旁多水利樞紐工程大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

韓 琳，李俊富

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春130021）

1 工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河流域中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5 km，壩址控制流域面積 16370 km2，年徑流量 62.48×108m3。樞紐為Ⅰ等大（1）型工程，主要由碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩、泄洪洞、泄洪兼導(dǎo)流洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房和灌溉輸水洞等建筑物組成。

碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，壩頂高程4100.00 m，壩頂長度1052.00 m，最大壩高72.30 m。壩殼料采用砂礫石料，防滲體采用碾壓式瀝青混凝土心墻，心墻兩側(cè)設(shè)置4.0 m寬的砂礫石過渡料，心墻通過混凝土基座與基礎(chǔ)混凝土防滲墻連接，心墻下游側(cè)設(shè)置檢修廊道。大壩基礎(chǔ)防滲采用150.00 m深混凝土防滲墻懸掛方案，兩岸設(shè)置基巖帷幕灌漿。

樞紐是以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水綜合利用的樞紐工程，為保證工程安全，充分發(fā)揮工程綜合效益，建立完善的工程安全監(jiān)測系統(tǒng)是必要的。安全監(jiān)測設(shè)計(jì)的范圍包括大壩、發(fā)電引水隧洞、泄洪兼導(dǎo)流洞、灌溉輸水洞、邊坡工程等。文中重點(diǎn)介紹碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2 設(shè)計(jì)原則

考慮該工程高海拔、深厚覆蓋層及高地震烈度等地質(zhì)條件和大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及DL/T5178-2003《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和SL60-94《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求，該工程大壩安全監(jiān)測是以保障樞紐工程安全為主要目的，兼顧驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工以及研究的需要，突出重點(diǎn)、兼顧全面、相關(guān)項(xiàng)目統(tǒng)籌安排、配合布置為主要原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以壩體（基）的變形、滲流、強(qiáng)震動監(jiān)測和心墻、混凝土防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測為重點(diǎn)。

3 布置方案

3.1 壩體表面變形監(jiān)測

壩體表面變形監(jiān)測內(nèi)容包括壩面的水平位移和垂直位移，通常采用傳統(tǒng)的大地測量方法以及全球衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）。該工程地處西藏高海拔地區(qū)，大壩、泄洪洞、泄洪兼導(dǎo)流洞和廠房后高邊坡等建筑物分布范圍較廣，采用傳統(tǒng)大地測量方法受諸多因素影響。為保障樞紐工程安全，需要準(zhǔn)確、連續(xù)、高效地獲得建筑物的變形數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)表面變形監(jiān)測的自動化，因此在基本滿足土石壩監(jiān)測精度要求的前提下，表面水平位移監(jiān)測采用全球定位系統(tǒng)（GPS）測量方法。鑒于GPS監(jiān)測系統(tǒng)垂直定向精度不能滿足監(jiān)測的需要，表面垂直位移仍采用精密水準(zhǔn)法，GPS監(jiān)測系統(tǒng)作為輔助的監(jiān)測手段。

1）監(jiān)測斷面布置。變形監(jiān)測點(diǎn)采用斷面形式布置，斷面分為垂直壩軸線方向的監(jiān)測橫斷面和平行壩軸線方向的監(jiān)測縱斷面。監(jiān)測橫斷面間距為90 m，其中2個(gè)橫斷面布置在最大壩高和主河床部位的最大壩高處，樁號為0+522.00 m、0+755.00 m。監(jiān)測縱斷面沿壩頂和下游壩坡的2個(gè)馬道布置。

2）水平位移監(jiān)測布置。該工程GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)由3個(gè)基準(zhǔn)站和38個(gè)固定監(jiān)測站（變形測點(diǎn)）構(gòu)成?；鶞?zhǔn)站分別設(shè)在樞紐辦公區(qū)、大壩右岸壩肩山坡上以及廠房高邊坡穩(wěn)定的部位。固定監(jiān)測站分別布置在大壩縱橫監(jiān)測斷面的交匯處、泄洪洞及泄洪兼導(dǎo)流洞和廠房相關(guān)部位的高邊坡處。其中壩體表面設(shè)測點(diǎn)24個(gè)，高邊坡部位14個(gè)。

根據(jù)現(xiàn)場條件，GPS數(shù)據(jù)采用無線和有線通訊相結(jié)合的組網(wǎng)方式傳輸，數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測中心站數(shù)據(jù)服務(wù)器。在監(jiān)測中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、處理、分析和管理，對壩體和高邊坡進(jìn)行全天候、長期連續(xù)的監(jiān)測。永久監(jiān)測設(shè)施暫未形成時(shí)，根據(jù)需要臨時(shí)布設(shè)測點(diǎn)，采用基準(zhǔn)站與流動站相結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測。

