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摘要：凤滩水电站位于湖南省西部，沅水的主要支流酉水下游，处在武陵山脉的高山夹谷地带，以发电为主，兼有防洪航运灌溉等综合效益。主体工程以拦河大坝、坝内式厂房、深井式引水道、泄洪放空底孔、过船过木筏道、灌溉进水口等六部分组成。电站为一等工程，大坝按一级建筑物设计，正常运用洪水标准采用500年一遇（原设计按1000年一遇洪水标准）、非常运用洪水标准采用5000年一遇。
关键词：凤滩大坝；坝顶水平位；监测分析；水平位移监测
中图分类号：TV642文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）23-0130-03
凤滩大坝轴线半径243m，坝顶中心角115°，坝顶弧长488m，坝顶高程211.5m，最大坝高112.5m，底宽60.5m。大坝分27个坝段施工，最终以按缝灌浆形成整体，其中8#～20#坝段为溢流坝，其余两岸坝段为实体坝。大坝共布置有闸门13孔，每孔安装14m×13m（宽×高）弧型闸门，采用坝顶敞开式溢洪及高低坎挑流碰撞消能方式，堰顶高程193m。放空底孔布置1个，用6×12m平板检修门挡水，出口为6×7m的弧型工作门。
凤滩大坝为混凝土空腹重力拱坝，其坝体经接缝灌浆形成整体，兼有拱坝和重力坝变形特点，但拱坝变形特征更明显。当坝体受力时，其荷载通过坝体向两岸坝肩和坝基传递。大坝在水位上升或坝体温降时向下游变位；水位下降或坝体温升时向上游变位。
1凤滩大坝水平位移监测系统布置
凤滩大坝水平位移监测系统有坝顶视准线、垂线监测，其测点布置如下：
1.1坝顶绝对水平位移监测布置
凤滩大坝坝顶绝对水平位移观测采用视准线法，测点数共4个，分别布置在坝顶（高程211.5m）拱冠12#与13#坝块及左右1/4拱圈的8#和19#坝块上。左岸布置工作基点A10，右岸布置4个后视基点，两者相距约460m左右，共形成4条视准线，采用T3经纬仪配活动觇标进行监测。
1979年混凝土浇至坝顶，在坝顶上建了四个永久性变位监测点，用视准线监测坝顶的水平位移。1980年4月17号开始观测，该日上游水位178.84m，下游水位为119.90m，坝下气温为19.8℃。由于当天的视准线各测点的初始监测值为零，在下面的分析中，各测点的水平位移值是以第一天（1980年4月17号各测点的实测值）为基准的相对位移。
位移方向规定以向下游为正，向上游为负。
1.2坝体及坝肩正、倒垂系统布置
大坝共布置有3条正垂线，主要用来反映大坝坝顶相对于坝基的挠度（相对水平位移），分别布置在8#、13#、19#坝块，测得的▽211m的挠度值可与相应坝块的视准线测值相互校验。每条垂线按高程布置共有3个测点，分别布置在▽175m、▽145m观测廊道及▽110基础灌浆廊道内。
2坝顶水平位移（视准线）年变幅的空间分布规律
图12009～2011年各坝段坝顶水平位移年变幅分布图
表1坝顶水平位移年变幅统计表
时段 8#坝段 12#坝段 13#坝段 19#坝段
2009年 12.73 16.43 18.56 21.08
2010年 9.32 9.76 12.92 14.07
2011年 12.92 19.11 21.24 20.45
图1和表1数据反映出，在各坝段坝顶水平位移极值所对应的环境量基本一致的工况下，自8#坝段至19#坝段的坝顶水平位移年变幅呈现从小到大分布规律，这与一般的重力拱坝的变化规律不同（通常是处于纵轴线中部的坝高大的坝段变幅较大）。
现结合凤滩大坝的结构特点，对大坝多年的观测数据进行分类统计，以便对凤滩大坝这一变化规律的形成原因进行分析。
3监测资料简要分析
由于凤滩大坝为混凝土重力拱坝，其水平位移的变化主
要受温度和库水位变化的影响，故主要从该两方面进行分析。
3.1气温相近，库水位变化工况
可以认为，大坝结构刚度在竖直方向上变化最大处在泄流孔堰底高程193m处，为了分析水荷载对其所形成的影响，将历年视准线数据以库水位高低按泄流孔堰底高程193m分段，将气温相近的测值进行统计，如表2：
表2大壩视准线相近气温（库水位变化）的水平位移位移变幅（mm）
相近气温视准线变幅（库水位193m以下）
日期 气温
（℃）
库水位
（m） 8#坝块
（mm） 12#坝块
（mm） 13#坝块
