淺析大壩安全監測的方法和意義

□姜翔宇 □劉 青

（1中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院有限公司 2河南方正水利工程咨詢有限公司）

0 引言

大壩工程本身就具有復雜性，這就給其安全監測帶來了更大的挑戰。大壩安全問題直接關系到人們的生命和財產安全，同時也關系到大壩工程的經濟效益，因此，如何根據工程實際情況制定系統的安全監測方法成為工作人員必須面對的問題。

1 大壩安全影響因素

大壩工程是一項施工復雜的、涉及范圍廣泛、施工周期長的工程，施工過程容易受到外界因素的影響，因此，影響大壩安全的因素也較多。具體來說，可以分為三類：第一，由于設計、施工和自然因素引起的安全失事。這類因素對大壩安全的影響較大，主要由于這類影響因素是大壩建成就已經確定了的，如設計洪水位偏低、混凝土標號過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運行、管理過程中逐步形成的,有一個從量變到質變的發展過程,如沖刷、侵蝕、混凝土的老化、金屬結構的銹蝕等；第三類是上述兩種混合情況,即設計、施工中的不完善在運行中得不到改正。

2 大壩安全監測的意義

大壩安全監測是一種事前控制的措施，對于保證大壩安全以及人們生命和財產安全都有著重要的意義，具體來說，大壩安全監測的意義主要有以下幾個方面：①水庫大壩監測與安全評價相輔相成，是水庫大壩安全評價中不可分割的兩部分。大壩安全監測需要對大壩本身以及大壩周圍的設施進行監測，其監測資料能夠為安全評價提供數據基礎，從而促進大壩安全評價工作的進行。有了大壩安全監測的資料，工作人員就能夠對大壩的安全性和穩定性進行評價，從而完成安全評價工作。②有助于認識各種觀測量的變化規律和成因機理，確保大壩安全。延長大壩壽命，提高大壩運行綜合效益。③有助于反饋大壩設計、指導施工和大壩運行，推動壩工理論的發展。利用大壩安全監測資料進行正、反分析，及時評價大壩和壩基的工作性態，依據設計、施工方案，對在建或擬建大壩提出反饋意見，以達到檢驗和優化設計、指導施工的目的。

3 大壩安全監測的方法實例分析

3.1 工程簡況

文章結合阿海水電站的工程實例對大壩安全監測方法和意義相關問題進行研究。阿海水電站位于云南省麗江地區，玉龍縣與寧蒗縣交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段水電梯級規劃的第四個梯級電站，阿海水電站以發電為主，兼顧防洪，水庫正常蓄水位1504m，相應庫容8.06×108m3，死水位1492m，相應庫容5.68×108m3，具有日調節能力。

3.2 監測系統設計

3.2.1 變形監測

①水平位移。②垂直位移。采用幾何水準測量和靜力水準測量的方法進行垂直位移監測。③壩基變形。根據壩基地質條件以及壩體的結構和受力特點，選擇4號壩段、8號壩段、10號壩段、13號壩段、15號壩段作為監測壩段，其中4號壩段布置1套4點式多點位移計、1套基巖變位計，8號壩段布置2套4點式多點位移計、4套基巖變位計，10號壩段布置2套4點式多點位移計、4套基巖變位計，13號壩段布置1套4點式多點位移計、1套基巖變位計，15號壩段布置1套4點式多點位移計、1套基巖變位計，共計7套4點式多點位移計，12套基巖變形計進行壩體基巖深部的變形監測。④傾斜。各橫向廊道內均布置了幾何水準測點，且基礎橫向廊道內還布置有靜力水準線路，大壩傾斜監測采用幾何水準及靜力水準系統所得到的壩體垂直位移推算。⑤接縫和裂縫。壩體橫縫開合度監測，壩基接縫監測，壩體裂縫。