3）垂直位移監(jiān)測布置。監(jiān)測內(nèi)容主要包括壩頂、下游壩坡以及壩基礎(chǔ)垂直位移。壩頂及下游壩坡測點(diǎn)與大壩表面水平位移監(jiān)測點(diǎn)同點(diǎn)布設(shè)24個(gè)，灌漿廊道內(nèi)設(shè)10個(gè)，共布置34個(gè)測點(diǎn)，按二等水準(zhǔn)精度施測。

為給壩體表面垂直位移監(jiān)測提供基準(zhǔn)，在壩址下游區(qū)布設(shè)垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)。在距壩軸線下游約1.5 km處，布置3個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。在大壩左、右壩肩及下游壩坡2條馬道與兩岸相交的山腳處，分別布置12個(gè)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)。在水準(zhǔn)基點(diǎn)至水準(zhǔn)工作基點(diǎn)間的水準(zhǔn)線路上，根據(jù)地形條件布置10個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。上述各水準(zhǔn)基點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)以及水準(zhǔn)工作基點(diǎn)組成垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)，按國家一等水準(zhǔn)精度施測。

3.2 壩體（基）內(nèi)部變形監(jiān)測

壩體表面位移是壩體在各種因素影響下最終反映的總體變形，不能指示出壩體內(nèi)部各特定位置的變形，而內(nèi)部變形往往更能迅速反映出問題的征兆。若表面變形監(jiān)測設(shè)施投入運(yùn)行滯后，無法及時(shí)獲取隨壩體填筑過程的變形時(shí)，需要內(nèi)部變形儀器獲取，根據(jù)規(guī)范的要求，壩體（基）內(nèi)部變形監(jiān)測設(shè)施是必要的。壩體（基）內(nèi)部變形監(jiān)測內(nèi)容包括壩體垂直位移和水平位移，上游壩殼及基礎(chǔ)覆蓋層采用垂向布置方式，心墻下游過渡層以及下游壩殼采用垂向與水平分層結(jié)合的布置方式。

1）垂向布置。根據(jù)工程地形、地質(zhì)等條件，布置3個(gè)監(jiān)測橫向斷面，與表面變形監(jiān)測橫向斷面一致，其中2個(gè)為主監(jiān)測斷面，另1個(gè)斷面布置在0+331.00 m樁號，作為輔助監(jiān)測斷面。每個(gè)監(jiān)測橫向斷面內(nèi)，沿上下游方向布置6條監(jiān)測垂線，分別布置在壩軸線、壩軸線上游側(cè)8.50 m、42.00 m和壩軸線下游20.00 m、55.10 m、107.50 m，3個(gè)監(jiān)測橫向斷面的測線，在沿壩軸線方向上形成6個(gè)監(jiān)測縱向斷面。

每條垂直測線埋設(shè)測斜兼沉降管，測斜管末端深入到基礎(chǔ)相對變形穩(wěn)定部位，作為相對不動點(diǎn)，沉降測點(diǎn)間距2.00 m，共計(jì)布置18條測線657個(gè)沉降磁板（環(huán)），采用電磁式沉降儀人工進(jìn)行壩殼、心墻過渡層以及基礎(chǔ)覆蓋層的垂直位移監(jiān)測。采用滑動測斜儀監(jiān)測水平位移。

2）垂向與水平分層結(jié)合布置。在防滲體下游側(cè)與馬道相對應(yīng)的4076.00 m、4052.00 m高程，采用弦式沉降儀和弦式土體位移計(jì)同點(diǎn)組合埋設(shè)，沉降儀用以監(jiān)測下游壩體垂直位移，土體位移計(jì)串聯(lián)連接后，監(jiān)測下游壩體水平位移。每個(gè)斷面布設(shè)沉降儀和土體位移計(jì)8套，3個(gè)斷面共布設(shè)兩種儀器各24套。

3.3 瀝青混凝土心墻撓度變形監(jiān)測

在上述布置的3個(gè)監(jiān)測橫向斷面內(nèi)，利用壩軸線上（心墻下游過渡層內(nèi)）的測斜管，用活動測斜儀監(jiān)測心墻撓度變形。同時(shí)利用端點(diǎn)錨固在心墻下游側(cè)表面的土體位移計(jì)，監(jiān)測心墻在高程4076.00 m、4052.00 m處的水平位移。

3.4 界面、接縫變形監(jiān)測

瀝青混凝土心墻與防滲墻、與右岸岸坡基巖、與壩頂防浪墻的連接以及心墻分期施工包裹式接頭是壩體防滲系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。為監(jiān)測該部位接縫變化，在右岸心墻，心墻與岸坡基巖的結(jié)合處布置2組位錯(cuò)計(jì)，心墻與防滲墻混凝土底座結(jié)合處布置6組位錯(cuò)計(jì)；為監(jiān)測瀝青混凝土心墻與過渡層之間界面的相對垂直變形，選擇2個(gè)監(jiān)測橫斷面，樁號為0+331.00 m和0+522.00 m，在心墻上下游側(cè)，1/3壩高范圍內(nèi)，沿不同高程間隔6.00 m布置垂直向位錯(cuò)計(jì)，共布置28支；對與一期瀝青心墻已施工且未留擴(kuò)大接頭部位，采用包裹式接頭型式，用二期瀝青心墻混凝土包裹一期心墻，為監(jiān)測新老混凝土結(jié)合面的接縫變形，在二期瀝青心墻混凝土包裹一期心墻接觸面不同位置，布設(shè)6組兩向測縫計(jì)，用以監(jiān)測接縫的開度變化和錯(cuò)動變形。

