宋鐵軍

（陜西省石頭河水庫灌溉管理局樞紐管理處 陜西 眉縣 722311）

1 基本情況

石頭河水庫位于陜西省眉縣斜峪關(guān)，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、城鎮(zhèn)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（二）型水利工程。水庫大壩為粘土心墻砂卵石混合壩，最大壩高114m，壩底寬488m，壩頂長590m，寬10m，壩頂高程808m。

石頭河水庫大壩在施工及運行期間，相繼布設(shè)了變形、滲流、庫區(qū)淤積、水文氣象等安全監(jiān)測設(shè)施。多年來，這些設(shè)施的正常運行，為正確分析評判大壩工作狀態(tài)提供了重要依據(jù)。大壩位移監(jiān)測設(shè)施在整個大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中，布設(shè)合理、觀測周期長、觀測資料最為連續(xù)、可靠。本文就從位移監(jiān)測方面談一下自己的分析和建議。

2 監(jiān)測項目布置

石頭河水庫大壩變形監(jiān)測項目包括表面位移監(jiān)測和內(nèi)部位移監(jiān)測。表面位移監(jiān)測包含表面豎向位移和橫向水平位移觀測兩項；內(nèi)部變形監(jiān)測為內(nèi)部分層豎向位移觀測。

2.1 表面變形監(jiān)測

用于大壩表面位移監(jiān)測的固定基點共有83個，其中：Ⅳ等黃海高程點2個，布設(shè)在大壩下游；高程起測基點9個；用于表面橫向水平位移觀測的校核基點8個，工作基點14個；表面豎向位移及橫向水平位移共用的測點50個。校核基點、工作基點、測點均為墩式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并加蓋保護，且布置在平行于壩軸線的8條直線上；上游坡面3條，距壩軸線較近的一條稱S1、依次向上游為S2、S3；位于壩頂壩軸線下游的1條為X1；位于壩下游坡面有4條，依次向下游為 X2、X3、X4、X5。

2.2 內(nèi)部變形

大壩心墻區(qū)共設(shè)置了4組橫臂式沉降儀，第一組在0+203斷面壩軸線下游0.5m處，為河床清基最深部位，基礎(chǔ)高程為694.60m；第二組在0+312.05m斷面壩軸上游1.84m處，為河床基巖F1斷層地帶，基礎(chǔ)高程為700.066m；第三組在左岸臺地0+021.73m處，基礎(chǔ)高程為783.158m；第四組在右岸臺地0+459.48m處，基礎(chǔ)高程為782.708m。至1990年底，0+203.00斷面固結(jié)管因測沉器卡管后不能按橫梁測點進行測量。0+312.05斷面固結(jié)管也因測沉器卡管報廢。0+021.73m和0+459.8m兩根固結(jié)管目前尚好。

3 監(jiān)測項目觀測

3.1 觀測周期

大壩在正常運行情況下，變形監(jiān)測每4個月觀測一次（3月、7月、11月）；汛期庫水位變化較大時（陡升陡降）或水位超過汛限水位798m時，增加一次觀測；當庫水放空時，亦增加一次觀測。

3.2 觀測方法和要求

（1）變形觀測的正負號規(guī)定：水平位移：向下游為正，反之為負。豎向位移：向下為正，向上為負。

（2）大壩表面豎向位移采用水準法測量，參照國家三等水準測量方法進行閉合路線測量，閉合差控制在±1.4 n1/2mm（n為測站數(shù)）內(nèi)，采用DS1型精密水準儀和3m雙面水準尺配合使用。

（3）大壩表面橫向水平位移采用視準線法測量。使用SD—65型視準儀和活動覘標。觀測位移測點時，每測回的允許誤差應(yīng)小于4mm（取兩倍中誤差）。所需測回數(shù)不得少于兩個測回。

（4）大壩內(nèi)部分層豎向位移采用橫臂式沉降儀用測沉器觀測。在大壩表面豎向位移觀測時一并測出橫臂式沉降儀管口高程，再用測沉器配合鋼尺測出管頂至管內(nèi)下口距離，平行測讀兩次，讀數(shù)差不得大于2mm，后換算出各測點的高程。

4 位移監(jiān)測資料分析

考慮監(jiān)測資料的連續(xù)性、準確性和代表性，本文選用1988年～2010年的位移觀測資料進行分析。大壩S1排測點在大壩上游壩頂附近，可反映大壩壩頂段的位移變化，X4排測點在大壩下游壩腳附近，可反映大壩壩腳段的位移變化，此兩排測點連續(xù)性好、測點分布合理，代表性強，故選用此兩排測點為分析對象。

4.1 大壩表面水平位移變化規(guī)律分析

從圖1、2可以看出，S1排測點的累計位移是向上游位移，并隨著測點高程的增加有所增大，如截至2010年11月，S1排測點累計位移在-60mm～-40mm之間變化。X4測點累計位移向下游位移，并隨著測點高程的降低，向下游的位移量減少，如截至2010年3月，X4排各測點累計位移一般在0～40mm之間變化。由此看出，大壩壩頂附近水平位移以上游移動為主，且隨著測點高程的增加有所增大，而壩腳附近位移以下游移動為主，且隨測點高程降低而減少，大壩水平位移總體以局部位移為主，對大壩整體邊坡穩(wěn)定有利。

