官厅水库大坝位移监测资料分析

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。

3.3 土坝水平位移分析

土坝水平位移采用视准线法观测，表面变形监测系统改造工程后采用前方交会法观测，根据1989―2020年的观测资料绘制横向位移分布图（如图4所示）可知，上游坝坡整体向上游有不同程度位移，下游左坝坡向下游位移，符合土坝水平位移的一般规律；下游右坝坡明显向上游位移，但总体水平位移量不大，较为稳定。

图4 横向位移量平面图

3.4 土坝坝体裂缝分析

根据变形监测成果来判断坝体内产生裂缝的可能性是监测土石坝运行安全的主要手段之一。纵向裂缝的形成，一般是因为坝的横断面产生较大的不均匀竖直位移所引起，而横向裂缝的形成，则是因为坝的纵断面产生较大的部均匀竖向位移引起[4]。

土坝从巡视检查结果得知，坝体表面都无裂缝。用倾度法对坝体进行计算分析。

式中，γ―a、b为两点间的倾度值，%；

ya、yb―a、b两点至坝轴线的距离，在坝轴线下游侧取正，m；

Sa、Sb―a、b测点的累计竖向位移量，m。

计算得出最有可能发生纵向裂缝的968～973点之间和横向裂缝的923～924点之间倾度值分别为0.21%和0.12%，远小于南京水利科学研究院提出的1%临界倾度值，所以坝体产生裂缝的可能性很小。

4.结语

官厅水库拦河坝经过多次改扩建及观测设施改造，对观测资料的连续性和可比性有较大的影响，目前通过对官厅水库拦河坝表面变形位移监测资料进行系列分析，能够证明官厅水库拦河坝沉陷分布均匀，累计沉陷量在正常范围内，水平位移规律性良好，符合一般规律，产生裂缝的可能性很小，处于稳定状态。