白沙水库大坝表面变形观测现状

尹洪雨

摘 要：本文以白沙水库大坝表面变形观测为例，介绍了大坝表面变形观测的一些方法，重点旨在与时俱进，交流、探讨、改进大坝表面变形观测的方法，提高大坝表面变形观测工作的效率。

关键词：水库大坝;变形观测;水平位移;竖向位移

中图分类号：TV64文献标识码：A文章编号：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

水库作为重要的水利基础设施，在防洪、供水、灌溉等方面发挥着巨大作用。水库建成以后，大坝在承受水负荷作用的同时，也会受到地质结构变动和风吹日晒雨淋等其他外界因素影响，产生坝体沉降和倾斜等变形现象。这种变形在一定限度之内是正常的，但如果超过了规定的限度，就会影响大坝的正常使用，形成安全隐患。如果不能及时发现和处理大坝存在的隐患，就会直接影响大坝安全，甚至演变成溃坝的灾难性事故。预防事故发生或减小事故损失是水库进行大坝变形观测的主要任务之一。本文以白沙水库安全监测工作为例，探讨水库大坝变形观测的方法。

1 白沙水库工程概况

白沙水库是河南省治淮早期动工兴建的大型水库之一，水库控制流域面积为985 km2，以防洪为主，是兼顾城镇居民生活用水、工业供水、农业供水、水产养殖、旅游开发等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库位于淮河流域沙颍河水系颍河上游，坝址坐落在禹州市与登封市交界处，因大坝紧靠禹州市白沙村而得名。枢纽建筑物主要由主壩、溢洪道、输水洞、堵坝、东副坝、西副坝等工程组成。水库于1951年4月开工兴建，1953年8月基本建成，1956年至1957年进行扩建，2003年至2006年进行除险加固。白沙水库在沙颍河流域防洪调度中起着重要作用，防洪保护区内有禹州、许昌、襄城、临颍、郾城等市、县（或县级市）重要城镇以及京广铁路、107国道和京港澳高速等国家重要的交通干线设施以及国家战略工程南水北调的中线工程[1-2]。

2 白沙水库大坝安全监测情况

白沙水库监测管理项目主要包括表面变形监测、渗流监测、库水位监测等，其中渗流监测、库水位监测的仪器已接入自动化监测系统。水库表面变形观测项目，纵向多以100～200 m为间距布置若干个观测横断面;横向则应选择有代表性的断面进行观测标点埋设，如上游坝肩、坝顶、防浪墙、下游坝肩和各个平台等;在大坝上、下游侧两岸边坡上设置工作基点[3-5]。

2.1 水平位移

大坝原水平位移监测沿坝轴线方向布设在0+279.5、0+575、0+925等3个断面，每个断面设6个测点，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7（N代表坝轴线上游，S代表坝轴线下游）。水平位移观测从1954年开始，采用视准线观测。从多年观测资料来看，测值呈上、下摆动变化，总体向下游位移，基本处于稳定状态。大坝1954—1988年运行35年来，水平位移变化不大，总体处于稳定状态，1988年停测。

2.2 竖向位移

大坝原竖向位移监测沿坝轴线方向布设在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个断面，每个断面设6个测点，即N13.3、S2.8、S11.1、S24.7、S40.7和S56.7。竖向位移观测从1954年5月开始，至1955年底，每半月或一月观测一次。考虑原有测点较多，1956年重新布点，测次由1957年每月一次改为1958年、1959年这两年两个月一次，1960年后减为每季度一次，1986—1988年每半年一次，1989年一年一次，1990年停测。

2.3 水库表面变形观测现状

由于以上水平位移和竖向位移多年未进行观测，大部分观测点已损坏，按照《土石坝安全监测技术规范》（SL 551—2012）要求，故2016年重新埋设了大坝表面变形观测点和工作基点。按照《土石坝安全监测技术规范》（SL 551—2012）要求，大（2）型水库土石坝的表面变形监测在水库运行期间每年监测不少于2次。根据《白沙水库除险加固初步设计报告》（2002年5月出版）、《河南省白沙水库大坝安全评价材料汇编》（2013年10月出版），结合水库管理局于2018年召开的水库安全监测工作会议纪要，确定对主坝基准点、工作基点每4年进行1次校核;每年春季（3月）、秋季（10月）各进行一次坝体表面位移观测，汛后水位高于230.00 m时加测。

