水利工程大壩結構設計及運行監測的思考

王玉

隨著我國工程技術的不斷發展，對水利工程大壩的建設受到人們的廣泛關注，本文通過水利工程大壩結構設計及運行監測的思考展開了討論，通過壩體分區以及壩料設計、混凝土面板及趾板設計、結構分縫以及止水設計三個方面展開了討論，對水利工程大壩壩體結構進行了設計，并對水利工程大壩運行監測結果、實際案例、選料要求進行了討論，為關注這一話題的人們提供參考。

一、水利工程壩體設計選料要求

在水利工程壩體結構設計之前，還需要簡單了解壩體設計的選料要求，主要可以分為兩個方面，分別為面板混凝土原材料以及止水系統材料，在面板混凝土原材料中，對耐久性的要求較高，而必須要具有抗風吹日曬、雨淋沖刷等侵蝕，還要具有預防各種化學反應的能力。而在止水系統材料中，要使用柔性的嵌縫材料，比如，橡膠止水帶等，但是因為不同地區之間的氣溫不同，部分地區的氣溫溫差較大，因此對止水系統材料的性能要求較高，下表為：某水庫工程的止水系統材料性能：

二、水利工程大壩壩體結構設計

（一）壩體分區以及壩料設計

在大壩結構設計環節中，壩體分區和壩料設計尤為重要，以某水庫為例通過對該工程的筑壩材料的性能分析后，可以發現該工程中混凝土面板以下壩體被分為了墊層區、過渡層區、主堆石區、次堆石區，且在周邊縫下游部位設有特殊的墊層小區。由此可知，該工程采取了改善堆石壩的結構，使上下游的堆石體模量差保持在最小范圍內，且加強了壩體的對視碾壓，選擇了有利的施工時段，從根本上保證了壩體填筑質量和結構運行要求。

（二）混凝土面板及趾板設計

在水載荷的作用下，混凝土面板的大部分區域會受到一定的壓力，因此在壩頂或者近岸邊差處會產生拉應變，造成面板或者堆石體發生變性，因此在結構設計過程中，需要對混凝土面板和趾板進行設計。比如，在某水庫中的結構設計中，就將混凝土面板的厚度采用連續變截面的形式，讓最大厚度和最小厚度保持在0.5m和0.3m處。而且在面板間的伸縮縫中設置縱縫，不設置水平縫。并且選擇了有利于面板混凝土澆筑的時機，避免出現混凝土早凍的現象。

（三）結構分縫以及止水設計

根據壩體材料分區和對大壩具體的性能要求，根據壩體施工的特點，在設計結構過程中除了要考慮上述兩個方面之外，還要考慮到結構分縫和止水設計的內容。可以參考采納國內外的已經建立完工的同類工程，根據施工地區的溫控條件、地質條件、施工強度等信息，對壩體的結構分縫進行設計。

三、水利工程大壩運行監測結果

（一）壩體沉降

在對大壩進行運營監測的過程中，首先要觀察的是壩體的沉降情況，要將整個監測過程劃分為兩個部分，五個小點完成工作，兩個部分對應沉降的兩個高程，五個小點對應五個測點。在通過兩種儀器測量得到相應的數據后，還要通過計算分析壩體和面板平面之間的三位應力，并且對筑壩材料的允許范圍進行討論，作為壩體結構設計的參考依據。值得注意的是，要將重點放在對壩基溶洞和水庫防滲層、巖層等情況的討論上。以上文中提及的江蘇某水庫為例，在監測過程中發現，該水庫大壩的沉降量會隨著大壩填筑高度的增加而不斷增大，符合壩體沉降的一般規律。而在大壩填筑到達最高時，五個測點的沉降量增加程度相對減弱，即使在蓄水后沉降量也沒有明顯增加，由此可知，在大壩修建的前期，大壩的沉降量會隨著壩體高度的增加而增加，成正比例關系，而在大壩修剪后期，整體結構趨于穩定，壩體沉降量較為穩定。而在竣工階段，通過監測發現，最大沉降點位于壩軸線處，該點的最大沉降值為20.2厘米，占整體壩高56.6厘米的0.38%，當水庫進入蓄水期后，壩體的最大沉降值為25.2厘米，占整體壩高的0.47%。將該水庫的沉降情況和國內同類工程對比后發現，該水庫壩體沉降量偏小，整體結構較優。

（二）壩體水平位移

壩體水平位移的監測工作也是壩體運行監測環節中的重要內容，通過對壩體水平位移的觀察能夠真實地反映出水庫大壩的真實情況，并且利用所得到的數據判斷大壩結構設計情況，還能夠作為大壩改造的參考數據。傳統的水庫大壩水平位移監測方式中，最常使用的是經緯儀測量法或者視準測量法。但是這種方法的準確性相對較低，尤其是在水平位移監測中還需要結合水庫大壩的變形量情況，為了滿足精確度要求，現階段自動化監測技術不斷發展，步進電機式、光電式、感應式等自動遙感器設備的使用，從根本上提高了監測效果的精確度。

（三）面板周邊縫位移監測

面板的周邊縫位移情況是大壩變形監測中極為重要的內容，需要通過電位式三項測縫計檢測面板和趾板的相對沉降量發展情況進行觀測，還要對剪切以及縫隙的開合程度進行觀察。通過監測的具體數據信息，判斷大壩在施工期、蓄水期的周邊縫止水系統的性能。比如水布埡大壩的左右兩岸地形相對較陡，周圍存在大量的堆石體，這種本身就會產生不均勻沉降的情況，更容易造成面板和趾板的變形，在這樣的情況下，更要對周邊縫的位移情況進行監測。在監測時還要注意儀器的安裝調試和保護工作，必須要在儀器周圍使用鋼罩或者混凝土保護墩加以保護，以免在監測過程中對儀器產生破壞。

綜上所述，在對大壩進行設計的過程中，通過結合其他設計方法，根據大壩修建地區的氣候特點、地理位置等方面進行考察，對大壩進行合理設計，使大壩在建造的過程中，保證大壩能夠較好的使用當地的特點。另外在大壩建造之后，通過對大壩的壩體沉降、水平位移、運行情況監測、周邊縫位移進行檢測，能夠了解大壩的總體運行狀況良好。

（作者單位：464031河南省信陽市南灣水庫管理局）