寶瓶水電站大壩表面位移變形分析

汪文波，陳得鵬

（甘肅電投河西水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

寶瓶水電站位于甘肅省肅南裕固族自治縣境內(nèi)和青海省祁連縣境內(nèi)的黑河上游，距張掖市約120 km。工程主要任務(wù)是發(fā)電，大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高93.5 m，壩頂高程2 528.60m，防浪墻頂高程2 529.80 m，壩頂長147 m，壩頂寬8 m。上游坡比為1:1.45，下游壩坡2 497.00m高程以上為1:1.5，2 497.00 m高程以下為1:1.4。工程設(shè)計洪水位和正常蓄水位均為2 521.00 m（P=1%），校核洪水位2 522.72 m（P=0.05%），對應(yīng)水庫總庫容2.219×107m3，為日調(diào)節(jié)水庫。電站安裝3臺混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量123 MW。

2 壩體表面水平和垂直位移布置

壩體表面位移監(jiān)測縱斷面共6條，分別為壩橫0+007.00、壩橫0-001.20、壩橫0-026.25、壩橫0-050.00、壩橫0-073.00和壩橫0-094.50，每條測線分別設(shè)置10、7、5、6、5、5個測點，共計38個測點。水平位移測點和垂直位移測點布置同一位置，水平位移采用全站儀按三角網(wǎng)法測量，垂直位移采用水準(zhǔn)儀按幾何水準(zhǔn)法進(jìn)行測量。

寶瓶水電站大壩表面位移觀測布置圖，如圖1所示。每條監(jiān)測橫斷面兩端分別設(shè)置工作基點和校核基點，工作基點共12個，校核基點5個。垂直位移按照國家二等水準(zhǔn)施測，幾何水準(zhǔn)基準(zhǔn)點設(shè)在左岸壩肩。

圖1 寶瓶水電站大壩表面位移觀測布置圖

3 壩體表面位移變化分析

3.1 壩體表面水平位移監(jiān)測成果分析

圖2～圖5為壩體表面水位移（視準(zhǔn)線）變化過程線。

圖2 壩體表面水平位移變化過程線（防浪墻前面板頂部）

圖3 壩體表面水平位移變化過程線（壩后2 517 m高程）

圖4 壩體表面水平位移變化過程線（壩后2 498 m高程）

圖5 壩體表面水平位移變化過程線（壩后2 486 m高程）

（1）壩體表面水平位移始測于2013年10月，此時較2012年2月下閘蓄水已過了20個月，因此2013年10月開始監(jiān)測的壩體表面水平位移量較壩體表面實際發(fā)生的位移量要小。

（2）壩體表面水平位移是以每條視準(zhǔn)線兩端的工作基點為基準(zhǔn)，因此壩體表面水平位移成果是相對于視準(zhǔn)線兩岸端點的相對變化。

（3）相對于2013年10月，壩體表面向下游變形最大值66 mm（壩頂原河床部位的A4測點，2018年11月26日），向上游變形最大值4.8 mm（壩后2 498 m高程A26測點，2014年1月14日）。相對于2013年10月，壩體表面水平位移總體上是向下游變形，向下游的平均值在14.9～39.2 mm，變形量值不大。

（4）2014年壩體表面各測點均呈現(xiàn)出向下游的變化趨勢，2016年后壩體表面水平位移已趨于收斂。

3.2 壩體表面垂直位移變化分析

圖6～圖11為壩體表面垂直位移變化過程線。

圖6 壩前水準(zhǔn)測點變化過程線成果（壩橫0+007）

圖7 壩頂垂直位移測點變化過程線（壩橫0-001）

圖8 壩頂水準(zhǔn)測點變化過程線（壩橫0-001）

圖9 壩后2 517 m高程水準(zhǔn)測點變化過程線（壩橫0-026.5）

圖10 壩后2 486 m高程水準(zhǔn)測點變化過程線（壩橫0-073）

圖11 新增防浪墻水準(zhǔn)測點變化過程線成果

（1）壩體表面最大沉降量及變化速率。壩體表面垂直位移自2013年10月監(jiān)測以來均出現(xiàn)不同程度的下沉，其中河床中部壩頂A13測點的累積沉降量最大，相對2013年10月的最大累積沉降量230.9 mm發(fā)生在2018年12月，壩頂年最大沉降速率從2015年的56.2～64.5 mm/年減小至2018年的20.3 mm/年，壩頂下沉速率已明顯減小，但壩頂沉降尚未完全收斂。

