水利工程中的大壩變形監(jiān)測與維護(hù)

鐘山

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 石河子市 832000）

水利工程中的大壩變形監(jiān)測與維護(hù)

鐘山

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 石河子市 832000）

在水利工程建設(shè)施工過程中，為了提高工程的安全性，需要做好大壩的變形監(jiān)測工作，并根據(jù)大壩的變形情況進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，延長水利工程的使用年限。本文以實(shí)際工程為例，對水利工程中大壩變形監(jiān)測的具體措施進(jìn)行了分析，然后對水利工程大壩的維護(hù)進(jìn)行了探討。

水利工程；大壩變形監(jiān)測；維護(hù)

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.10.027

1　工程概況

安集海二庫下游142團(tuán)防洪工程A段長5.850km，起點(diǎn)A0+ 000坐標(biāo)（X：382283，Y：4920648），終點(diǎn)A5+850坐標(biāo)（X：384488，Y：4924831）；B段長0.575km，起點(diǎn)B0+000坐標(biāo)（X：384346，Y：4925460），終點(diǎn)B0+575坐標(biāo)（X：384225，Y：4925979）；總長6.425km。工程位于第八師巴音溝河安集海二庫下游142團(tuán)頭道溝段，新建防洪堤岸工程6.425km，還有改擴(kuò)建渠下箱涵一座。由于現(xiàn)狀河道狹窄、岸坡坍塌、淤堵導(dǎo)致行洪斷面不足，水庫泄洪期間洪水漫溢，對河道兩岸農(nóng)田造成極大的損失，其下游沿線為安集海灌區(qū)5.7萬畝耕地、1.69萬人以及下野地灌區(qū)的輸水動脈東泄一支渠、沙鐘公路、西岸大渠、奎下公路、呼克公路，一旦失事，將對下游灌區(qū)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。工程建成后可完善安集海二庫至西岸大渠段現(xiàn)狀防洪體系，使下游防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀10m3/s提高至10年一遇27.8m3/s，滿足下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2　合理設(shè)置外部變形的監(jiān)測分布點(diǎn)

通常情況下大壩表面變形觀測點(diǎn)主要分布于中壩、東西副壩上。在中壩上每間隔200米設(shè)置一個(gè)觀測斷面，其中各個(gè)觀測斷面上再設(shè)置4個(gè)位移觀測標(biāo)點(diǎn)，中壩上總共設(shè)置42個(gè)觀測斷面，總共設(shè)置168個(gè)位移觀測標(biāo)點(diǎn)，其中水平位移與豎向位移可以共用觀測標(biāo)點(diǎn)。在東西副壩上每間隔300米設(shè)置一個(gè)觀測斷面，其中各個(gè)觀測斷面上設(shè)置3個(gè)位移觀測標(biāo)點(diǎn)，在東西副壩上總共設(shè)置14個(gè)觀測斷面，總共設(shè)置42個(gè)位移觀測標(biāo)點(diǎn)，其中水平位移與豎向位移共用觀測標(biāo)點(diǎn)。使用水準(zhǔn)法進(jìn)行表面豎向位移的監(jiān)測，使用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行表面水平位移觀測。

3　安裝大壩變形監(jiān)測各項(xiàng)設(shè)備

3.1監(jiān)測設(shè)備予留與予埋的布設(shè)和檢查

大壩變形監(jiān)測的所有施工設(shè)備都需要嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙展開予留和予埋等放樣測量工作，然后再展開預(yù)留槽與預(yù)埋件的安裝施工工作，在安裝過程中必須準(zhǔn)確定位和牢固安裝，完成安裝后還需要對予留槽和予埋件安裝效果進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，而予留和予埋部分的砼澆筑施工順利完成后也需要進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，避免出現(xiàn)變位走樣等現(xiàn)象，如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)變位走樣現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)立即采用各項(xiàng)措施展開補(bǔ)救工作。