（mm） 19#坝块
（mm）
2003-2-12 2.4 191.07 12.80 12.11 11.85 9.02
2005-1-1 4.0 189.06 9.93 12.55 10.10 8.57
2012-2-1 5.9 189.89 11.79 12.33 11.51 10.70
2004-1-19 6.2 173.37 6.65 2.48 1.94 6.77
2003-2-16 6.6 190.45 10.41 12.21 10.30 9.73
2005-2-1 6.9 187.9 11.25 11.93 10.31 8.60
2004-1-11 7.1 170.84 6.90 1.56 1.62 3.49
2012-3-1 7.1 185.88 11.61 14.27 11.36 8.59
最大值 12.80 14.27 11.85 10.70
最小值 6.65 1.56 1.62 3.49
变幅 6.15 12.71 10.23 7.21
相近气温视准线变幅（库水位193m以上）
日期 气温（℃） 库水位（m） 8#坝块（mm） 12#坝块（mm） 13#坝块（mm） 19#坝块
2003-2-6 10.4 193.89 13.64 13.57 11.88 12.22
2010-11-27 10.8 204.06 15.73 17.33 15.38 14.76
2008-11-1 11.2 204.51 12.88 15.00 12.44 9.34
2003-1-21 11.6 195.87 12.79 13.65 11.58 13.38
最大值 15.73 17.33 15.38 14.76
最小值 12.79 13.57 11.58 9.34
变幅 2.94 3.76 3.80 5.42
（说明：因篇幅所限，仅统计部分数据）
从表2的变幅值分布状况可以看出，在库水位为193m以下、气温相近时，12坝段、13坝段的视准线变幅比其他两个坝段大，其原因为12坝段、13坝段的坝高大于其他坝段，符合一般规律。而在库水位为193m以上、气温相近时，从8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布状况，并未表现出坝高大而变幅大的规律，8#、12#视准线测点所处闸墩的断面宽度为13#、19#的2倍，其刚度不同，而闸门的宽度一样，其所受到的水荷载相同，当相同的水荷载通过闸门传递到刚度不同的闸墩而产生的变形幅度不同，刚度越大变幅越小，同时12#、13#为相邻坝段，有一定的相互约束作用，从而导致由8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布
状况。
3.2库水位相近，气温变化工况
将历年（2003～2012年）视准线数据按相近库水位随气温变化的测值进行统计，如表3。表中的水平位移变幅为所对应库水位分段的任意时期视准线测值的最大值与最小值的差值。
表3大坝视准线在相近库水位（气温变化）的水平位移变幅（mm）
库水位分段 8#坝块 12#坝块 13#坝块 19#坝块
170.34～171.59 6.10 5.08 3.32 4.35
179.57～182.22 6.43 8.33 12.04 12.94
183.58～186.38 8.06 11.47 11.89 13.75
188.05～190.12 9.96 9.48 11.51 14.00
190.48～192.72 8.71 7.40 14.97 16.42
193.97～196.01 9.75 9.11 13.51 14.24
196.89～198.19 7.44 9.35 10.76 11.86
199.46～200.42 9.85 15.13 13.44 14.44
201.99～203.94 8.01 9.72 10.57 13.69
平均變幅 8.26 9.45 11.33 12.85
从表3中视准线在相近库水位随气温变化的变幅值统计表可以看出，由于大坝结构的不均匀性或观测误差的影响，在不同库水位时各坝段的变幅大小不尽一致，但其平均变幅仍是自8#坝段至19#坝段呈现从小到大
分布。
