烏拉泊水庫大壩沉降監測的分析

□李金成（烏魯木齊水業集團有限公司）

烏拉泊水庫大壩沉降監測的分析

□李金成（烏魯木齊水業集團有限公司）

文章以烏拉泊水庫為例，介紹了水庫大壩內部變形監測情況，通過選取具有代表性的樁號標點繪制大壩累計沉降過程線，對大壩建成以來壩體壩基沉降變化分布規律進行詳細研究和探討，并通過建立累計沉降量s與時間t之間的雙曲線函數關系進行沉降數據的回歸分析。結果表明，所建立的函數模型與大壩實際沉降情況基本吻合，通過該模型既可以進行大壩運行期間各個時間沉降量的推算，又可以對模型參數實時修正。

水庫；大壩；沉降監測；分析

1 工程概況

烏拉泊水庫始建于1959年，水庫設計庫容5784萬m3，1961年建成并投入使用，受當時條件限制水庫在防洪、抗滲、抗震方面均存在隱患。1975年和1978年被列為全國重點病險水庫和重點抗震加固水庫。烏拉泊水庫位于達坂城～柴窩堡洼地的西部，水庫以北4 km處為烏拉泊斷裂（F1）、15 km處為妖魔山斷裂（F2），兩斷裂均為區域性活動斷裂，尤其后者近期斷裂活動比較強烈，是一條至今仍在活動并有發生潛在中強震能力的斷裂。據《中國地震烈度區劃圖》，該區地震基本烈度為Ⅷ度。依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），烏拉泊水庫屬大（1）型Ⅰ等工程，其主要建筑物大壩、泄洪建筑物按1級建筑物設計，次要建筑物按3級設計，臨時建筑物按4級設計。水庫大壩為粘土心墻壩，壩長1.05 km，最大壩高27.60 m，壩頂高程1089.60m，壩頂寬6 m。壩頂防浪墻頂高程1090.80m。上游壩坡1086m高程以上為1：3.00，樁號0+530-1050m壩段上游壩坡1 086m高程以下至壩腳，壩坡為1：4.50，1086m高程以上至壩頂，壩坡為1：3，采用現澆150 mm厚混凝土護坡，下游壩坡加厚修整為1：2.25，再鋪設厚60mm預制混凝土六棱塊，壩頂為混凝土路面。

2 水庫大壩沉降監測分析

2.1 壩體表面沉降監測設施

烏拉泊水庫壩體沉降和位移主要發生在施工期內，用于壩體內部沉降位移觀測的標點為事先埋設，而僅有的是主壩面沉降與位移的表面式監測標點，從施工開始后一直處于監測狀態，收集了大量數據資料，可以通過分析歸納土壩沉降規律，對大壩運行情況加以判斷。

2.2 沉降過程線及回歸分析

2.2.1 沉降過程線

以水庫所在流域下游靠近壩頂標點位置的歷年觀測資料進行分析，烏拉泊水庫于2008年開始進行沉降觀測，文章選取具有代表性的樁號標點繪制施工期內累計沉降量過程線，詳見圖1。

圖1 施工期內累計沉降量過程線圖

由圖1可見，主壩沉降的初期，壩體沉降量增加較快，隨著時間的推移，在主壩沉降后期緩慢增加，至2011年逐漸趨于穩定，由于樁號0+200和0+380具有較大的填土高度，所以按照土石壩沉降規律，其填土高度比樁號0+500大。

沉降量絕對值大小受填土高度影響較大，沉降量與壩高之比即為沉降率，沉降率是判斷大壩是否存在裂縫的常用指標，根據實際經驗，大壩完工或沉降率＜1%不會產生裂縫，而沉降率＞3%則產生裂縫的可能性較大。結合烏拉泊水庫大壩歷年觀測資料來看，各標點沉降率均較小，充分表明大壩碾壓質量好，抗裂強度高，產生裂縫可能性小，詳見表1。

