱上沉陷點16個。1989年8月大壩加高后，重建了位移沉陷標(biāo)點（包括工程施工未涉及的原標(biāo)點和新設(shè)置的標(biāo)點），共計豎向位移82個標(biāo)點，水平向位移62個標(biāo)點（部分豎向位移兼水平位移）。2012年，表面變形監(jiān)測系統(tǒng)改造工程在原有標(biāo)點基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，并廢除下游兩排標(biāo)點，（如圖1所示）共計77位移標(biāo)點（其中豎向位移兼水平位移）。

圖1 官廳水庫大壩位移觀測設(shè)施平面布置圖

3.變形監(jiān)測資料分析

土壩變形觀測分析的目的是了解變形是否在正常范圍內(nèi)，并監(jiān)視裂縫和滑坡破壞，為大壩的安全運行提供依據(jù)[1]。本次變形分析，主要是依據(jù)官廳水庫攔河壩變形觀測資料，選擇具有代表性的標(biāo)點及斷面，計算累計沉陷量，繪制豎向位移量等值線平面圖及沉陷過程線，判斷土壩變形是否正常，沉降和水平位移分布是否均勻，壩體是否產(chǎn)生裂縫。

3.1 土壩豎向位移分析

官廳水庫攔河壩加高前老壩體已運行32年，豎向位移量越來越小，逐漸趨于穩(wěn)定[2]。從繪制的1989―2020年壩面累計豎向位移平面等值線圖（圖2所示）可知，豎向位移最大的點位于填土最厚的壩頂，隨著填土厚度的薄厚程度，沉降量逐漸變化，說明壩體豎向位移量主要取決于填土厚度和上覆荷載的大小。

圖2 豎向位移量平面等值線

根據(jù)研究表明，用竣工后相對沉降率為3%和竣工后第一年沉降速率為0.5%作為衡量“累計過大沉陷”的參考指標(biāo)[3]。通過計算（如圖2所示）壩頂兩排測點（915-920，967-971）的沉降率（即沉降率=豎向位移/填土高×100%），得出1989年加高后第一年最大沉陷率0.13%和最大累計沉陷率0.34%，明顯低于參考指標(biāo)，說明土壩是安全性是比較高的。

3.2 土壩豎向位移過程線分析

官廳水庫沉陷變化過程的主要影響因素是時間，時間越長，累計沉降量越大。選取DK0+180橫斷面上的979、974、969和963標(biāo)點繪制1990―2020年的沉陷過程線進(jìn)行分析。沉陷過程線（如圖3所示）。

圖3 沉陷過程線

由圖3可以看出，在大壩沉陷過程中，加高后壩體初期沉降速率較快，1995年后隨著時間的推移以平均2mm/年的速率緩慢遞增，年沉降量越來越小，逐漸趨于穩(wěn)定[3]。由于2012年表面變形觀測改造，由水準(zhǔn)儀支水準(zhǔn)路線觀測改為全站儀雙站前方交會觀測，且水準(zhǔn)儀與全站儀存在高程精度上的差異，致使2014年后變幅明顯增大，但屬于上下擺動，總體趨勢一致。

3.3 土壩水平位移分析

土壩水平位移采用視準(zhǔn)線法觀測，表面變形監(jiān)測系統(tǒng)改造工程后采用前方交會法觀測，根據(jù)1989―2020年的觀測資料繪制橫向位移分布圖（如圖4所示）可知，上游壩坡整體向上游有不同程度位移，下游左壩坡向下游位移，符合土壩水平位移的一般規(guī)律；下游右壩坡明顯向上游位移，但總體水平位移量不大，較為穩(wěn)定。

圖4 橫向位移量平面圖

3.4 土壩壩體裂縫分析

根據(jù)變形監(jiān)測成果來判斷壩體內(nèi)產(chǎn)生裂縫的可能性是監(jiān)測土石壩運行安全的主要手段之一?？v向裂縫的形成，一般是因為壩的橫斷面產(chǎn)生較大的不均勻豎直位移所引起，而橫向裂縫的形成，則是因為壩的縱斷面產(chǎn)生較大的部均勻豎向位移引起[4]。

土壩從巡視檢查結(jié)果得知，壩體表面都無裂縫。用傾度法對壩體進(jìn)行計算分析。

式中，γ―a、b為兩點間的傾度值，%；

ya、yb―a、b兩點至壩軸線的距離，在壩軸線下游側(cè)取正，m；

Sa、Sb―a、b測點的累計豎向位移量，m。

計算得出最有可能發(fā)生縱向裂縫的968～973點之間和橫向裂縫的923～924點之間傾度值分別為0.21%和0.12%，遠(yuǎn)小于南京水利科學(xué)研究院提出的1%臨界傾度值，所以壩體產(chǎn)生裂縫的可能性很小。

4.結(jié)語

官廳水庫攔河壩經(jīng)過多次改擴(kuò)建及觀測設(shè)施改造，對觀測資料的連續(xù)性和可比性有較大的影響，目前通過對官廳水庫攔河壩表面變形位移監(jiān)測資料進(jìn)行系列分析，能夠證明官廳水庫攔河壩沉陷分布均勻，累計沉陷量在正常范圍內(nèi)，水平位移規(guī)律性良好，符合一般規(guī)律，產(chǎn)生裂縫的可能性很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。