3.5 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測的主要內(nèi)容包括壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流以及滲流量監(jiān)測。

1）壩體滲流壓力監(jiān)測。選擇上述3個(gè)監(jiān)測橫向斷面，布設(shè)滲壓計(jì)監(jiān)測，在心墻下游側(cè)過渡料內(nèi)沿不同高程布置4點(diǎn)，在防滲體下游側(cè)的建基面上，沿上下游方向布置5點(diǎn)，共布設(shè)27支滲壓計(jì)。

2）壩基滲流壓力監(jiān)測。選擇0+127.00 m、0+331.00 m、0+522.00 m、0+755.00 m樁號大壩剖面作為主要監(jiān)測橫斷面，分別在防滲墻下游側(cè)的壩軸線、距壩軸線10.00 m、30.00 m處，沿不同高程布設(shè)滲壓計(jì)，共布設(shè)36支。在灌漿廊道內(nèi)布設(shè)10個(gè)測壓管，監(jiān)測壩基滲流變化。

3）繞壩滲流監(jiān)測。在兩岸壩肩帷幕線的下游側(cè)，根據(jù)可能產(chǎn)生滲流的流線和梯度方向布設(shè)16個(gè)繞壩滲流監(jiān)測孔，其中左、右岸各布設(shè)8孔。

4）滲流量的監(jiān)測。由于該工程壩基覆蓋層深厚，不宜采用設(shè)置截水墻及量水堰監(jiān)測滲漏量，因此在壩下游河床中布設(shè)測壓管，順?biāo)鞣较虿荚O(shè)2排，每排3個(gè)，共計(jì)6個(gè)測壓管。通過監(jiān)測測壓管內(nèi)水位的變化計(jì)算出滲透坡降和滲流量。

3.6 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

鑒于本工程高海拔、深厚覆蓋層及高地震烈度的特點(diǎn)，瀝青混凝土心墻和防滲墻體作為大壩的重要防滲結(jié)構(gòu)物，為監(jiān)測其安全以及科學(xué)研究，有必要進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。

1）瀝青混凝土心墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。選擇2個(gè)監(jiān)測橫斷面，樁號為0+331.00 m、0+522.00 m，在心墻上下游側(cè)表面，1/3壩高范圍內(nèi)，沿不同高程間隔5.00 m布置應(yīng)變計(jì)，共布設(shè)16支。為從實(shí)測的總應(yīng)變中扣除瀝青混凝土自生體積變形，在心墻底部漸變段最厚的部位各設(shè)置1套無應(yīng)力計(jì)。

2）混凝土防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。選擇4個(gè)監(jiān)測橫斷面，樁號為0+127.00 m、0+331.00 m、0+522.00 m、0+755.00 m。在防滲墻的上下游側(cè)，沿不同高程間隔8.00 m分別布置104支應(yīng)變計(jì)和52支無應(yīng)力計(jì)。

3.6 強(qiáng)震監(jiān)測

該工程場地的地震基本烈度為Ⅷ度，屬地震高烈度區(qū)。大壩的地震設(shè)防烈度為Ⅸ度。為了監(jiān)測本區(qū)域發(fā)生地震時(shí)，壩體的強(qiáng)震反映，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，大壩需要進(jìn)行強(qiáng)震動安全監(jiān)測。

選擇樁號0+331.00 m、0+522.00 m 2個(gè)監(jiān)測斷面，進(jìn)行大壩反應(yīng)臺陣測點(diǎn)布置。測點(diǎn)布置在壩頂、下游壩坡4076.00 m高程馬道和下游壩坡坡腳處，同時(shí)在左右壩肩、下游河谷自由場各布設(shè)1個(gè)測點(diǎn)，共設(shè)9個(gè)。每個(gè)測點(diǎn)布成水平順河向、水平橫河向、豎向三分量，臺陣共計(jì)27個(gè)通道，通過9臺強(qiáng)震儀組網(wǎng)進(jìn)行自動監(jiān)測。

4 結(jié)語

針對工程存在高地震烈度、深覆蓋層和地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，將變形、滲流、強(qiáng)震動以及防滲體的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測作為重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計(jì)，已建項(xiàng)目的監(jiān)測資料分析成果，為初期蓄水安全鑒定提供了重要依據(jù)。