3.2對正垂線埋管進(jìn)行埋設(shè)和安裝

砼壩體中的正垂線埋管必須嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)坐標(biāo)展開放樣測量工作，然后再確定埋管的中心位置，其中埋管垂直度必須在施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)范圍內(nèi)。在埋設(shè)埋管時(shí)需要注意牢固加固，避免埋管在砼澆筑施工過程中產(chǎn)生走位變形的現(xiàn)象，同時(shí)還要避免碰撞，完成砼澆筑施工后再對正垂線埋管垂直度進(jìn)行檢查和復(fù)測，發(fā)現(xiàn)埋管垂直度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整埋管垂直度。安裝砼管時(shí)必須保持管口平順銜接，避免出現(xiàn)錯(cuò)臺現(xiàn)象，同時(shí)使用油氈將砼管管口封閉，避免水泥砂漿流入砼管內(nèi)部。此外鋼管安裝時(shí)也必須確保管口平順銜接，焊縫時(shí)應(yīng)保證平整和嚴(yán)密，完成正垂線埋管安裝后需要及時(shí)整理竣工資料。

3.3展開變形監(jiān)測設(shè)備的安裝調(diào)試工作

3.3.1對倒垂線進(jìn)行安裝和調(diào)試

使用浮體組配合單行導(dǎo)中器對保護(hù)管垂直度進(jìn)行檢查和復(fù)測，然后再確定倒垂錨塊的埋設(shè)位置。根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案和圖紙職進(jìn)行垂浮體組和倒垂線錨塊的安裝，利用滑輪家將倒垂線錨塊的安裝材料不銹鋼絲吊入倒垂線保護(hù)管，在錨塊重力作用下張拉不銹鋼絲，根據(jù)錨塊埋設(shè)位置來確定不銹鋼絲的位置。然后再將注漿軟管安裝到倒垂線保護(hù)管內(nèi)，并計(jì)算出埋設(shè)錨塊所需要的水泥沙漿用量，利用注漿軟管注入水泥沙漿。完成注漿后再對不銹鋼絲的位置進(jìn)行檢測，若是安裝位置產(chǎn)生偏移，應(yīng)當(dāng)立即采取措施，調(diào)整其布設(shè)位置。

3.3.2對正垂線進(jìn)行安裝調(diào)試和復(fù)測

根據(jù)正垂線埋管垂直度來確定正垂線的實(shí)際埋設(shè)位置，然后再根據(jù)正垂線的埋設(shè)位置來進(jìn)行垂線懸線裝置和固定夾線裝置以及活動夾線裝置的安裝。通過懸掛正垂線阻尼重錘來牢固固定夾線裝置。再在正垂線砼觀測墩上布設(shè)垂線底標(biāo)儀基座，用作系統(tǒng)安裝檢測。最后再在正錘油桶中注入變壓器油。

3.3.3對引張線進(jìn)行安裝調(diào)試

在安裝引張線之前需要按照設(shè)計(jì)要求來加測采購配重件的規(guī)格和質(zhì)量，然后測定引張線的安裝位置，根據(jù)引張線的安裝位置來埋設(shè)安裝端點(diǎn)與測點(diǎn)裝置，其中端點(diǎn)滑輪槽、夾線裝置v型槽和測點(diǎn)讀數(shù)鋼尺高差必須嚴(yán)格控制在±1mm-2mm范圍內(nèi)，然后再張拉和固定引張線不銹鋼絲。最后在測點(diǎn)位置放置浮船和水箱，確保引張線鋼絲復(fù)位精度必須優(yōu)于±0.1mm。

4　分析變形監(jiān)測的結(jié)果

4.1分析大壩表面豎向位移值

大壩包含4個(gè)壩段，即東壩、中壩、西壩、南壩，在分析大壩變形監(jiān)測結(jié)果前規(guī)定水平位移向下游向左岸為正，否則為負(fù)，豎向位移向下為正，否則為負(fù)。通過對變形監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析可知，大壩整體正向沉降趨勢發(fā)展，其中沉降量和壩體填筑厚度以及庫水位的相關(guān)性相對較好。當(dāng)水庫蓄水后，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)壩面最大雷擊豎向位移量是475m，豎向位移量是壩體高度的1.7%，在2012年至2013年壩面最大沉降速率是0.077mm/ d，經(jīng)過監(jiān)測可知大壩壩面位移變化速率有所下降，由于水庫蓄水面延伸壩面沉降速率相對較大，因此東壩壩面沉降較為均勻和穩(wěn)定。分析大壩變形監(jiān)測結(jié)果可知：