其原因为不同坝段的断面尺寸不同，导致由于温度变化而产生的温度荷载不同，相应坝段的水平位移也就不同。（1）凤滩大坝为空腹坝，9＃～12＃坝段为厂房坝段，处于空腹位置，其断面尺寸较其他坝段小，其温度荷载相应较小，从而在其他因素一致时，厂房坝段由于温度变化而产生的水平位移变化也较小，并且8＃与9＃坝段及12＃与13＃坝段相邻，相互间存在约束作用，同时8＃坝段坝高较12＃、13＃坝段小，从而形成由8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布状况。（2）视准线各测点都位于空腹坝段，但19坝段与21坝段（实心）相对较近，受其约束作用，致使19坝段相对其他测点最大，8坝段的坝高相对12、13坝段小，故其变幅小。
3.3大坝正垂线监测数据与视准线数据的同一性
大坝正垂线在▽145、▽175、▽211都分别布置了测点，通过其在不同坝段、不同高程的测值变化规律，能更好地揭示大坝结构特征而形成的凤滩大坝坝顶水平位移（视准线）年变幅的空间分布所特有的规律。将大坝正垂自动化径向位移变幅进行统计，见表4：
表42011年大坝正垂自动化径向位移变幅
PL08 PL13 PL19
▽145 7.26 10.59 6.2
▽175 8.98 11.06 11.09
▽211 15.69 16.73 27.55
从表4正垂径向位移年变幅统计表中可以看出，在▽145高程13坝段变幅最大，随着高程的增加，呈现从8坝段至19坝段变幅由小到大分布。其原因与视准线一样，8坝段基岩面高程为109.39m，19坝段基岩面高程为114.82m，13坝段基岩高程为100.37m，在▽145高程时，坝体高度对水平位移变化影响所占权重大，随着高度的增加其权重逐渐减小，凤滩大坝结构特点对水平位移变化影响所占权重逐渐增大，在水荷载和温度荷载的综合影响下，大坝水平位移变幅表现为从8坝段至19坝段由小到大分布规律。
3.4测精度影响
从仪器测站位于大坝左岸，从8#坝段至19#坝段的视距由小变大，观测精度由高变低，也是该视准线变幅分布状况的原因之一。
4结论
综上所述，凤滩大坝水平位移变幅自8#坝段至19#坝段，年变幅呈现从小到大分布规律与凤滩大坝为混凝土空腹重力拱坝这一结构特点有关，综合为：（1）温度荷载方面，空腹坝段与实体坝段断面积不同，致使温度荷载不同而导致水平位移变幅不同；（2）水荷载方面，闸墩厚度不同，闸门的宽度一样，相同的水荷载通过闸门传递到刚度不同的闸墩而产生的变形幅度不同。在水荷载和温度荷载的综合影响下，大坝水平位移变幅表现为从8坝段至19坝段由小到大分布规律。
关键词：凤滩大坝；坝顶水平位；监测分析；水平位移监测
中图分类号：TV642文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）23-0130-03
凤滩大坝轴线半径243m，坝顶中心角115°，坝顶弧长488m，坝顶高程211.5m，最大坝高112.5m，底宽60.5m。大坝分27个坝段施工，最终以按缝灌浆形成整体，其中8#～20#坝段为溢流坝，其余两岸坝段为实体坝。大坝共布置有闸门13孔，每孔安装14m×13m（宽×高）弧型闸门，采用坝顶敞开式溢洪及高低坎挑流碰撞消能方式，堰顶高程193m。放空底孔布置1个，用6×12m平板检修门挡水，出口为6×7m的弧型工作门。
凤滩大坝为混凝土空腹重力拱坝，其坝体经接缝灌浆形成整体，兼有拱坝和重力坝变形特点，但拱坝变形特征更明显。当坝体受力时，其荷载通过坝体向两岸坝肩和坝基传递。大坝在水位上升或坝体温降时向下游变位；水位下降或坝体温升时向上游变位。
1凤滩大坝水平位移监测系统布置
凤滩大坝水平位移监测系统有坝顶视准线、垂线监测，其测点布置如下：
1.1坝顶绝对水平位移监测布置
凤滩大坝坝顶绝对水平位移观测采用视准线法，测点数共4个，分别布置在坝顶（高程211.5m）拱冠12#与13#坝块及左右1/4拱圈的8#和19#坝块上。左岸布置工作基点A10，右岸布置4个后视基点，两者相距约460m左右，共形成4条视准线，采用T3经纬仪配活动觇标进行监测。
1979年混凝土浇至坝顶，在坝顶上建了四个永久性变位监测点，用视准线监测坝顶的水平位移。1980年4月17号开始观测，该日上游水位178.84m，下游水位为119.90m，坝下气温为19.8℃。由于当天的视准线各测点的初始监测值为零，在下面的分析中，各测点的水平位移值是以第一天（1980年4月17号各测点的实测值）为基准的相对位移。
