高寒高海拔地區某碾壓混凝土壩安全監測設計研究與實踐

◎林金城 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司

1.工程概況

該工程處在西藏自治區境內，電站的主要功能為發電，水庫正常時的蓄水位為3418m，相對應的庫容達7959萬m3，電站裝機容量160MW。該工程的主要組成部分有碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪沖沙系統、左岸壩身引水系統、壩后廠房。擋水建筑物的最大壩高達83.00m，壩頂寬8m，壩頂全長235.50m。屬于三等中型工程，主要永久建筑物等級為3級，次要建筑物等級為4級。

工程區平均海拔3400m，多年平均氣溫5.6℃，極端最低氣溫-20°，晝夜溫差較大，年平均日溫差為16℃，常年降雨量少、寒冷干燥、低壓缺氧、日照長、輻射強烈。屬于典型的高海拔寒冷地區氣候條件。

2.碾壓混凝土壩安全監測的重、難點分析

（1）壩基為厚層塊狀砂巖、粉砂巖夾泥巖等硬質巖類，主要類型為Ⅲ2A類巖體，建基面承載力滿足要求，但局部受軟巖分布影響，可能引起壩基不均勻變形。

（2）工程位于高寒高海拔地區，面臨凍融循環、氣候干燥、晝夜大溫差及寒潮溫度驟降等多重不利因素的影響，壩體混凝土極易產生溫度裂縫及干縮裂縫等有害裂縫。

（3）大壩采用碾壓混凝土筑壩，屬大體積混凝土施工，干硬性混凝土的水化熱反應具有滯后性，壩內混凝土達到穩定溫度場需歷時較長。

（4）在高寒高海拔地區冬季施工難度大，且氧氣稀薄引起機械及人工降效，可能導致混凝土層間結合質量問題。

（5）該地區日照時間長，紫外線輻射較強且空氣濕度低，由此縮短了混凝土的初凝時間，從而對混凝層間結合質量產生不利影響。

（6）在如此復雜的環境條件下，對于監測設備的適應性、耐久性、可靠性更是一個嚴峻考驗。

綜合以上分析，變形和滲流滲壓是壩體最直觀的安全體現，施工期混凝土溫控及養護工作是壩體澆筑質量的關鍵環節，因此大壩的監測重點包括壩體變形、滲流滲壓、壩體溫度、壩體應力應變等。監測儀器的選型也是決定能否實時掌握大壩工作性態的難點之一。

3.擋水建筑物安全監測布置

擋水建筑物主要組成部分有左岸擋水壩段、左岸取水壩段、河床溢流壩段和右岸擋水壩段。整體安全監測工作分為壩體變形監測、縫開合度監測、應力應變及溫度監測、滲流滲壓監測、強震動監測等。

3.1 變形監測

針對壩體的水平和垂直位移、壩基的變形以及壩體縫的開合度實施監測。于最大壩高、地質條件復雜、擋水建筑物不同功能壩段設置監測斷面，一共設置了3個主監測斷面及1個輔監測斷面，具體處于左岸5#引水壩段、8#溢流壩段、右岸10#擋水壩段和左岸3#擋水壩段。

①水平位移：在不同功能壩段的壩頂上游側布置表面觀測墩，左右岸兩壩肩上的觀測墩作為視準線基點；于壩頂的下游側設置1套真空激光準直系統，也可用其監測垂直位移；在主監測斷面各布置1組正倒垂結合的垂線進行壩體及壩基水平位移監測。另外在左右岸測站內分別布置1組倒垂線為真空激光準直系統提供變形基準值。

②垂直位移：結合表面觀測墩布置水準點，水準測量采用沿線往返測回形成閉合回路，水準基點采用樞紐建筑物水準網校測；為了解縱橫向的壩基不均沉降變形，在壩基底層廊道內布置靜力水準儀，對壩基垂直位移進行監測，采用雙標倒垂作為校測基點。

③壩基變形：左岸3#壩段基礎泥巖含量比例較多，抗滑穩定安全余度較低，在該壩段基礎設置基巖變位計對壩基位移進行監測。

④縫的開合度：壩基邊坡左陡右緩，在壩體與基巖接觸面可能發生裂縫的部位以及不同壩段之間的誘導縫、橫縫，采用測縫計進行開合度監測，為施工期灌漿提供必要數據；受施工方法、混凝土溫度、大氣溫度、壩體應力等因素的影響，壩體表面可能產生隨機裂縫，根據現場實際發生的裂縫進行監測。

