北疆地區(qū)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

申 慧

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

北疆地區(qū)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

申 慧

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是大壩設(shè)計(jì)中不可缺少的部分，其目的是為了監(jiān)測(cè)大壩在運(yùn)行期間的安全狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。北疆大壩多為當(dāng)?shù)夭牧蠅危渲袖摻罨炷撩姘鍓魏蜑r青混凝土心墻壩技術(shù)較為成熟，被廣泛使用。本篇選取一座鋼筋混凝土面板壩及一座瀝青混凝土心墻壩的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比論述。

面板堆石壩；瀝青混凝土心墻壩；監(jiān)測(cè)

大壩安全監(jiān)測(cè)的目的是為了監(jiān)測(cè)大壩在運(yùn)行期間的安全狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。以下就哈拉布拉水庫(kù)鋼筋混凝土面板堆石壩及沙爾托海碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩大壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比論述。

1 工程概況

1.1 哈拉布拉水庫(kù)

哈拉布拉水庫(kù)位于新疆塔城地區(qū)境內(nèi)，水庫(kù)總庫(kù)容 1436×104m3，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。壩型采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂長(zhǎng)183m，壩 頂 高 程 1053.95m，防 浪 墻 頂 高 程1054.95m，最大壩高 63.85m，壩頂寬5.5m，上、下游壩坡均為 1∶1.4，上游壩坡采用 40cm厚鋼筋混凝土面板，下游設(shè) 6cm厚的六棱塊護(hù)坡。

壩址處區(qū)域地震基本烈度為Ⅵ度。從巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及兩壩肩的邊坡形成分析，右壩肩穩(wěn)定，左壩肩基本穩(wěn)定。兩岸基巖為輝石閃長(zhǎng)巖，左壩肩強(qiáng)風(fēng)化層厚度為 5m，右壩肩強(qiáng)風(fēng)層厚度為9m。河床覆蓋層為第四 系沖積礫 石層，厚 度4～9m。

1.2 沙爾托海水庫(kù)

沙爾托海水庫(kù)位于新疆博州境內(nèi)，水庫(kù)總庫(kù)容為998×104m3，工程規(guī)模為中型，工程等別Ⅲ等。大壩壩型為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩全長(zhǎng) 170m，壩頂高程607.06m，防浪墻頂高程608.06m，最大壩高 62.88m，壩頂寬6m。碾壓式瀝青混凝土心墻與防浪墻底部相連，心墻厚 0.5～0.7m。上游壩坡為1∶2，上游壩坡采用15cm厚的混凝土板護(hù)坡，下游壩坡為 1∶1.8，下游設(shè) 6cm厚預(yù)制六棱塊護(hù)坡。

壩址處區(qū)域地震基本烈度為Ⅷ度。從巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及兩壩肩的邊坡形成分析，左、右壩肩穩(wěn)定。兩岸基巖為第四系下更新統(tǒng)西域礫巖，左壩肩強(qiáng)風(fēng)化層厚約 3～6m；右壩肩強(qiáng)風(fēng)化層厚約 4～8m。河床為含漂石的砂卵礫石，厚度約17m左右。

1.3 工程對(duì)比

通過對(duì)哈拉布拉水庫(kù)和沙爾托海水庫(kù)工程特性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)論如下：

相近之處：兩座水庫(kù)均為中型水庫(kù)，工程等別相同，庫(kù)容相差不大，壩長(zhǎng)、壩高相當(dāng)，地質(zhì)條件接近。

不同之處是：哈拉布拉水庫(kù)是鋼筋混凝土面板堆石壩，大壩防滲體是鋼筋混凝土面板；沙爾托海水庫(kù)大壩是碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，大壩防滲體是瀝青混凝土心墻。

2 大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在確定觀測(cè)斷面及觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《土石壩觀測(cè)技術(shù)》以及參考國(guó)內(nèi)、外已建大壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合水庫(kù)具體壩址區(qū)的地質(zhì)條件和地形條件，兩座水庫(kù)布置了不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

