北疆地區(qū)大壩安全監(jiān)測設(shè)計

申 慧

（中工武大設(shè)計研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

北疆地區(qū)大壩安全監(jiān)測設(shè)計

申 慧

（中工武大設(shè)計研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

大壩安全監(jiān)測設(shè)計是大壩設(shè)計中不可缺少的部分，其目的是為了監(jiān)測大壩在運行期間的安全狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。北疆大壩多為當?shù)夭牧蠅危渲袖摻罨炷撩姘鍓魏蜑r青混凝土心墻壩技術(shù)較為成熟，被廣泛使用。本篇選取一座鋼筋混凝土面板壩及一座瀝青混凝土心墻壩的大壩安全監(jiān)測設(shè)計進行對比論述。

面板堆石壩；瀝青混凝土心墻壩；監(jiān)測

大壩安全監(jiān)測的目的是為了監(jiān)測大壩在運行期間的安全狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。以下就哈拉布拉水庫鋼筋混凝土面板堆石壩及沙爾托海碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩大壩監(jiān)測設(shè)計進行對比論述。

1 工程概況

1.1 哈拉布拉水庫

哈拉布拉水庫位于新疆塔城地區(qū)境內(nèi)，水庫總庫容 1436×104m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。壩型采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂長183m，壩 頂 高 程 1053.95m，防 浪 墻 頂 高 程1054.95m，最大壩高 63.85m，壩頂寬5.5m，上、下游壩坡均為 1∶1.4，上游壩坡采用 40cm厚鋼筋混凝土面板，下游設(shè) 6cm厚的六棱塊護坡。

壩址處區(qū)域地震基本烈度為Ⅵ度。從巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及兩壩肩的邊坡形成分析，右壩肩穩(wěn)定，左壩肩基本穩(wěn)定。兩岸基巖為輝石閃長巖，左壩肩強風化層厚度為 5m，右壩肩強風層厚度為9m。河床覆蓋層為第四 系沖積礫 石層，厚 度4～9m。

1.2 沙爾托海水庫

沙爾托海水庫位于新疆博州境內(nèi)，水庫總庫容為998×104m3，工程規(guī)模為中型，工程等別Ⅲ等。大壩壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩全長 170m，壩頂高程607.06m，防浪墻頂高程608.06m，最大壩高 62.88m，壩頂寬6m。碾壓式瀝青混凝土心墻與防浪墻底部相連，心墻厚 0.5～0.7m。上游壩坡為1∶2，上游壩坡采用15cm厚的混凝土板護坡，下游壩坡為 1∶1.8，下游設(shè) 6cm厚預(yù)制六棱塊護坡。

壩址處區(qū)域地震基本烈度為Ⅷ度。從巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及兩壩肩的邊坡形成分析，左、右壩肩穩(wěn)定。兩岸基巖為第四系下更新統(tǒng)西域礫巖，左壩肩強風化層厚約 3～6m；右壩肩強風化層厚約 4～8m。河床為含漂石的砂卵礫石，厚度約17m左右。

1.3 工程對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫工程特性進行對比，結(jié)論如下：

相近之處：兩座水庫均為中型水庫，工程等別相同，庫容相差不大，壩長、壩高相當，地質(zhì)條件接近。

不同之處是：哈拉布拉水庫是鋼筋混凝土面板堆石壩，大壩防滲體是鋼筋混凝土面板；沙爾托海水庫大壩是碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩防滲體是瀝青混凝土心墻。

2 大壩監(jiān)測項目

在確定觀測斷面及觀測項目時，根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《土石壩觀測技術(shù)》以及參考國內(nèi)、外已建大壩的監(jiān)測設(shè)計經(jīng)驗，并結(jié)合水庫具體壩址區(qū)的地質(zhì)條件和地形條件，兩座水庫布置了不同監(jiān)測項目。

2.1 哈拉布拉水庫

該水庫布置了以下項目：①壩體滲流監(jiān)測；②壩體內(nèi)部變形監(jiān)測；③外部變形監(jiān)測；④面板周邊縫變形監(jiān)測；⑤面板板間縫監(jiān)測；⑥面板應(yīng)力監(jiān)測；⑦鋼筋應(yīng)力監(jiān)測。

