官厅水库大坝位移监测资料分析

2021-09-07李东

中国科技纵横 2021年12期

李东

（北京市清河管理处，北京 100107）

1.工程概况

官厅水库位于北京市西北约80km的永定河官厅山峡入口处，是根治永定河及其流域的重点工程，始建于1951年10月，1954年5月竣工，1955年7月蓄水运用。官厅水库枢纽工程由拦河坝、输水泄洪洞、溢洪道和水电站四部分组成，是一座以防洪、供水、灌溉、发电为主的综合利用工程。

官厅水库拦河坝原为粘土心墙土坝，坝顶高程485.00m（大沽高程，下同），总库容22.7亿m3。1989年，完成对官厅水库的改扩建，拦河坝坝加高7m。在原粘土心墙上接粘土斜墙，坝顶高程增至492.00m，坝顶宽10.0m，坝长增至423m，坝高增至52m，水库总库容增至41.6亿m3，水库防洪标准按千年一遇设计，用可能最大洪水校核，主体工程按地震烈度9度设防。

2.监测设施

位移监测设施。1954年3月开始设置位移、沉陷标点。坝体变形观测点的结构形式采用深层、浅层两种。深层、浅层观察点按横向基线间隔布置，间距均为20m。拦河坝上设有7排，计上游坡2排、坝顶1排、下游坡4排。坝上下游6排共设土坝位移、沉陷标点31个。7月又逐渐在混凝土建筑物上设置标点，计静水池1个，进水塔1个，溢洪道3个，土坝防浪墙灯柱上沉陷点16个。1989年8月大坝加高后，重建了位移沉陷标点（包括工程施工未涉及的原标点和新设置的标点），共计竖向位移82个标点，水平向位移62个标点（部分竖向位移兼水平位移）。2012年，表面变形监测系统改造工程在原有标点基础上进行改造，并废除下游两排标点，（如图1所示）共计77位移标点（其中竖向位移兼水平位移）。

图1 官厅水库大坝位移观测设施平面布置图

3.变形监测资料分析

土坝变形观测分析的目的是了解变形是否在正常范围内，并监视裂缝和滑坡破坏，为大坝的安全运行提供依据[1]。本次变形分析，主要是依据官厅水库拦河坝变形观测资料，选择具有代表性的标点及断面，计算累计沉陷量，绘制竖向位移量等值线平面图及沉陷过程线，判断土坝变形是否正常，沉降和水平位移分布是否均匀，坝体是否产生裂缝。

3.1 土坝竖向位移分析

官厅水库拦河坝加高前老坝体已运行32年，竖向位移量越来越小，逐渐趋于稳定[2]。从绘制的1989―2020年坝面累计竖向位移平面等值线图（图2所示）可知，竖向位移最大的点位于填土最厚的坝顶，随着填土厚度的薄厚程度，沉降量逐渐变化，说明坝体竖向位移量主要取决于填土厚度和上覆荷载的大小。

图2 竖向位移量平面等值线

根据研究表明，用竣工后相对沉降率为3%和竣工后第一年沉降速率为0.5%作为衡量“累计过大沉陷”的参考指标[3]。通过计算（如图2所示）坝顶两排测点（915-920，967-971）的沉降率（即沉降率=竖向位移/填土高×100%），得出1989年加高后第一年最大沉陷率0.13%和最大累计沉陷率0.34%，明显低于参考指标，说明土坝是安全性是比较高的。

3.2 土坝竖向位移过程线分析

官厅水库沉陷变化过程的主要影响因素是时间，时间越长，累计沉降量越大。选取DK0+180横断面上的979、974、969和963标点绘制1990―2020年的沉陷过程线进行分析。沉陷过程线（如图3所示）。

图3 沉陷过程线

由图3可以看出，在大坝沉陷过程中，加高后坝体初期沉降速率较快，1995年后随着时间的推移以平均2mm/年的速率缓慢递增，年沉降量越来越小，逐渐趋于稳定[3]。由于2012年表面变形观测改造，由水准仪支水准路线观测改为全站仪双站前方交会观测，且水准仪与全站仪存在高程精度上的差异，致使2014年后变幅明显增大，但属于上下摆动，总体趋势一致。