陡河水库大坝坝面垂直位移监测分析

王京浦

【摘 要】通过对陡河水库大坝表面垂直位移监测设施选择及其安装埋设、监测方法、观测误差分析，得出监测数据精度可靠，绘制累积垂直位移过程线，对观测数据进行分析，得出引起大坝产生表面垂直位移的规律，大坝目前运行是安全的，不会产生不均匀沉降。

【关键词】预压处理；精密水准仪；三等水准；大气折光

1 基本情況

陡河水库建于1956年11月，大坝为均质土坝，坝体土料为砂质粘土。坝基表层为厚约8～10米的粘性土，其下为粘性土与中细砂成互层分布，并且广泛分布着含有有机质的土层，其中1+340～1+675段的淤泥质土面积广而厚，物理力学性质最坏，此段淤泥厚4～4.5米，埋藏深度1～2米，在施工前半年对该段坝基进行预压处理。桩号0+000～0+150为河床段，地表高程一般为20m，桩号0+150～1+700为一级台地段，地表高程一般为26～27m，1+700～3+867为二级台地段，地表高程一般为33m，1976年7月28日，唐山地区发生了强烈地震，陡河水库坝体损毁严重。复建工程在大坝恢复建设中将原坝体削到32.5m高程，同时坝轴线向下游平移了16m，大坝加高到41m。1989年11月，在陡河水库提高保坝标准工程中将坝顶高程提高到44m，目前最大坝高25m，坝顶宽5m，大坝全长7364m，主坝段长1900m，在上游坡39m和下游坡34m高程各分布一条马道。

2 监测设施及其安装埋设

大坝表面垂直位移监测仪器选用Wild N3精密水准仪，条式因瓦水准标尺，木制脚架，在大坝周围3km附近有三个国家二等水准基点，工作基点设在坝头左侧山体上，并与附近的国家二等水准点发生联系。监测点布设在主坝顶下游坝肩和下游坡马道上，自0+000～1+900m，每100m一个，组成一个闭合环。

3 监测方法

陡河水库大坝表面垂直位移采用几何水准方法监测，观测精度要求 mm（N为测站数），在库水位正常变化年份，每年汛前和汛后各观测一次，每次作业前，都对水准尺、水准仪的水准器、十字丝、视距常数、i角等进行检验，各项指标偏差达到规范的限差要求才能开始工作。观测顺序和方法按三等水准测量规范要求执行。测量成果符合环线闭合差限差。

4 误差分析

4.1 水准仪i角误差对高差的影响

虽然仪器经过i 角检验，但要使两轴完全平行是困难的，在测量中，须严格控制前后视距离相等，由i角引起的误差可以忽略不记。

4.2 水准尺读数误差

水准尺读数误差主要是由照准误差、水准管气泡居中误差、读数误差引起的，这些误差都属于偶然误差。Wild N3水准仪望远镜放大率ν为40倍，视距D=50m时，以人眼的分辨力 计，则望远镜的照准误差为 。由于Wild N3水准仪有倾斜螺旋和符合水准器，水准管气泡居中误差可以控制在很小的范围内。读数时用楔形丝照准标尺上的分划线，通过光学测微器装置读取厘米以下的数据，提高了读数精度，通过多年测量数据分析，得出每次读数水准管气泡居中误差和读数误差最大为0.1mm。则每次在水准尺上读数的中误差 mm

4.3 仪器和标尺下沉和上升的误差

陡河水库大坝土料是经过翻晒和机械碾压修建的，干容重达到1.90×103t/m3，且路面铺有沥青，土质坚硬，土壤回弹量可以忽略，所以由仪器和标尺的沉降或上升引起的观测误差可以忽略。

4.4 水准尺的误差影响

水准尺上装有圆水准器，测量前对圆水准器经进行校验。水准尺经长期使用已产生零点误差，在水准测量时，使总的设站数为偶数，抵消这一误差的影响。通过交替放置标尺，抵消了标尺刻划产生的误差。所以由水准尺误差对测量成果造成的影响可以忽略。

4.5 大气垂直折光的影响

6 监测资料分析

6.1 固结情况

由图1可以看出，在陡河水库主坝坝面沉降过程中，1977～1982、1989～1993年坝体竣工初期曲线变化较陡，而后曲线变化平缓。去除测量误差影响，除1+500坝顶监测点外，其余监测点至2007年已趋于稳定。坝体填土较高的坝顶监测点沉降量较其它测点大。相同高度的坝顶监测点中1+500较其它测点沉降大，而且至今未达到平稳。各监测点在1985～1987年垂直位移都出现回弹，主要是因为陡河水库土坝竣工初期在重力作用下已经固结，1981～1984年库水位在28.4～30.3m之间，处于较低位置，自1985年8月1日，库水位开始上涨，1985年8月～1987年12月，库水位在30.98m～33.98m之间，平均为32.97m，处于高水位，导致坝体内浸润线升高，更多的土体被渗水浸泡膨胀，致使测点位移有回弹现象。库水位下降后，测点向下的垂直位移值随之增大。2007年至今，库水位每年都在30.5～32.8m之间变化，而且年际变化均匀，由坝体内浸润线的变化引起的坝面垂直位移较小，过程线较为稳定，产生的垂直位移主要为观测误差。

通过对坝体表面垂直位移过程线的分析，可以得出以下结论①土坝建成初期，垂直位移的产生主要是土体在重力作用下产生的固结，这一阶段产生的沉降量较大；②坝越高沉降越大；③坝基有机质土较砂质粘土固结慢，趋于稳定时间长；④土坝运行后期垂直位移的产生主要受库水位影响。⑤土坝垂直位移趋于稳定需要很长一段时间。

6.2 纵向倾度

两个断面的最大沉降出现在2012年9月，其值为90mm，γ计算值为0.09%，小于设计临界值1%，在这两个断面之间产生横向裂缝的可能性极小，证明了填筑前坝基的预压处理方法是合理的。

7 结语

陡河水库大坝表面垂直位移监测，设施选择和点位的布设合理，监测方法得当，测量误差较小，观测精度较高。通过对观测资料的分析，能够反映坝体运行状况。大坝表面垂直位移主要受坝高、坝基地质条件的影响，在运行的不同时期，影响因素不同，大坝不会由于不均匀沉降而产生裂缝。

（作者单位：河北省水利工程局）