位移方向规定以向下游为正，向上游为负。
1.2坝体及坝肩正、倒垂系统布置
大坝共布置有3条正垂线，主要用来反映大坝坝顶相对于坝基的挠度（相对水平位移），分别布置在8#、13#、19#坝块，测得的▽211m的挠度值可与相应坝块的视准线测值相互校验。每条垂线按高程布置共有3个测点，分别布置在▽175m、▽145m观测廊道及▽110基础灌浆廊道内。
2坝顶水平位移（视准线）年变幅的空间分布规律
图12009～2011年各坝段坝顶水平位移年变幅分布图
表1坝顶水平位移年变幅统计表
时段 8#坝段 12#坝段 13#坝段 19#坝段
2009年 12.73 16.43 18.56 21.08
2010年 9.32 9.76 12.92 14.07
2011年 12.92 19.11 21.24 20.45
图1和表1数据反映出，在各坝段坝顶水平位移极值所对应的环境量基本一致的工况下，自8#坝段至19#坝段的坝顶水平位移年变幅呈现从小到大分布规律，这与一般的重力拱坝的变化规律不同（通常是处于纵轴线中部的坝高大的坝段变幅较大）。
现结合凤滩大坝的结构特点，对大坝多年的观测数据进行分类统计，以便对凤滩大坝这一变化规律的形成原因进行分析。
3监测资料简要分析
由于凤滩大坝为混凝土重力拱坝，其水平位移的变化主
要受温度和库水位变化的影响，故主要从该两方面进行分析。
3.1气温相近，库水位变化工况
可以认为，大坝结构刚度在竖直方向上变化最大处在泄流孔堰底高程193m处，为了分析水荷载对其所形成的影响，将历年视准线数据以库水位高低按泄流孔堰底高程193m分段，将气温相近的测值进行统计，如表2：
表2大壩视准线相近气温（库水位变化）的水平位移位移变幅（mm）
相近气温视准线变幅（库水位193m以下）
日期 气温
（℃）
库水位
（m） 8#坝块
（mm） 12#坝块
（mm） 13#坝块
（mm） 19#坝块
（mm）
2003-2-12 2.4 191.07 12.80 12.11 11.85 9.02
2005-1-1 4.0 189.06 9.93 12.55 10.10 8.57
2012-2-1 5.9 189.89 11.79 12.33 11.51 10.70
2004-1-19 6.2 173.37 6.65 2.48 1.94 6.77
2003-2-16 6.6 190.45 10.41 12.21 10.30 9.73
2005-2-1 6.9 187.9 11.25 11.93 10.31 8.60
2004-1-11 7.1 170.84 6.90 1.56 1.62 3.49
2012-3-1 7.1 185.88 11.61 14.27 11.36 8.59
最大值 12.80 14.27 11.85 10.70
最小值 6.65 1.56 1.62 3.49
变幅 6.15 12.71 10.23 7.21
相近气温视准线变幅（库水位193m以上）
日期 气温（℃） 库水位（m） 8#坝块（mm） 12#坝块（mm） 13#坝块（mm） 19#坝块
2003-2-6 10.4 193.89 13.64 13.57 11.88 12.22
2010-11-27 10.8 204.06 15.73 17.33 15.38 14.76
2008-11-1 11.2 204.51 12.88 15.00 12.44 9.34
2003-1-21 11.6 195.87 12.79 13.65 11.58 13.38
最大值 15.73 17.33 15.38 14.76
最小值 12.79 13.57 11.58 9.34
变幅 2.94 3.76 3.80 5.42
（说明：因篇幅所限，仅统计部分数据）
从表2的变幅值分布状况可以看出，在库水位为193m以下、气温相近时，12坝段、13坝段的视准线变幅比其他两个坝段大，其原因为12坝段、13坝段的坝高大于其他坝段，符合一般规律。而在库水位为193m以上、气温相近时，从8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布状况，并未表现出坝高大而变幅大的规律，8#、12#视准线测点所处闸墩的断面宽度为13#、19#的2倍，其刚度不同，而闸门的宽度一样，其所受到的水荷载相同，当相同的水荷载通过闸门传递到刚度不同的闸墩而产生的变形幅度不同，刚度越大变幅越小，同时12#、13#为相邻坝段，有一定的相互约束作用，从而导致由8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布