2.1 哈拉布拉水庫(kù)

該水庫(kù)布置了以下項(xiàng)目：①壩體滲流監(jiān)測(cè)；②壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)；③外部變形監(jiān)測(cè)；④面板周邊縫變形監(jiān)測(cè)；⑤面板板間縫監(jiān)測(cè)；⑥面板應(yīng)力監(jiān)測(cè)；⑦鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

2.2 沙爾托海水庫(kù)

該水庫(kù)布置了以下項(xiàng)目：①壩體滲流監(jiān)測(cè)；②壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)；③外部變形監(jiān)測(cè)；④心墻溫度監(jiān)測(cè)。

2.3 大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目對(duì)比

通過對(duì)哈拉布拉水庫(kù)和沙爾托海水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比，結(jié)論如下：

相同之處是：兩座水庫(kù)均設(shè)置了壩體滲流監(jiān)測(cè)、壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)及外部變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

不同之處是：哈拉布拉水庫(kù)是鋼筋混凝土面板壩，面板是其主要防滲體，是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，因此面板周邊縫變形監(jiān)測(cè)、面板板間縫監(jiān)測(cè)、面板應(yīng)力監(jiān)測(cè)及鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)是哈拉布拉水庫(kù)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)；沙爾托海水庫(kù)是瀝青混凝土心墻壩，瀝青混凝土心墻是其主要防滲體，是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位，因此心墻溫度監(jiān)測(cè)是沙爾托海水庫(kù)的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置

3.1 哈拉布拉水庫(kù)

3.1.1 壩體滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)包括滲透水壓力監(jiān)測(cè)和滲流量監(jiān)測(cè)兩部分，滲透水壓力采用滲壓計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，滲流量采用量水堰量測(cè)。

（1）滲透水壓力監(jiān)測(cè)

選擇最大橫斷面 0+115作為滲流監(jiān)測(cè)斷面，壩基共布置 9個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中 2個(gè)在上游趾板后采用鉆孔埋設(shè)用來觀測(cè)帷幕灌漿效果，1個(gè)埋設(shè)在過渡區(qū)，其余 6個(gè)測(cè)點(diǎn)分別埋設(shè)在該斷面壩軸線上、下游；在周邊縫左右兩個(gè)高程上分別設(shè)置了2個(gè)滲壓計(jì)測(cè)點(diǎn)用以監(jiān)測(cè)周邊縫滲水情況。共計(jì) 11個(gè)滲壓計(jì)。

（2）滲流量監(jiān)測(cè)

在下游滲流匯集處合適的位置設(shè)量水堰，采取在下游低水位時(shí)進(jìn)行量水堰滲流量觀測(cè)。

3.1.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)分為垂直和水平位移監(jiān)測(cè)。

選擇壩體最大橫斷面0+115為觀測(cè)斷面，在高程 1008m、1028m設(shè)置兩層雙向位移計(jì)，其中1008m高程 4個(gè)測(cè)點(diǎn)，1028m高程3個(gè)測(cè)點(diǎn)。共計(jì)7支雙向位移計(jì)。

3.1.3 外部變形監(jiān)測(cè)

外部變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)沿壩軸線4個(gè)斷面，即壩頂?shù)纳?、下游兩?cè)，壩坡面 1008m、1028m高程各一排。起測(cè)基點(diǎn)在每一縱排測(cè)點(diǎn)兩端的岸坡上各布設(shè)一個(gè)，水準(zhǔn)基點(diǎn)在下游 1km處設(shè)三個(gè)。水平位移和豎向位移共用一個(gè)測(cè)點(diǎn)，基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)均采用整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共布設(shè)基點(diǎn) 12個(gè)，變形標(biāo)點(diǎn)26個(gè)。

3.1.4 面板周邊縫變形監(jiān)測(cè)