3.2.2 滲流監測

滲流監測包括壩體滲透壓力監測、壩基揚壓力監測、壩體和壩基滲流量監測、繞壩滲流和地下水位監測以及水質分析等。①壩基揚壓力。在1號～19號壩段上游基礎灌漿排水廊道內每個壩段布置1個測壓管測點，監測壩基縱向揚壓力。在4號、8號、10號、13號、15號壩基橫向排水廊道沿順河向方向各布置一排測壓管測點，監測壩基橫向揚壓力。②壩體滲透壓力。為監測碾壓混凝土壩體層面上的滲透壓力，選擇4號壩段、8號壩段、10號壩段、15號壩段的典型高程采用上游密下游稀的布置方式布置滲壓計。③滲流量。壩體壩基滲水通過壩基排水廊道分別引至位于10號壩段的壩體集水井和廠房滲漏集水井，在8號、10號、14號壩段壩基排水廊道、集水井附近、廠房檢修集水井附近共設置21座三角形量水堰，監測壩體和壩基滲流量。④繞壩滲流。繞壩滲流監測采用在兩岸帷幕端頭及壩肩布置水位孔的方式進行監測，其中左岸布置5個，右岸布置5個，水位孔共計10個。⑤消力池底板揚壓力。在消力池底板B1、B3、B7區（壩縱0+074.50m），C1、C3、C7 區（壩縱 0+095.50m）、D1、D5 區（壩縱0+116.50m）、E1、E4區（壩縱0+137.50m）共布置 10支滲壓計，B6、C6、D6、D6區的廊道內各布置1支測壓管，測壓管共計4支，以監測消力池底板揚壓力。

3.2.3 應力應變和溫度

應力應變及溫度監測包括壩體和壩基溫度、混凝土應力應變、鋼筋應力、錨索應力等。

3.2.4 壩體抗震

壩體抗震監測包括抗震鋼筋應力監測和混凝土裂縫監測。在2號壩段樁號壩縱0+037.50布置監測斷面，在斷面壩體上、下游面抗震鋼筋高程1459m、高程1502m處布置光纖光柵式鋼筋計、裂縫計，共計3支光纖光柵式鋼筋計、2支光纖光柵式裂縫計，監測抗震鋼筋應力和混凝土裂縫。在10號壩段樁號壩縱0+222.10、壩縱0+230.70布置兩個監測斷面，各斷面壩體上游面抗震鋼筋高程1430m、高程1443.50m處布置光纖光柵式鋼筋計、裂縫計，共計4支光纖光柵式鋼筋計、4支光纖光柵式裂縫計，監測抗震鋼筋應力和混凝土裂縫。在15號壩段樁號壩縱0+383.10、壩縱0+391.90布置兩個監測斷面，各斷面壩體上、下游面抗震鋼筋高程1493m、高程1503m處布置光纖光柵式鋼筋計、裂縫計，共計6支光纖光柵式鋼筋計、4支光纖光柵式裂縫計，監測抗震鋼筋應力和混凝土裂縫。

3.2.5 大壩地震反應

大壩地震反應監測選擇在4號、8號、10號、15號壩段壩頂和左右岸灌漿洞內各布置1個強震監測點，10號壩段高程1453m廊道和廠房發電機層各布置一個強震監測點，4號、8號、10號、15號壩段基礎灌漿排水廊道各布置一個強震監測點，組成一個大壩強震監測臺陣。為了獲取自由場地的地震動特征，在壩下游邊坡穩定區域的適當位置布置1臺強震儀進行監測。以上共計13個強震監測點。

3.2.6 水力學

水力學監測主要針對溢流壩及消力池、左沖底孔等泄水建筑物，主要監測項目包括水面線、底流速、動水壓力、脈動壓力、振動、空蝕、空化、空腔負壓等。溢流壩及消力池水力學監測選擇3號、4號閘墩及溢流壩、消力池邊墻、壩縱0+074.50m、壩縱0+086.40m、壩縱0+087.40m、壩縱0+095.50m、壩縱0+096.50 m、壩縱 0+107.40m、壩縱 0+108.40m、壩縱 0+116.50m、壩縱0+117.50m、壩縱0+137.50m作為監測斷面，共布置表面脈動壓力測點24個、縫隙脈動壓力測點12個、振動測點12個、水聽器測點2個、水尺20條。左沖底孔在工作閘室，閘室后中隔墩及邊墻、消力池邊墻、消力池中心線（壩橫0+195.867）作為監測斷面，共布置水面線測點19個、動水壓力測點10個、底流速測點4個、空穴監聽測點4個、通氣井風速測點2個、空腔負壓測點2個。

4 結語

綜上所述，大壩安全監測的意義重大，影響大壩安全的因素有很多，為了提高大壩安全監測效果，必須制定系統的大壩安全監測方案，有針對性地開發新型監測技術。同時還要制定完善的預警機制和應急預案，確保大壩安全、減少損失。

[1]姜鳳海.大壩安全監測的幾點認識[J].消費導刊.2009(12).

[2]劉志林.小型水庫土石壩的除險加固措施[J].技術與市場.2011(05).

[3]龔瑞瑞,黃海龍.大壩安全風險評價中的風險標準研究[J].水利與建筑工程學報.2011(01).