状况。
3.2库水位相近，气温变化工况
将历年（2003～2012年）视准线数据按相近库水位随气温变化的测值进行统计，如表3。表中的水平位移变幅为所对应库水位分段的任意时期视准线测值的最大值与最小值的差值。
表3大坝视准线在相近库水位（气温变化）的水平位移变幅（mm）
库水位分段 8#坝块 12#坝块 13#坝块 19#坝块
170.34～171.59 6.10 5.08 3.32 4.35
179.57～182.22 6.43 8.33 12.04 12.94
183.58～186.38 8.06 11.47 11.89 13.75
188.05～190.12 9.96 9.48 11.51 14.00
190.48～192.72 8.71 7.40 14.97 16.42
193.97～196.01 9.75 9.11 13.51 14.24
196.89～198.19 7.44 9.35 10.76 11.86
199.46～200.42 9.85 15.13 13.44 14.44
201.99～203.94 8.01 9.72 10.57 13.69
平均變幅 8.26 9.45 11.33 12.85
从表3中视准线在相近库水位随气温变化的变幅值统计表可以看出，由于大坝结构的不均匀性或观测误差的影响，在不同库水位时各坝段的变幅大小不尽一致，但其平均变幅仍是自8#坝段至19#坝段呈现从小到大
分布。
其原因为不同坝段的断面尺寸不同，导致由于温度变化而产生的温度荷载不同，相应坝段的水平位移也就不同。（1）凤滩大坝为空腹坝，9＃～12＃坝段为厂房坝段，处于空腹位置，其断面尺寸较其他坝段小，其温度荷载相应较小，从而在其他因素一致时，厂房坝段由于温度变化而产生的水平位移变化也较小，并且8＃与9＃坝段及12＃与13＃坝段相邻，相互间存在约束作用，同时8＃坝段坝高较12＃、13＃坝段小，从而形成由8#坝段至19#坝段，视准线变幅呈从小到大分布状况。（2）视准线各测点都位于空腹坝段，但19坝段与21坝段（实心）相对较近，受其约束作用，致使19坝段相对其他测点最大，8坝段的坝高相对12、13坝段小，故其变幅小。
3.3大坝正垂线监测数据与视准线数据的同一性
大坝正垂线在▽145、▽175、▽211都分别布置了测点，通过其在不同坝段、不同高程的测值变化规律，能更好地揭示大坝结构特征而形成的凤滩大坝坝顶水平位移（视准线）年变幅的空间分布所特有的规律。将大坝正垂自动化径向位移变幅进行统计，见表4：
表42011年大坝正垂自动化径向位移变幅
PL08 PL13 PL19
▽145 7.26 10.59 6.2
▽175 8.98 11.06 11.09
▽211 15.69 16.73 27.55
从表4正垂径向位移年变幅统计表中可以看出，在▽145高程13坝段变幅最大，随着高程的增加，呈现从8坝段至19坝段变幅由小到大分布。其原因与视准线一样，8坝段基岩面高程为109.39m，19坝段基岩面高程为114.82m，13坝段基岩高程为100.37m，在▽145高程时，坝体高度对水平位移变化影响所占权重大，随着高度的增加其权重逐渐减小，凤滩大坝结构特点对水平位移变化影响所占权重逐渐增大，在水荷载和温度荷载的综合影响下，大坝水平位移变幅表现为从8坝段至19坝段由小到大分布规律。
3.4测精度影响
从仪器测站位于大坝左岸，从8#坝段至19#坝段的视距由小变大，观测精度由高变低，也是该视准线变幅分布状况的原因之一。
4结论
综上所述，凤滩大坝水平位移变幅自8#坝段至19#坝段，年变幅呈现从小到大分布规律与凤滩大坝为混凝土空腹重力拱坝这一结构特点有关，综合为：（1）温度荷载方面，空腹坝段与实体坝段断面积不同，致使温度荷载不同而导致水平位移变幅不同；（2）水荷载方面，闸墩厚度不同，闸门的宽度一样，相同的水荷载通过闸门传递到刚度不同的闸墩而产生的变形幅度不同。在水荷载和温度荷载的综合影响下，大坝水平位移变幅表现为从8坝段至19坝段由小到大分布规律。