2.2 沙爾托海水庫

該水庫布置了以下項目：①壩體滲流監(jiān)測；②壩體內(nèi)部變形監(jiān)測；③外部變形監(jiān)測；④心墻溫度監(jiān)測。

2.3 大壩監(jiān)測項目對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫大壩監(jiān)測項目進行對比，結(jié)論如下：

相同之處是：兩座水庫均設(shè)置了壩體滲流監(jiān)測、壩體內(nèi)部變形監(jiān)測及外部變形監(jiān)測項目。

不同之處是：哈拉布拉水庫是鋼筋混凝土面板壩，面板是其主要防滲體，是重點監(jiān)測部位，因此面板周邊縫變形監(jiān)測、面板板間縫監(jiān)測、面板應(yīng)力監(jiān)測及鋼筋應(yīng)力監(jiān)測是哈拉布拉水庫監(jiān)測重點；沙爾托海水庫是瀝青混凝土心墻壩，瀝青混凝土心墻是其主要防滲體，是重點監(jiān)測部位，因此心墻溫度監(jiān)測是沙爾托海水庫的監(jiān)測重點。

3 監(jiān)測項目布置

3.1 哈拉布拉水庫

3.1.1 壩體滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括滲透水壓力監(jiān)測和滲流量監(jiān)測兩部分，滲透水壓力采用滲壓計進行監(jiān)測，滲流量采用量水堰量測。

（1）滲透水壓力監(jiān)測

選擇最大橫斷面 0+115作為滲流監(jiān)測斷面，壩基共布置 9個測點，其中 2個在上游趾板后采用鉆孔埋設(shè)用來觀測帷幕灌漿效果，1個埋設(shè)在過渡區(qū)，其余 6個測點分別埋設(shè)在該斷面壩軸線上、下游；在周邊縫左右兩個高程上分別設(shè)置了2個滲壓計測點用以監(jiān)測周邊縫滲水情況。共計 11個滲壓計。

（2）滲流量監(jiān)測

在下游滲流匯集處合適的位置設(shè)量水堰，采取在下游低水位時進行量水堰滲流量觀測。

3.1.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測分為垂直和水平位移監(jiān)測。

選擇壩體最大橫斷面0+115為觀測斷面，在高程 1008m、1028m設(shè)置兩層雙向位移計，其中1008m高程 4個測點，1028m高程3個測點。共計7支雙向位移計。

3.1.3 外部變形監(jiān)測

外部變形監(jiān)測設(shè)計沿壩軸線4個斷面，即壩頂?shù)纳稀⑾掠蝺蓚?cè)，壩坡面 1008m、1028m高程各一排。起測基點在每一縱排測點兩端的岸坡上各布設(shè)一個，水準基點在下游 1km處設(shè)三個。水平位移和豎向位移共用一個測點，基點和測點均采用整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共布設(shè)基點 12個，變形標點26個。

3.1.4 面板周邊縫變形監(jiān)測

周邊縫是趾板與面板間的接縫，從防滲的角度看，這是面板壩最薄弱的環(huán)節(jié)。采用三向測縫計用以測量面板周邊縫的沉降、剪切、開度變形。

沿面板周邊縫左岸高程1040、1020m、河床高程 990m、右岸高程 1010、1022、1037.5m，共設(shè)置了 6組三向測縫計。

3.1.5 面板板間縫監(jiān)測

根據(jù)主體工程設(shè)計，大壩自左壩肩向右壩肩共分為19塊面板。采用單向測縫計監(jiān)測面板間拉應(yīng)力。

在3-4號、6-7號、13-14號、16-17號面板之間的板間縫 1045m高程上各布置1支單向測縫計；在 5-6號、14-15號面 板 之間 的 板 間 縫 1030、1045m高程上各布置2支單向測縫計；另外在壩體10-11面板之間的板間縫 1010、1030、1045m高程各布置 3支單向測縫計。共計11支單向測縫計。

3.1.6 面板應(yīng)力監(jiān)測

在L6、L10面板各布置3組二向應(yīng)變計（每組都附 有1支 無應(yīng)力 計），高 程 分 別 為 1010、1030、1045m；L14號面板布置2組二向應(yīng)變計。共計 8組。用以監(jiān)測面板混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變。