從影響各測點變化的主要因素看，上游庫水位升降對壩體水平位移測值有一定影響。庫水位升高，測值增大，庫水位降低，則測值減小，尤其下游壩體影響更為明顯。

從各測點的特征值看：S1排測點中向上游位移最大為-59.68mm，發(fā)生在0+446.00m的S1-6測點處（1995年5月21日），X4排測點中向下游位移最大為40.41mm，發(fā)生在0+203.00m的X4-2測點處（2007年3月19日）。由此可見，上游壩坡最大位移點一般發(fā)生在0+446.00m左右壩段，位移量較大；下游坡向下游方向變形的最大位移點一般在河床壩段（最大壩高）處，位移量不大。

圖1 S1排測點水平位移變化過程性

圖2 X4排測點水平位移變化過程性

圖3 S1排測點豎向位移變化過程線

圖4 X4排測點豎向位移變化過線

圖5 西臺地0+021.73m斷面壩體層累積壓縮量變化圖

4.2 豎向位移觀測資料分析

從圖3～圖4可以看出，隨著時間的推移，大壩豎向位移逐漸增大。尤其與壩前初次蓄水密切相關(guān)，在1994年前快速完成大壩大部分沉降量。從壩體豎向位移總體情況來看，其豎向位移過程符合壩體的變形規(guī)律。后期的蓄水對壩體的沉降影響較小。從變化趨勢來看，S1排測點沉降未見穩(wěn)定跡象，X4排測點沉降基本趨于穩(wěn)定。

從其特征值可以看，截至2010年3月，壩體最大沉降位移為297mm（為最大壩高的0.26%），發(fā)生在上游坡0+203.00m的S1-3測點處，其次為292mm，發(fā)生在0+312.00m的S1-4測點處，這主要是由于上游坡遇水濕化影響所致。下游坡X4排測點沉降量相對較小，最大沉降量為29mm。由壩體沉降特征值分布規(guī)律可得出，壩體最大沉降量發(fā)生在河床壩段0+203.00m～0+312.00m的中上部（心墻兩側(cè)），存在一定程度的拱效應(yīng)，這符合土石心墻壩沉降變形的一般變化規(guī)律。壩腳處測點沉降位移變化基本穩(wěn)定，表明了邊坡無滑動破壞的跡象。

4.3 壩體內(nèi)部變形分析

目前0+271.73m和0+459.80m固結(jié)沉降管可以正常觀測，本次分析的觀測序列為1980年12月12日～2010年3月17日。繪制各層累積壓縮量過程線見圖5～圖6。

從圖中可以看出，0+459.80m斷面底部的0#～1#層間土體固結(jié)壓縮量最大，最大固結(jié)壓縮量為 377mm，0+271.73m斷面底部的0#～1#層間土體固結(jié)壓縮量較大，最大固結(jié)壓縮量為108mm。可以看出，大壩壩體固結(jié)沉降總量的90%左右是大壩完工至初次蓄水（1981年）的初期完成的，之后的30余年內(nèi)，大壩固結(jié)沉降量較小，基本趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論及建議

圖6 東臺地0+459.80m斷面壩體層累積壓縮量變化圖

5.1 結(jié)論

石頭河水庫大壩位移監(jiān)測整體布置合理，監(jiān)測周期長，監(jiān)測資料完整、可靠，對研究分析大壩在施工和運用期間穩(wěn)定和安全起到了重要的作用。

通過對石頭河水庫大壩位移觀測資料的整理分析，得到如下主要結(jié)論：

（1）壩頂附近累計水平位移是向上游位移，最大位移點在0+446左右斷面，并隨著測點高程的增加而增大，壩腳附近累計水平位移是向下游位移，最大位移點在0+203左右斷面，并隨著測點高程的降低而減小；壩前庫水位升降對壩體水平位移測值有一定影響。庫水位升高，測值增大，庫水位降低，則測值減小，壩體向下游位移減小。大壩水平位移總體以局部位移為主，且位移量相對較小，大壩整體邊坡穩(wěn)定。

（2）大壩豎向位移隨著時間的推移，豎向位移逐漸增大。初次蓄水后，在1994年前快速完成大壩大部分沉降量。從壩體豎向位移總體情況來看，其豎向位移過程符合壩體的變形規(guī)律。從變化趨勢來看，S1測線測點沉降未穩(wěn)定，X4排測點沉降基本趨于穩(wěn)定。從其特征值可以看，壩體最大沉降量發(fā)生在河床壩段0+203.00m～0+312.00m的中上部（心墻兩側(cè)），需進一步加強監(jiān)測；壩腳處測點沉降位移變化基本穩(wěn)定，表明了邊坡無滑動破壞的跡象。

（3）壩體內(nèi)部變形觀測分析。大壩壩體固結(jié)沉降總量的90%左右是大壩施工期至運行初期完成的，之后的20多年內(nèi)，大壩內(nèi)部沉降量較小，基本趨于穩(wěn)定。

5.2 建議

（1）加密觀測橫斷面。X1、S1測線觀測視線超過900m，測點距離最大達109m，不符合《土石壩安全監(jiān)測規(guī)范》有關(guān)要求，建議在測線上加密測點，并盡量選擇較好的天氣條件進行觀測，以確保監(jiān)測精度高，監(jiān)測資料真實、可靠，能正確反映大壩實際運行工況。

（2）補全工作基點及校核基點。在左岸泄洪洞箱涵頂設(shè)立鋼筋混凝土觀測墩（或塔）作為工作基點，使X5縱斷面上兩岸均有工作基點，以提高資料的精確度。在可能的情況下，達到各觀測縱斷面上兩岸各設(shè)一個工作基點和一個校核基點。

（3）石頭河水庫大壩的位移監(jiān)測儀器及方法都是上世紀七十年代的產(chǎn)品和方法，測量誤差大、勞動量大。建議對位移監(jiān)測系統(tǒng)進行自動化升級改造。陜西水利