（2）壩前面板頂部垂直位移。河床中部A4測點的累積沉降量最大，相對2013年10月的最大累積沉降量140.2 mm發(fā)生在2018年12月，壩前面板頂部年最大沉降速率從2015年的38.8 mm/年減小至2018年的6.9 mm/年，壩前面板頂部下沉速率已明顯減小，但尚未完全收斂。

（3）新增防浪墻垂直位移。2016年12月，在壩頂上游側(cè)防浪墻底部布設(shè)水準(zhǔn)測點7個。自2016年12月監(jiān)測以來均出現(xiàn)不同程度的下沉，其中河床中部F4測點的累積沉降量最大，相對2016年12月的最大累積沉降量48.3 mm發(fā)生在2018年12月，防浪墻2018年最大沉降速率22.4 mm/年，與壩頂2018年度最大沉降速率20.3 mm/年基本一致。

4 壩體表面位移監(jiān)測分析結(jié)論

4.1 壩體表面水平位移監(jiān)測分析成果

（1）總體來看，壩體表面向下游變形最大值66 mm（壩頂原河床部位的A4測點，2018年11月26日），向上游變形最大值4.8 mm（壩后2 498 m高程A26測點，2014年1月14日）。相對于2013年10月，壩體表面水平位移總體上是向下游變形，向下游的平均值在14.9～39.2 mm，變形量值不大。2016年后壩體表面水平位移已趨于收斂。

（2）2012年2月下閘蓄水，壩體表面位移于2013年10月始測，因此測得的壩體表面水平位移量較壩體表面實際發(fā)生的位移量要小。

4.2 壩體表面垂直位移監(jiān)測分析成果

（1）壩壩體表面垂直位移的分布看，壩前面板頂部、防浪墻、壩頂及壩后各水準(zhǔn)測線均表現(xiàn)出壩高較大河床中部沉降大些，向左右岸沉降量均減小。由于原河床偏向左岸，左岸的壩高相對大些，相應(yīng)的左岸的沉降量也明顯大于右岸。這些分布規(guī)律均符合面板壩及本工程的特點，也進(jìn)一步印證壩體表面垂直位移監(jiān)測成果的可靠性。

（2）從變化趨勢看，目前河床中部壩頂最大沉降速率20.3 mm/年，防浪墻最大沉降速率22.4 mm/年，壩前面板頂部最大沉降速率6.9 mm/年，各部位下沉速率雖已明顯減小，但沉降尚未完全收斂。

（3）壩前面板頂部、防浪墻、壩頂及壩后各水準(zhǔn)測線均表現(xiàn)出下沉趨勢；壩高較大河床中部沉降較大，向左右岸沉降量減小；由于原河床偏向左岸，左岸的壩高相對大些，相應(yīng)左岸沉降量也明顯大于右岸。

（4）2011年3月，壩體填筑到壩頂高程，壩體表面垂直位移2013年10月始測，存在延測現(xiàn)象。截至2018年底，壩頂表面沉降變形最大值230.9 mm（河床中部壩頂A13測點）；壩前面板頂部表面沉降變形最大值140.2 mm（河床中部A4測點）；新增防浪墻底部表面沉降相對2016年12月最大值48.3 mm（河床中部F4測點）。從變化趨勢看，2016年、2017年、2018年、2019年壩頂沉降速率分別為64.5 mm、26.8 mm、20.3 mm、17.4 mm，壩前面板頂部最大沉降速率分別為22.3 mm、8.3 mm、6.9 mm、5.4 mm，各部位下沉速率已明顯減小，但沉降變形尚未收斂。