3.1.7 鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

在6、10、14號面板各布置2支鋼筋計，高程分別為 1030、1045m，共計6支，監(jiān)測面板鋼筋應(yīng)力。

3.2 沙爾托海水庫

3.2.1 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括壩基、壩體滲流監(jiān)測及滲流量監(jiān)測三部分，壩基、壩體滲流監(jiān)測采用滲壓計進行監(jiān)測，滲流量采用量水堰量測。

（1）壩基滲流監(jiān)測

選擇最大壩橫斷面 0+090心墻下帷幕灌漿前后高程534m和 524m處布置4支滲壓計，該斷面壩基上游測布置 1支，下游等距再布置2支。共布置7支滲壓計。

（2）壩體滲流監(jiān)測

選擇最大壩橫斷面0+090、0+050及 0+130布置滲壓計，各斷面心墻上游均布置 1支，心墻下游等距布置 3支，共計 12支。

（3）滲流量監(jiān)測

在下游滲流匯集處合適的位置設(shè)量水堰，采取在下游低水位時進行量水堰滲流量觀測。

3.2.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測分為垂直和水平位移監(jiān)測。

選擇最大橫斷面0+090和0+050、0+130三個監(jiān)測斷面，在高程 567.0m、577.0m處分別布置1組雙向位移計；在最大橫斷面 0+090斷面心墻下游布置 1組雙向位移計。共計 7組。

3.2.3 外部變形監(jiān)測

在壩面埋設(shè)三排壩面標點，布置在壩頂上下游及下游壩坡，其高程分別為 607.6m、594.0m及584.0m，標點間距約 40m左右，共設(shè)置 14個位移標點。豎向位移采用水準線法測量，水平位移采用視準線法。在壩頂及下游壩坡設(shè)置監(jiān)測表面變形的監(jiān)測點，定期對工作基點和校核基點采用三角網(wǎng)復(fù)核。

3.2.4 瀝青心墻溫度監(jiān)測

在最大橫斷面0+090高程 567、577、587m心墻處分別埋設(shè)溫度計，溫度計插入心墻不超過心墻厚度的 1/3用以監(jiān)測心墻溫度，共計3個溫度監(jiān)測點。

3.3 大壩監(jiān)測布置對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫大壩監(jiān)測項目布置進行對比，結(jié)論如下：

相同之處是：兩座水庫壩體滲流監(jiān)測、壩體內(nèi)部變形監(jiān)測項目布置原則一致，均選擇最大橫斷面作為監(jiān)測點布置斷面，使用的監(jiān)測儀器也一樣；外部變形監(jiān)測都是選擇上、下壩坡布置監(jiān)測點。

不同之處是：哈拉布拉水庫是鋼筋混凝土面板壩，面板是其主要防滲體，而面板間分縫處理及鋼筋布置是影響面板防滲效果和穩(wěn)定的主要因素，因此在面板上布置了周邊縫、板間縫、應(yīng)力及鋼筋監(jiān)測點；沙爾托海水庫是瀝青混凝土心墻壩，瀝青心墻是其主要防滲體，而溫度是影響瀝青混凝土心墻防滲效果和穩(wěn)定的主要因素，因此在瀝青混凝土心墻內(nèi)布置了溫度監(jiān)測點。

4 結(jié)論

大壩安全監(jiān)測是大壩設(shè)計中不可缺少的設(shè)計內(nèi)容。在進行大壩安全監(jiān)測設(shè)計之前，一定要認真研究大壩的組成部分、材料以及大壩重要防滲體，對大壩進行應(yīng)力應(yīng)變分析。只有了解影響大壩穩(wěn)定的因素，才能在布置測點時，針對大壩特性選取適宜的監(jiān)測項目和合適的觀測設(shè)備，做到少而精，節(jié)約投資，為管理部門提供可靠的大壩運行期觀測結(jié)論。以便在遇特殊工況時，能及早發(fā)現(xiàn)問題，為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。

［1］SL60-94.土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SL268-2001.大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件［S］.

［3］何勇軍等.大壩安全監(jiān)測與自動 化［M］.水利水電 出版社，2008.

［4］何金平.大壩安全監(jiān)測理論與應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［5］鞏向偉等.水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)及自動化［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2007（02）.

［6］曲偉勇等.水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)計及資料分析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2009（05）.

TV698.1

B

1672-2469（2015）08-0077-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.025

申 慧（1979年—），女，工程師。