3.2 大壩滲流滲壓監測

主要監測的內容有壩基揚壓力、滲透壓力、繞壩滲流、滲漏量，通過監測資料可直觀反映壩體混凝土防滲性能及施工質量，檢驗防滲系統、排水系統的效果，判斷大壩的滲流穩定性并分析壩體抗滑穩定性，并及時采取安全處理措施。

①壩基揚壓力。在壩基灌漿廊道帷幕后布設1個監測斷面，采用測壓管和滲壓計監測壩基揚壓力的縱向分布情況；在壩橫0+132.25m、壩橫0+075.00m、壩橫0+191.00m布置測壓管和滲壓計，監測壩基揚壓力橫向分布情況。

②滲透壓力。壩體的滲壓情況可以間接反映混凝土層間結合質量，在壩橫0+132.25m、壩橫0+075.00 m 斷面的3345m 和3355m高程，常態與碾壓混凝土分界面上成組布置滲壓計，距上游壩面依次為1m、3m和6m，對壩體水平向滲透壓力分布和壩體沿垂直向的滲壓分布進行監測。

③滲流量。壩體滲漏量監測考慮分區排水分區監測，分別在壩基集水井入口處、上游灌漿廊道、排水廊道內布置量水堰，監測帷幕前后、左右岸不同分區的滲水量，評價壩基及壩體防滲效果。

④繞壩滲流。在壩肩兩岸沿下游岸坡的流線方向設置2個監測斷面，每個觀測斷面設2～3個水位觀測孔，在左岸帷幕灌漿廊道的端部和近壩區各布置1支滲壓計，在右岸帷幕灌漿廊道端部、中部和近壩區各布置1支滲壓計，對庫水繞滲及帷幕防滲效果進行監測。

3.3 大壩應力應變及溫度監測

①應力應變：由于擋水建筑物為高壩，使用雙向應變計組和無應力計來監測壩踵、壩趾等應力較大部位的應力應變；大壩壩身設有溢流表孔和泄洪沖沙孔，采用鋼筋計、錨索測力計對壩身閘墩的應力進行監測。

②溫度監測：考慮該地區復雜的氣候條件及壩體施工工藝等因素，采用點式溫度計及測溫光纖對壩體內部溫度場進行監測；選擇河床最高壩段，在上游建基面鉆孔布置4支溫度計，以此監測混凝土水化熱溫升時對基巖產生的影響以及基巖不同深度下溫度分布情況；并在壩體溫度監測斷面設置溫度計來監測大壩下游表面溫度。

3.4 大壩強震監測

選取最高壩段作為地震強震動反應監測的主斷面，在壩頂、壩基廊道內及右壩肩各布置1個強震監測點，在左岸下游離壩址2倍壩高附近的庫岸基巖上布置1個自由測點。通過強震儀來監測發生地震時的振幅、頻率、振動速度和加速度。

4.儀器選型

監測儀器設備的選型應考慮監測項目及工程性質等因素，并遵從以下原則：

（1）監測儀器必須要求質量可靠、測值準確、耐久性好，能適應高寒高海拔地區的自然環境，在晝夜大溫差條件下可長期工作。

（2）具有工程所需要的精度、量程、重復性等各項技術指標且易于實現自動化監測。

（3）應對各類設備進行充分論證和對比，所選儀器設備種類少，為運行管理和后期自動化系統提供方便。

5.安全監測實施效果

至工程竣工驗收時，埋設儀器總體完好率為89.1%，并已實現監測自動化。水庫蓄水以來已通過6次汛期考驗，泄洪設施多次放水，通過現場巡視及碾壓混凝土重力壩已安裝的壩體壩基變形、接縫變形、滲流滲壓、應力應變和溫度等監測儀器所取得的監測成果表明，壩體壩基工作性態良好。目前，大壩制定的水庫運行方式已在多個汛期進行了試驗，證明是可行的，可以保證工程的發電和防洪安全。

6.結束語

作為藏區第一座碾壓混凝土重力壩，面臨著凍融循環、氣候干燥、晝夜大溫差等多重不利因素影響，為保障大壩的施工質量和運行安全，開展了筑壩材料、施工技術、安全監測等相關研究工作，采取施工控制措施、不斷完善監測體系，從而確保電站的建成和安全運行。