官廳水庫大壩位移監測資料分析

李東

（北京市清河管理處，北京 100107）

1.工程概況

官廳水庫位于北京市西北約80km的永定河官廳山峽入口處，是根治永定河及其流域的重點工程，始建于1951年10月，1954年5月竣工，1955年7月蓄水運用。官廳水庫樞紐工程由攔河壩、輸水泄洪洞、溢洪道和水電站四部分組成，是一座以防洪、供水、灌溉、發電為主的綜合利用工程。

官廳水庫攔河壩原為粘土心墻土壩，壩頂高程485.00m（大沽高程，下同），總庫容22.7億m3。1989年，完成對官廳水庫的改擴建，攔河壩壩加高7m。在原粘土心墻上接粘土斜墻，壩頂高程增至492.00m，壩頂寬10.0m，壩長增至423m，壩高增至52m，水庫總庫容增至41.6億m3，水庫防洪標準按千年一遇設計，用可能最大洪水校核，主體工程按地震烈度9度設防。

2.監測設施

位移監測設施。1954年3月開始設置位移、沉陷標點。壩體變形觀測點的結構形式采用深層、淺層兩種。深層、淺層觀察點按橫向基線間隔布置，間距均為20m。攔河壩上設有7排，計上游坡2排、壩頂1排、下游坡4排。壩上下游6排共設土壩位移、沉陷標點31個。7月又逐漸在混凝土建筑物上設置標點，計靜水池1個，進水塔1個，溢洪道3個，土壩防浪墻燈柱上沉陷點16個。1989年8月大壩加高后，重建了位移沉陷標點（包括工程施工未涉及的原標點和新設置的標點），共計豎向位移82個標點，水平向位移62個標點（部分豎向位移兼水平位移）。2012年，表面變形監測系統改造工程在原有標點基礎上進行改造，并廢除下游兩排標點，（如圖1所示）共計77位移標點（其中豎向位移兼水平位移）。

圖1 官廳水庫大壩位移觀測設施平面布置圖

3.變形監測資料分析

土壩變形觀測分析的目的是了解變形是否在正常范圍內，并監視裂縫和滑坡破壞，為大壩的安全運行提供依據[1]。本次變形分析，主要是依據官廳水庫攔河壩變形觀測資料，選擇具有代表性的標點及斷面，計算累計沉陷量，繪制豎向位移量等值線平面圖及沉陷過程線，判斷土壩變形是否正常，沉降和水平位移分布是否均勻，壩體是否產生裂縫。

3.1 土壩豎向位移分析

官廳水庫攔河壩加高前老壩體已運行32年，豎向位移量越來越小，逐漸趨于穩定[2]。從繪制的1989―2020年壩面累計豎向位移平面等值線圖（圖2所示）可知，豎向位移最大的點位于填土最厚的壩頂，隨著填土厚度的薄厚程度，沉降量逐漸變化，說明壩體豎向位移量主要取決于填土厚度和上覆荷載的大小。

圖2 豎向位移量平面等值線

根據研究表明，用竣工后相對沉降率為3%和竣工后第一年沉降速率為0.5%作為衡量“累計過大沉陷”的參考指標[3]。通過計算（如圖2所示）壩頂兩排測點（915-920，967-971）的沉降率（即沉降率=豎向位移/填土高×100%），得出1989年加高后第一年最大沉陷率0.13%和最大累計沉陷率0.34%，明顯低于參考指標，說明土壩是安全性是比較高的。

3.2 土壩豎向位移過程線分析

官廳水庫沉陷變化過程的主要影響因素是時間，時間越長，累計沉降量越大。選取DK0+180橫斷面上的979、974、969和963標點繪制1990―2020年的沉陷過程線進行分析。沉陷過程線（如圖3所示）。

圖3 沉陷過程線

由圖3可以看出，在大壩沉陷過程中，加高后壩體初期沉降速率較快，1995年后隨著時間的推移以平均2mm/年的速率緩慢遞增，年沉降量越來越小，逐漸趨于穩定[3]。由于2012年表面變形觀測改造，由水準儀支水準路線觀測改為全站儀雙站前方交會觀測，且水準儀與全站儀存在高程精度上的差異，致使2014年后變幅明顯增大，但屬于上下擺動，總體趨勢一致。

3.3 土壩水平位移分析

土壩水平位移采用視準線法觀測，表面變形監測系統改造工程后采用前方交會法觀測，根據1989―2020年的觀測資料繪制橫向位移分布圖（如圖4所示）可知，上游壩坡整體向上游有不同程度位移，下游左壩坡向下游位移，符合土壩水平位移的一般規律；下游右壩坡明顯向上游位移，但總體水平位移量不大，較為穩定。

圖4 橫向位移量平面圖

3.4 土壩壩體裂縫分析

根據變形監測成果來判斷壩體內產生裂縫的可能性是監測土石壩運行安全的主要手段之一。縱向裂縫的形成，一般是因為壩的橫斷面產生較大的不均勻豎直位移所引起，而橫向裂縫的形成，則是因為壩的縱斷面產生較大的部均勻豎向位移引起[4]。

土壩從巡視檢查結果得知，壩體表面都無裂縫。用傾度法對壩體進行計算分析。

式中，γ―a、b為兩點間的傾度值，%；

ya、yb―a、b兩點至壩軸線的距離，在壩軸線下游側取正，m；

Sa、Sb―a、b測點的累計豎向位移量，m。

計算得出最有可能發生縱向裂縫的968～973點之間和橫向裂縫的923～924點之間傾度值分別為0.21%和0.12%，遠小于南京水利科學研究院提出的1%臨界傾度值，所以壩體產生裂縫的可能性很小。

4.結語

官廳水庫攔河壩經過多次改擴建及觀測設施改造，對觀測資料的連續性和可比性有較大的影響，目前通過對官廳水庫攔河壩表面變形位移監測資料進行系列分析，能夠證明官廳水庫攔河壩沉陷分布均勻，累計沉陷量在正常范圍內，水平位移規律性良好，符合一般規律，產生裂縫的可能性很小，處于穩定狀態。