2.2.2 回歸分析

結合圖1，利用經驗公式1/s=α+b/t建立累計沉降量s與時間t之間的雙曲線函數關系。2011年受氣候環境因素變化的影響，沉降量變動規律發生變化，故以2011年為界限，分為前后兩個階段進行代表性標點數據的回歸分析，結果見表2。

表1 烏拉泊水庫各標點沉降率表

表2 回歸方程成果計算表

由表2可見，沉降量與時間之間相關系數較大（接近1），表明了回歸方程具有高度顯著的相關關系，將兩個時間序列回歸方程計算結果與沉降實際結果進行對比可以發現，2008-2011年沉降量差值為8 mm，2012～2016年沉降量差值為7 mm，也表明了沉降量實測過程線與回歸方程具有良好的擬合效果，烏拉泊水庫大壩累計沉降量與時間呈雙曲線函數關系，所建立方程完全符合大壩沉降規律。根據上述模型，還可以對大壩未來時期內沉降情況進行合理預測，繪制沉降預測曲線，并計算出具體的沉降趨勢和相應時點的沉降量。利用模型進行下一次沉降監測，將實測沉降量數值進行數學模型的驗證，以達到實時修正模型和模型參數的目的。

2.3 壩體沉降

2.3.1 沉降階段性分析

烏拉泊水庫大壩壩體所出現的最大沉降值為19.35 cm，出現在0+180.00斷面1 089.60 m高程處，沉降量為壩體高的0.81%，近2 a來壩體沉降量增加很小。壩體沉降幾乎都發生在施工期內，由于大壩在施工中持續填筑及水庫蓄水的共同作用，測點處發生較快的沉降，但是其中主要原因還在于壩體填筑強度的增大，水庫蓄水影響較弱。填筑完成施工結束后，沉降速度大大減弱，可見壩體填筑速度和高度是影響壩體沉降的兩個關鍵量。

如上分析，壩體最大沉降值出現在高程最大的中間斷面壩軸線附近，為此筆者選取壩體不同高程壩軸線附近的測點，進行沉降量統計，詳見表3。

表3 大壩各測點沉降量統計表

從表3可見，1086m高程以下壩體在大壩蓄水前已經完成了80%沉降量，而到大壩完工前已經完成95%沉降量，壩體沉降已趨于穩定。

2.3.2 沉降分布分析

根據對烏拉泊水庫大壩沉降的監測分析結果，壩體中間斷面最容易發生沉降，上游側沉降和壩體下層沉降次之，在施工完建后期沉降量激增，這種變形使大壩壩面沿壩坡向受壓嚴重，且因壩體向下游發生傾斜變形而出現大量水平走向裂縫。壩體填筑結束后，累計沉降量僅為28.30 cm，總體而言，壩體沉降量并不嚴重，分布較集中，沉降變形較協調。

3 結論

水庫大壩沉降監測工作較為復雜且要求較高，文章對烏拉泊水庫大壩自2008年安裝沉降觀測設備以來沉降監測情況進行闡述，清晰地表明了水庫大壩沉降量始終處于可接受范圍內，整體沉降量較小，而且根據預測，大壩整體情況安全，沉降量數據的變化基本穩定。為保證監測所獲得大壩變形數據的準確，需要縮短觀測周期、提高觀測次數，進行定期檢測，為降低觀測成本，往往可以通過利用插值法，在沒有觀測的時間里通過插值進行監測數據的獲取和結果的驗證。

［1］譚濤，某平原水庫大壩外部變形監測分析［J］，水利科技與經濟，2015（8）：110-112.

［2］董燕楓，安徽港口灣水庫大壩沉降分析［J］，安徽建筑，2015，22（6）：195-196.

［3］鄭建媛，崔柏昱，珊溪水庫大壩沉降監測分析［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，工程師，主要從事水利水電工程運行管理工作。

2017-9-22

編輯：符蕾