小湾水电站坝顶表观点平面变形规律研究分析

王 川，杨关发，王亚男 ，王 婷

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南省昆明市 650051；2.华能澜沧江水电股份有限公司，云南省昆明市 650214；3.海洋石油工程股份有限公司检验公司，山东省青岛市 266520；4.云南能投对外能源开发有限公司，云南省昆明市 650228）

0 引言

小湾水电站坝址位于云南省大理白族自治州南涧县和临沧地区凤庆县交界的澜沧江中游河段上，在其支流黑惠江交汇口下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。目前，国内已建成的300m级的双曲高拱坝相对比较少，且水库库容均达上百亿立方米，坝顶监测成果显示，在修建特大型高拱坝的过程中，通过的反反复复的蓄水使得巨大的水推力作用致使大坝产生一定的变形。水位上升坝体向下游倾倒，水位下降坝体向上游倾倒。由于大坝的双曲结构使得大坝左、右岸两端以及中间坝段的变形规律和量级都不一样。因此，本文结合小湾水电站坝顶表观点变形监测资料，对小湾高拱坝坝顶平面变形的规律、量级进行了深入的研究，为高拱坝坝体安全监测及监测设计等提供借鉴。

1 大坝坝顶表观点监测布置图

小湾水电站坝顶一共43个坝段，坝顶高程为1245m。除了1号坝段每个坝段上都设计有一个表观点，其中利用GNSS监测有15个，全站仪监测有27个。2011年6月下旬开始对坝顶EL.1245m实施外部变形监测，初始值观测时间为2011年6月20日，独立观测两遍取中值作为初始值。截至2015年10月12日共进行了61次复测。图1为大坝坝顶表观点监测点布置图。

2 平面监测成果分析

2.1 监测方法及位移分布图

2011年6月20日对坝顶表观点利用徕卡TM30全站仪采用前方交汇的方法进行了初始测量，此后从2011～2015年10月期间，一共进行了61次复测。下面通过各年最高水位和最低水位的变形分布图，来展现出大坝坝顶的变化规律和量级。图2、图3和图4，分别为各年最高水位和最低水位时X和Y方向的累计变形分布图。

图1 大坝坝顶表观点监测布置图

通过高水位和低水位坝顶表观点X方向和Y方向变形分布图可以看出，拱坝的坝顶变形量主要是受水位升降影响，水位在上升的过程中X方向是向着两岸方向移动，右坝段测点向右岸位移，左坝段测点向左岸位移，中间坝段则基本不往左右岸移动，变化很小。Y方向则是中间坝段变形最大，越靠近坝中间Y方向变形越大，反之越小。

图2 2012年最高水位和最低水位时坝顶

图3 2013年最高水位和最低水位时坝顶

图4 2014年最高水位和最低水位时坝顶

2.2 典型测点过程线图

为了更加清晰和方便的指出大坝的变化规律和量级，下面选取了大坝左岸端、右岸端、中间坝段的表观点位移随时间过程曲线，并结合水位的变化充分地展现了拱坝坝顶受水位升降的影响大坝所产生的变化规律。图5～图7分别为大坝右岸端3号坝段测点X和Y方向位移随时间过程曲线图，大坝右岸端23号坝段测点X和Y方向位移随时间过程曲线图，大坝左岸端42号坝段测点X和Y方向位移随时间过程曲线图。

2.3 成果表统计分析

图5 大坝右岸端3号坝段测点

图6 大坝中间23号坝段测点

由于水位升降的变化而导致大坝平面发生位移变化，而拱坝坝顶平面位移变化最大的部位在大坝中间部位，表1为中间21、23号坝段测点分别在高水位和低水位时X方向的变化量统计；表2为中间21、23号坝段测点分别在高水位和低水位时Y方向的变化量统计。

图7 大坝左岸端42号坝段测点

从表1和表2可以看出坝顶21、23号坝段测点X方向上，无论水位在高水位还是低水位（每年高水位和低水位相差约60m左右）坝顶X方向上的位移变化量不大；而在Y方向上每年高水位较低水位的值都相差较大。从2012年开始到2014年，随着各年水位的升降变化，其高水位较低水位的相对变化量值有逐渐增加的趋势。

3 结束语

（1）小湾水电站坝顶表观点平面变形监测研究表明，巨大的水推力作用会使整个大坝产生平面位移变形，使得高拱坝产生向左右岸及下游变形。水位的升降是整个坝顶平面产生变形的主要因素。

表1 坝顶21、23号坝段测点分别在高水位和低水位时X方向的变化量统计

表2 坝顶21、23号坝段测点分别在高水位和低水位时Y方向的变化量统计

（2）整个坝顶一共布置了43个平面监测测点，表观点28个、GNSS测点15个。对于X方向坝顶变形最小的点是位于坝中间及左右岸两端测点；而变形最大的点右坝段在10～13号坝段、左坝段在31～34号坝段。对于Y方向坝顶变形最小的点是位于大坝两端测点；而变形最大的点在大坝中间坝段（22、23号坝段），越靠近坝中间Y方向变形越大，反之越小。

（3）受高拱坝自身结构特点的约束，小湾水电站坝顶表观点分布的位置不一样其变化规律也不一样。特别是大坝中间坝段的点，无论水位在高水位还是低水位（每年高水位和低水位相差约60m左右）坝顶X方向上的位移变化量不大；而在Y方向上受巨大的水推力作用每年高水位较低水位的变形值都相差较大，考虑到时效变形影响，从2012年开始到2014年其高水位变化量值有增加的趋势。

（4）大坝坝顶表观点每年在基本相同的高水位下监测时，其累计变形值逐年增加，一方面是受大坝时效变形的影响；另一方面则是监测工作基准点的校正滞后所造成，因此必需（特别是在水位上升或下降的过程中）利用枢纽区平面控制网基准点对监测工作基准点进行定期或不定期的校准。

[1] 顾冲时，吴中如. 大坝与坝基安全监控理论和方法及其应用[M]. 南京：河海大学出版社，2006.

[2] 赵志仁.大坝安全监测设计.郑州：黄河水利出版社，2003.

[3] 《水利水电工程测量规范》（规划设计阶段）SL 197—2013

[4] 周建平，党林才. 水工设计手册（第2版）第5卷混凝土坝[M]. 北京：中国水利水电出版社，2011.