樓莊子水庫大壩安全監測設計

1.工程概況

樓莊子水庫位于頭屯河上游中低山區，距昌吉市硫磺溝鎮25km，總庫容7374萬m3，為Ⅲ等中型，是一座以灌溉、防洪和城市生活及工業供水為主要任務的綜合性樞紐工程。工程主要由粘土心墻壩、泄洪沖沙兼導流洞、溢洪洞、引水洞等組成，其中大壩為2級建筑物，泄洪沖沙兼導流洞、引水洞、溢洪洞為3級建筑物。粘土心墻砂礫石壩，最大壩高82.6m，壩長570.31m，壩頂高程1400.3m，壩頂寬10m。大壩上游坡度為1：2.5，下游坡度為1：2。大壩主要由粘土心墻防滲體、反濾料、壩殼砂礫料、棱體排水等組成。

2.大壩安全監測設計原則及目的

大壩安全監測設計的核心的指導思想是以安全為主，同時兼顧設計、施工、科研和工程運行需要。設計總原則是：目的明確、突出重點，控制關鍵、兼顧全局，統一規劃、分步實施。

大壩安全監測設計的目的是設計一套監測系統對壩體及壩基運行狀態進行監測，便于發現大壩異常現象，及時地進行分析和處理，保證大壩的運行安全性。依據壩體施工監測結果分析，評價施工技術的適用性和優越性以及需要改進的途徑；依據大壩運行期的安全監測資料，對大壩未來的工作性態及可能的發展趨勢進行初步預判；此外通過實際監測可反饋各種影響因素和檢驗設計的正確性，求得設計的合理、完善和創新，提高設計的技術水平。同時確定在各種運行工況下的安全裕度，對大壩進行適當控制運用，通過適時抬升或降低水庫的運行水位，更好地做好水庫運行調度，使之在整體安全運行的前提下充分發揮其自身的各種效益，本文僅敘述大壩安全監測設計的內容。

3.安全監測設計

3.1 變形監測

3.1.1 表面變形監測

共布置4條監測縱斷面，壩頂在平行壩軸線的壩肩各布置一條，下游壩坡布置2條監測縱斷面，各監測縱斷面高程分別為1400.30m、1400.30m、1380.00m、1360.00m。此外，下游壩面的觀測房頂部需布置綜合標點。

3.1.2 內部變形監測

（1）心墻內部變形監測。在左岸深厚覆蓋層斷面0+258m、最大壩高斷面0+415m和右岸河床斷面0+503m的心墻軸線處布置分層沉降儀和測斜儀，監測心墻內部垂直位移及水平位移。共布置3根沉降儀（ABS/鋁合金管，Φ70mm沉降管共長240m，環間距5m，測頭1個）和3根測斜儀（雙向MEMS式，傳感器間距5m，測斜管，Φ80測斜管（ABS/鋁合金管）共長240m，測頭1個）。測斜儀和分層沉降儀埋設時共用1套測管、1套絞線，均布置在心墻軸線上，測斜管（沉降管）錨固點深入基巖以下3.0m。

（2）下游壩殼砂礫料內部變形監測。在斷面0+258m、0+415m、和0+503m處，下游壩殼砂礫料內的不同高程分別布設觀測設施（由引張線式水平位移計和水管式沉降儀組合而成）進行壩體內部水平、垂直位移觀測，高程布置在約1/3、1/2、2/3壩高處。水管式沉降儀順河床下游方向設置1%的坡度。各測點埋設管路引至下游壩面觀測房內進行監測。

3.2 滲流監測

3.2.1 壩體及壩基滲流監測

樁號0+258m斷面監測儀器布置圖

為了解壩內浸潤線位置及滲流壓力情況，選定3個滲流監測橫剖面（樁號0+415m、0+258m和0+503m）。在樁號0+258m處的心墻軸線下游3m和14.5m處各布置1根測壓管，在斷面0+415m及0+503m處的心墻軸線下游3m和19m處各布置1根測壓管，用以監測壩體內部滲流情況。壩體內共布置6根測壓管（各含1支滲壓計）。

心墻內及壩軸線下游的壩基開挖面布置滲壓計，在樁號0+415m、0+503m斷面壩基帷幕前后各布置1支滲壓計，在樁號0+258m斷面混凝土防滲墻前后各布置1支滲壓計。為了監測樁號0+105.714m斷面的防滲墻側向深入心墻段與粘土心墻接合部位的繞滲情況，在二者接合部位的心墻底部布置1支滲壓計。在0+450m斷面處的心墻底部布置1支滲壓計。

3.2.2 繞壩滲流監測

為監測繞壩滲流情況，在左右岸帷幕灌漿下游側岸坡處各布置3根測壓管，監測壩肩帷幕效果及繞壩滲流情況。共計6根測壓管（各含1支滲壓計）。

3.2.3 滲流量監測

由于河床卵礫石覆蓋層厚約2.3～4.5m，下部基巖為砂巖、泥巖互層，為了監測壩體滲流量，在下游壩坡腳附近設置集水溝，集中壩體滲流水，將滲流水匯集到下游集水溝內，在集水溝內設置量水堰，監測壩體滲流量。

綜上所述，滲流監測共布置測壓管12根（共長790m，Φ50mm），滲壓計57支（含測壓管內12支），量水堰1套（含堰槽、堰板等儀器及土建工程）。

3.3 地震監測

本工程地震設防烈度為Ⅷ度。在左壩肩灌漿平洞內、樁號0+415m斷面的壩頂和下游壩坡中部及右岸岸坡下游坡腳巖石基礎部位共布置4臺強震儀（含加速度傳感器和記錄器等）進行地震監測。

3.4 應力監測

（1）心墻土體應力監測。為了監測心墻土體壓力，在樁號0+258m、0+415m和0+503m斷面的心墻的不同高程處埋設兩向土壓力計（共15組）進行監測。

（2）右岸岸坡段粘土心墻與基礎蓋板面之間的接觸土壓力及界面變形監測。右岸坡建基面較陡，為了監測粘土心墻與蓋板的的接觸土壓力及界面變形情況，在右岸坡樁號0+520.000m、0+540m和0+560m斷面的心墻與蓋板接觸面處分別布置接觸式土壓力計和土體位移計，以監測該部位的心墻與蓋板之間的脫開變形。

（3）心墻基礎混凝土防滲墻應力應變監測。在防滲墻內布設樁號0+200m及0+258m兩個監測斷面，每個斷面設3個監測高程（1316m、1328m及1340m），墻內埋設應變計及無應力計。共布置無應力計6套，應變計12支。

4.結語

本次監測設計充分考慮工程實際情況和監測管理需要，選擇必要的監測項目，力求優化合理，通過對大壩變形監測、滲流監測、應力監測、地震監測等多種監測形式與水情預報及水庫調度等結合起來，使之成為后期水庫工程運行調度系統中的一部分，真正為實現工程多種效益的最大化而提供必要的技術服務支持。水庫大壩安全監測實際上是一種多信息化、系統性的管理，包括信息采集、數據處理、監測結論的分析與得出、合理措施的制定以及監測信息的實時反饋等等，其根本目的是為了工程效益而服務。