3 变形观测点的布设

根据白沙水库设计要求，大坝变形监测点采用7个断面布设，桩号分别为0+126、0+282、0+431、0+576、0+776、0+926、0+1001，每个断面设置5个变形点，在坝体上共设置35个变形点，进行垂直位移监测和水平位移监测。混凝土建筑物表面变形观测，基准点、工作基点均要求设置在稳定边坡上，在满足通视条件下，其位置可据实际地形、地质条件进行适当调整，并至少应在施工前进行设置，使其基墩具有一定的稳定期，同时有利于保证观测精度。基准点、工作基点和测点观测墩的结构必须坚固可靠，并应采取适当措施防止地表水冲刷、护坡挤压和人为碰撞等，同时应尽可能做到美观、实用。在基点、测点观测墩顶部设置强制对中基座。表面变形观测点布设详见图1，表面变形观测数据详见表1。

4 白沙水库变形观测起算数据的来源

为确保水库大坝安全，白沙水库建立了变形观测系统，变形点的平面坐标系统为2000國家大地坐标系，并根据其相对于大坝原点的位置关系将其横坐标和纵坐标转换桩号和轴距，观测高程系统采用1985国家高程基准。目前，利用水库坝区内已有河南省水利勘测院于2013年对水库进行测量淤积期间所测的两个平面控制点DBS01和DBS02作为水平位移监测和垂直位移监测的起算数据。

5 大坝变形观测方法

水库大坝表面变形观测主要包括垂直位移观测和水平位移观测，其中水平位移观测包括垂直于坝轴线的横向水平位移观测和平行于坝轴线的纵向水平位移观测。垂直位移观测方法有水准测量法、标杆法、液体静力法等。水平位移观测方法有视准线法、小角度法、前方交会法、引张线法、垂线法、激光准直法、精密导线法等。

5.1 白沙水库大坝垂直位移观测

白沙水库大坝垂直位移观测一直采用的是水准测量的方法。在2015年以前仪器一直采用精密水准仪（蔡司

Ni-004），2018年开始采用莱卡DNA03数字水准仪测量。采用徕卡DNA03数字水准仪进行测量，总的测站数必须是偶数，按照奇数站“后前前后”偶数站“前后后前”的观测顺序，采用双转点闭合环线法进行水准测量，精度要求为±4[L]mm，L为闭合环线长度（单位为千米），同时应检验测点两次所测高程不超过±2 mm，否则重测。如果测量累积误差在允许的限差范围之内，可将测量累积误差按测段距离与闭合环线总长度的占比进行分配。视线长度小于50 m，前后视距尽量相等，其差小于1 m;前后视距累计差不大于3 m。当温度较高、地气较大时，采用缩短视距的办法观测;具体观测时间段避开中午前后，选在气象条件比较好的上午前半段和下午的后半段。

5.2 白沙水库大坝水平位移观测

白沙水库大坝水平位移观测在2015年以前一直使用威特3号经纬仪测量，采用的是视准线法测量。测区内由2个基准点（DBS01、DBS02）、4个工作基点（G1、G2、G3、G4）和35个坝体变形监测点组成水平位移监测网。监测网工作基点G1、G2、G3、G4都在两坝肩基础相对稳定、视野比较开阔、方便监测的地方，以满足监测点对监测控制的需要。2018年开始使用徕卡TS11全站仪极坐标法测量，利用2个基准点（DBS01、DBS02）作为已知点。变形观测具有目标多、测回数多、精度要求高等特点，传统人工观测费时费力，作业效率难以提高。徕卡TS11全站仪配合机载软件多测回测角软件很好地解决了这一问题，不仅提供了高效、便捷的自动化测量，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，同时还满足了内、外业数据一体化、规范化的作业要求。

6 大坝变形观测的主要意义

大坝变形观测，是一项长期而细致的工作，只有通过多年的测量数据分析，才能准确掌握大坝变形规律。水库大坝安全监测是大坝安全的“耳目”、隐患事故的“哨兵”，因此做好大坝表面变形观测工作显得尤为重要。当然先进的监测技术和监测方法也至关重要，我们一定要与时俱进，及时更新大坝变形观测技术和监测方法。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.土石坝安全监测技术规范：SL 60—94[S].北京：中国标准出版社，1994.

[2]中华人民共和国建设部.工程测量规范：GB 50026—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]李青岳.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1984.

[4]任权.大坝变形观测[M].南京：河海大学出版社，1989.

[5]中华人民共和国水利部.土石坝安全监测技术规范：SL 551—2012[S].北京：中国水利水电出版社，2012.