（1）通過變形監(jiān)測得知，壩頂上下游雷擊豎向位移量比壩角處小，這和壩體填筑厚度有著密切的關(guān)聯(lián)，壩體填筑厚度和沉降量成正比，滿足土石壩沉降的規(guī)律。

（2）通常情況下壩體豎向位移觀測點(diǎn)主要設(shè)置在中壩2+ 582至7+417間。在壩段觀測點(diǎn)范圍內(nèi)，壩頂上下游觀測點(diǎn)累計(jì)豎向位移量在256-475mm范圍內(nèi)，而水庫在蓄水后其最大累計(jì)沉降量占據(jù)著壩高的1.7%。

（3）在中壩4+080斷面上增設(shè)觀測點(diǎn)J1，設(shè)置在下游壩頂，J1觀測點(diǎn)上的沉降量比相鄰斷面下游壩頂觀測點(diǎn)的下，J1觀測點(diǎn)在礫質(zhì)土換填范圍內(nèi)，4+300斷面的觀測點(diǎn)J2在礫質(zhì)土換填范圍外，對此兩個(gè)觀測點(diǎn)沉降量可知，J1觀測點(diǎn)和J2觀測點(diǎn)累計(jì)沉降量分別為205mm和459mm，兩者沉降量差異較大，表明使用礫質(zhì)土置換方式能夠降低壩體沉降量。

（4）在對大壩變形進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，將監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在中壩壩段，通過監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)中壩直線段沉降速度相對較慢，而中壩東西圓弧段沉降速度相對較大。因此應(yīng)當(dāng)要增強(qiáng)對中壩的檢查保證工程穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2分析大壩表面水平位移值

通過對壩面橫向水平位移監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，水平位移整體向上游或者向下游，實(shí)際累計(jì)位移相對較小。當(dāng)東壩段橫向水平位移增量在5.6-5.9mm范圍內(nèi)，則整體向下游，當(dāng)西壩段橫向水平位移增量在-2至-3 mm范圍內(nèi)，則整體向上游。其中中壩段最大橫向水平位移是3+801斷面上的觀測點(diǎn)Z213，其中累計(jì)位移量是106mm，而中壩直線壩段與西轉(zhuǎn)彎壩段的橫向位移量相對較大。當(dāng)水庫蓄水則水平位移增大，壩面則從上游位移向下游位移轉(zhuǎn)變，中壩壩段水平位移分布圖如下圖1、2所示。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)壩面縱向水平位移表現(xiàn)為整體向左位移或向右位移，并且累計(jì)位移量相對較小。當(dāng)東壩壩段水平位移增量在2.5-3.0mm范圍內(nèi)則向左位移，西壩縱向水平位移在6-8mm范圍內(nèi)則向左岸位移。通過監(jiān)測可知中壩縱向水平位移最大監(jiān)測點(diǎn)是Z117和Z214，直到2013年兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)位移為99mm和-108mm。中其中中壩段最大縱向位移主要在3+197斷面與4 +001斷面，其他斷面位移量相對較小，壩頂上下游監(jiān)測點(diǎn)最大位移量在-36mm-55mm范圍內(nèi)。

圖1　大壩上游測點(diǎn)橫向水平位移分布圖

圖2　中壩壩頂上游測點(diǎn)縱向水平位移分布圖

5　結(jié)論

綜上所述，在進(jìn)行大壩變形監(jiān)測時(shí)，使用的設(shè)備要可以達(dá)到國家對檢測工具規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，施工過程中嚴(yán)格按照國家規(guī)定的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，施工期觀測頻率要可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，觀測記錄資料要完整、真實(shí)。通過對該大壩進(jìn)行監(jiān)測證明，大壩變形表現(xiàn)為整體下沉趨勢，大壩表面沉降逐步趨于穩(wěn)定，大壩的橫向水平位移和縱向水平位移比較小，大壩整體逐步趨于穩(wěn)定。

［1］王德厚.大壩安全與監(jiān)測［J］.水利水電技術(shù)，2009，40（8）：126-132.

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