乌拉泊水库大坝沉降监测的分析

□李金成（乌鲁木齐水业集团有限公司）

乌拉泊水库大坝沉降监测的分析

□李金成（乌鲁木齐水业集团有限公司）

文章以乌拉泊水库为例，介绍了水库大坝内部变形监测情况，通过选取具有代表性的桩号标点绘制大坝累计沉降过程线，对大坝建成以来坝体坝基沉降变化分布规律进行详细研究和探讨，并通过建立累计沉降量s与时间t之间的双曲线函数关系进行沉降数据的回归分析。结果表明，所建立的函数模型与大坝实际沉降情况基本吻合，通过该模型既可以进行大坝运行期间各个时间沉降量的推算，又可以对模型参数实时修正。

水库；大坝；沉降监测；分析

1 工程概况

乌拉泊水库始建于1959年，水库设计库容5784万m3，1961年建成并投入使用，受当时条件限制水库在防洪、抗渗、抗震方面均存在隐患。1975年和1978年被列为全国重点病险水库和重点抗震加固水库。乌拉泊水库位于达坂城～柴窝堡洼地的西部，水库以北4 km处为乌拉泊断裂（F1）、15 km处为妖魔山断裂（F2），两断裂均为区域性活动断裂，尤其后者近期断裂活动比较强烈，是一条至今仍在活动并有发生潜在中强震能力的断裂。据《中国地震烈度区划图》，该区地震基本烈度为Ⅷ度。依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），乌拉泊水库属大（1）型Ⅰ等工程，其主要建筑物大坝、泄洪建筑物按1级建筑物设计，次要建筑物按3级设计，临时建筑物按4级设计。水库大坝为粘土心墙坝，坝长1.05 km，最大坝高27.60 m，坝顶高程1089.60m，坝顶宽6 m。坝顶防浪墙顶高程1090.80m。上游坝坡1086m高程以上为1：3.00，桩号0+530-1050m坝段上游坝坡1 086m高程以下至坝脚，坝坡为1：4.50，1086m高程以上至坝顶，坝坡为1：3，采用现浇150 mm厚混凝土护坡，下游坝坡加厚修整为1：2.25，再铺设厚60mm预制混凝土六棱块，坝顶为混凝土路面。

2 水库大坝沉降监测分析

2.1 坝体表面沉降监测设施

乌拉泊水库坝体沉降和位移主要发生在施工期内，用于坝体内部沉降位移观测的标点为事先埋设，而仅有的是主坝面沉降与位移的表面式监测标点，从施工开始后一直处于监测状态，收集了大量数据资料，可以通过分析归纳土坝沉降规律，对大坝运行情况加以判断。

2.2 沉降过程线及回归分析

2.2.1 沉降过程线

以水库所在流域下游靠近坝顶标点位置的历年观测资料进行分析，乌拉泊水库于2008年开始进行沉降观测，文章选取具有代表性的桩号标点绘制施工期内累计沉降量过程线，详见图1。

图1 施工期内累计沉降量过程线图

由图1可见，主坝沉降的初期，坝体沉降量增加较快，随着时间的推移，在主坝沉降后期缓慢增加，至2011年逐渐趋于稳定，由于桩号0+200和0+380具有较大的填土高度，所以按照土石坝沉降规律，其填土高度比桩号0+500大。

沉降量绝对值大小受填土高度影响较大，沉降量与坝高之比即为沉降率，沉降率是判断大坝是否存在裂缝的常用指标，根据实际经验，大坝完工或沉降率＜1%不会产生裂缝，而沉降率＞3%则产生裂缝的可能性较大。结合乌拉泊水库大坝历年观测资料来看，各标点沉降率均较小，充分表明大坝碾压质量好，抗裂强度高，产生裂缝可能性小，详见表1。

2.2.2 回归分析

结合图1，利用经验公式1/s=α+b/t建立累计沉降量s与时间t之间的双曲线函数关系。2011年受气候环境因素变化的影响，沉降量变动规律发生变化，故以2011年为界限，分为前后两个阶段进行代表性标点数据的回归分析，结果见表2。

表1 乌拉泊水库各标点沉降率表

表2 回归方程成果计算表

由表2可见，沉降量与时间之间相关系数较大（接近1），表明了回归方程具有高度显著的相关关系，将两个时间序列回归方程计算结果与沉降实际结果进行对比可以发现，2008-2011年沉降量差值为8 mm，2012～2016年沉降量差值为7 mm，也表明了沉降量实测过程线与回归方程具有良好的拟合效果，乌拉泊水库大坝累计沉降量与时间呈双曲线函数关系，所建立方程完全符合大坝沉降规律。根据上述模型，还可以对大坝未来时期内沉降情况进行合理预测，绘制沉降预测曲线，并计算出具体的沉降趋势和相应时点的沉降量。利用模型进行下一次沉降监测，将实测沉降量数值进行数学模型的验证，以达到实时修正模型和模型参数的目的。

2.3 坝体沉降

2.3.1 沉降阶段性分析

乌拉泊水库大坝坝体所出现的最大沉降值为19.35 cm，出现在0+180.00断面1 089.60 m高程处，沉降量为坝体高的0.81%，近2 a来坝体沉降量增加很小。坝体沉降几乎都发生在施工期内，由于大坝在施工中持续填筑及水库蓄水的共同作用，测点处发生较快的沉降，但是其中主要原因还在于坝体填筑强度的增大，水库蓄水影响较弱。填筑完成施工结束后，沉降速度大大减弱，可见坝体填筑速度和高度是影响坝体沉降的两个关键量。

如上分析，坝体最大沉降值出现在高程最大的中间断面坝轴线附近，为此笔者选取坝体不同高程坝轴线附近的测点，进行沉降量统计，详见表3。

表3 大坝各测点沉降量统计表

从表3可见，1086m高程以下坝体在大坝蓄水前已经完成了80%沉降量，而到大坝完工前已经完成95%沉降量，坝体沉降已趋于稳定。

2.3.2 沉降分布分析

根据对乌拉泊水库大坝沉降的监测分析结果，坝体中间断面最容易发生沉降，上游侧沉降和坝体下层沉降次之，在施工完建后期沉降量激增，这种变形使大坝坝面沿坝坡向受压严重，且因坝体向下游发生倾斜变形而出现大量水平走向裂缝。坝体填筑结束后，累计沉降量仅为28.30 cm，总体而言，坝体沉降量并不严重，分布较集中，沉降变形较协调。

3 结论

水库大坝沉降监测工作较为复杂且要求较高，文章对乌拉泊水库大坝自2008年安装沉降观测设备以来沉降监测情况进行阐述，清晰地表明了水库大坝沉降量始终处于可接受范围内，整体沉降量较小，而且根据预测，大坝整体情况安全，沉降量数据的变化基本稳定。为保证监测所获得大坝变形数据的准确，需要缩短观测周期、提高观测次数，进行定期检测，为降低观测成本，往往可以通过利用插值法，在没有观测的时间里通过插值进行监测数据的获取和结果的验证。

［1］谭涛，某平原水库大坝外部变形监测分析［J］，水利科技与经济，2015（8）：110-112.

［2］董燕枫，安徽港口湾水库大坝沉降分析［J］，安徽建筑，2015，22（6）：195-196.

［3］郑建媛，崔柏昱，珊溪水库大坝沉降监测分析［J］，浙江水利科技，2011（11）：46-48.

TV698.1

B

1673-8853（2017）11-0082-02

李金成（1978.11-）男，工程师，主要从事水利水电工程运行管理工作。

2017-9-22

编辑：符蕾