宝瓶水电站大坝表面位移变形分析

汪文波，陈得鹏

（甘肃电投河西水电开发有限责任公司，甘肃 张掖 734000）

1 工程概况

宝瓶水电站位于甘肃省肃南裕固族自治县境内和青海省祁连县境内的黑河上游，距张掖市约120 km。工程主要任务是发电，大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高93.5 m，坝顶高程2 528.60m，防浪墙顶高程2 529.80 m，坝顶长147 m，坝顶宽8 m。上游坡比为1:1.45，下游坝坡2 497.00m高程以上为1:1.5，2 497.00 m高程以下为1:1.4。工程设计洪水位和正常蓄水位均为2 521.00 m（P=1%），校核洪水位2 522.72 m（P=0.05%），对应水库总库容2.219×107m3，为日调节水库。电站安装3台混流式机组，总装机容量123 MW。

2 坝体表面水平和垂直位移布置

坝体表面位移监测纵断面共6条，分别为坝横0+007.00、坝横0-001.20、坝横0-026.25、坝横0-050.00、坝横0-073.00和坝横0-094.50，每条测线分别设置10、7、5、6、5、5个测点，共计38个测点。水平位移测点和垂直位移测点布置同一位置，水平位移采用全站仪按三角网法测量，垂直位移采用水准仪按几何水准法进行测量。

宝瓶水电站大坝表面位移观测布置图，如图1所示。每条监测横断面两端分别设置工作基点和校核基点，工作基点共12个，校核基点5个。垂直位移按照国家二等水准施测，几何水准基准点设在左岸坝肩。

图1 宝瓶水电站大坝表面位移观测布置图

3 坝体表面位移变化分析

3.1 坝体表面水平位移监测成果分析

图2～图5为坝体表面水位移（视准线）变化过程线。

图2 坝体表面水平位移变化过程线（防浪墙前面板顶部）

图3 坝体表面水平位移变化过程线（坝后2 517 m高程）

图4 坝体表面水平位移变化过程线（坝后2 498 m高程）

图5 坝体表面水平位移变化过程线（坝后2 486 m高程）

（1）坝体表面水平位移始测于2013年10月，此时较2012年2月下闸蓄水已过了20个月，因此2013年10月开始监测的坝体表面水平位移量较坝体表面实际发生的位移量要小。

（2）坝体表面水平位移是以每条视准线两端的工作基点为基准，因此坝体表面水平位移成果是相对于视准线两岸端点的相对变化。

（3）相对于2013年10月，坝体表面向下游变形最大值66 mm（坝顶原河床部位的A4测点，2018年11月26日），向上游变形最大值4.8 mm（坝后2 498 m高程A26测点，2014年1月14日）。相对于2013年10月，坝体表面水平位移总体上是向下游变形，向下游的平均值在14.9～39.2 mm，变形量值不大。

（4）2014年坝体表面各测点均呈现出向下游的变化趋势，2016年后坝体表面水平位移已趋于收敛。

3.2 坝体表面垂直位移变化分析

图6～图11为坝体表面垂直位移变化过程线。

图6 坝前水准测点变化过程线成果（坝横0+007）

图7 坝顶垂直位移测点变化过程线（坝横0-001）

图8 坝顶水准测点变化过程线（坝横0-001）

图9 坝后2 517 m高程水准测点变化过程线（坝横0-026.5）

图10 坝后2 486 m高程水准测点变化过程线（坝横0-073）

图11 新增防浪墙水准测点变化过程线成果

（1）坝体表面最大沉降量及变化速率。坝体表面垂直位移自2013年10月监测以来均出现不同程度的下沉，其中河床中部坝顶A13测点的累积沉降量最大，相对2013年10月的最大累积沉降量230.9 mm发生在2018年12月，坝顶年最大沉降速率从2015年的56.2～64.5 mm/年减小至2018年的20.3 mm/年，坝顶下沉速率已明显减小，但坝顶沉降尚未完全收敛。

（2）坝前面板顶部垂直位移。河床中部A4测点的累积沉降量最大，相对2013年10月的最大累积沉降量140.2 mm发生在2018年12月，坝前面板顶部年最大沉降速率从2015年的38.8 mm/年减小至2018年的6.9 mm/年，坝前面板顶部下沉速率已明显减小，但尚未完全收敛。

（3）新增防浪墙垂直位移。2016年12月，在坝顶上游侧防浪墙底部布设水准测点7个。自2016年12月监测以来均出现不同程度的下沉，其中河床中部F4测点的累积沉降量最大，相对2016年12月的最大累积沉降量48.3 mm发生在2018年12月，防浪墙2018年最大沉降速率22.4 mm/年，与坝顶2018年度最大沉降速率20.3 mm/年基本一致。

4 坝体表面位移监测分析结论

4.1 坝体表面水平位移监测分析成果

（1）总体来看，坝体表面向下游变形最大值66 mm（坝顶原河床部位的A4测点，2018年11月26日），向上游变形最大值4.8 mm（坝后2 498 m高程A26测点，2014年1月14日）。相对于2013年10月，坝体表面水平位移总体上是向下游变形，向下游的平均值在14.9～39.2 mm，变形量值不大。2016年后坝体表面水平位移已趋于收敛。

（2）2012年2月下闸蓄水，坝体表面位移于2013年10月始测，因此测得的坝体表面水平位移量较坝体表面实际发生的位移量要小。

4.2 坝体表面垂直位移监测分析成果

（1）坝坝体表面垂直位移的分布看，坝前面板顶部、防浪墙、坝顶及坝后各水准测线均表现出坝高较大河床中部沉降大些，向左右岸沉降量均减小。由于原河床偏向左岸，左岸的坝高相对大些，相应的左岸的沉降量也明显大于右岸。这些分布规律均符合面板坝及本工程的特点，也进一步印证坝体表面垂直位移监测成果的可靠性。

（2）从变化趋势看，目前河床中部坝顶最大沉降速率20.3 mm/年，防浪墙最大沉降速率22.4 mm/年，坝前面板顶部最大沉降速率6.9 mm/年，各部位下沉速率虽已明显减小，但沉降尚未完全收敛。

（3）坝前面板顶部、防浪墙、坝顶及坝后各水准测线均表现出下沉趋势；坝高较大河床中部沉降较大，向左右岸沉降量减小；由于原河床偏向左岸，左岸的坝高相对大些，相应左岸沉降量也明显大于右岸。

（4）2011年3月，坝体填筑到坝顶高程，坝体表面垂直位移2013年10月始测，存在延测现象。截至2018年底，坝顶表面沉降变形最大值230.9 mm（河床中部坝顶A13测点）；坝前面板顶部表面沉降变形最大值140.2 mm（河床中部A4测点）；新增防浪墙底部表面沉降相对2016年12月最大值48.3 mm（河床中部F4测点）。从变化趋势看，2016年、2017年、2018年、2019年坝顶沉降速率分别为64.5 mm、26.8 mm、20.3 mm、17.4 mm，坝前面板顶部最大沉降速率分别为22.3 mm、8.3 mm、6.9 mm、5.4 mm，各部位下沉速率已明显减小，但沉降变形尚未收敛。