周邊縫是趾板與面板間的接縫，從防滲的角度看，這是面板壩最薄弱的環(huán)節(jié)。采用三向測(cè)縫計(jì)用以測(cè)量面板周邊縫的沉降、剪切、開度變形。

沿面板周邊縫左岸高程1040、1020m、河床高程 990m、右岸高程 1010、1022、1037.5m，共設(shè)置了 6組三向測(cè)縫計(jì)。

3.1.5 面板板間縫監(jiān)測(cè)

根據(jù)主體工程設(shè)計(jì)，大壩自左壩肩向右壩肩共分為19塊面板。采用單向測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)面板間拉應(yīng)力。

在3-4號(hào)、6-7號(hào)、13-14號(hào)、16-17號(hào)面板之間的板間縫 1045m高程上各布置1支單向測(cè)縫計(jì)；在 5-6號(hào)、14-15號(hào)面 板 之間 的 板 間 縫 1030、1045m高程上各布置2支單向測(cè)縫計(jì)；另外在壩體10-11面板之間的板間縫 1010、1030、1045m高程各布置 3支單向測(cè)縫計(jì)。共計(jì)11支單向測(cè)縫計(jì)。

3.1.6 面板應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在L6、L10面板各布置3組二向應(yīng)變計(jì)（每組都附 有1支 無(wú)應(yīng)力 計(jì)），高 程 分 別 為 1010、1030、1045m；L14號(hào)面板布置2組二向應(yīng)變計(jì)。共計(jì) 8組。用以監(jiān)測(cè)面板混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變。

3.1.7 鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在6、10、14號(hào)面板各布置2支鋼筋計(jì)，高程分別為 1030、1045m，共計(jì)6支，監(jiān)測(cè)面板鋼筋應(yīng)力。

3.2 沙爾托海水庫(kù)

3.2.1 滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)包括壩基、壩體滲流監(jiān)測(cè)及滲流量監(jiān)測(cè)三部分，壩基、壩體滲流監(jiān)測(cè)采用滲壓計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，滲流量采用量水堰量測(cè)。

（1）壩基滲流監(jiān)測(cè)

選擇最大壩橫斷面 0+090心墻下帷幕灌漿前后高程534m和 524m處布置4支滲壓計(jì)，該斷面壩基上游測(cè)布置 1支，下游等距再布置2支。共布置7支滲壓計(jì)。

（2）壩體滲流監(jiān)測(cè)

選擇最大壩橫斷面0+090、0+050及 0+130布置滲壓計(jì)，各斷面心墻上游均布置 1支，心墻下游等距布置 3支，共計(jì) 12支。

（3）滲流量監(jiān)測(cè)

在下游滲流匯集處合適的位置設(shè)量水堰，采取在下游低水位時(shí)進(jìn)行量水堰滲流量觀測(cè)。

3.2.2 壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)分為垂直和水平位移監(jiān)測(cè)。

選擇最大橫斷面0+090和0+050、0+130三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在高程 567.0m、577.0m處分別布置1組雙向位移計(jì)；在最大橫斷面 0+090斷面心墻下游布置 1組雙向位移計(jì)。共計(jì) 7組。

3.2.3 外部變形監(jiān)測(cè)

在壩面埋設(shè)三排壩面標(biāo)點(diǎn)，布置在壩頂上下游及下游壩坡，其高程分別為 607.6m、594.0m及584.0m，標(biāo)點(diǎn)間距約 40m左右，共設(shè)置 14個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)。豎向位移采用水準(zhǔn)線法測(cè)量，水平位移采用視準(zhǔn)線法。在壩頂及下游壩坡設(shè)置監(jiān)測(cè)表面變形的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)采用三角網(wǎng)復(fù)核。

3.2.4 瀝青心墻溫度監(jiān)測(cè)

在最大橫斷面0+090高程 567、577、587m心墻處分別埋設(shè)溫度計(jì)，溫度計(jì)插入心墻不超過心墻厚度的 1/3用以監(jiān)測(cè)心墻溫度，共計(jì)3個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3 大壩監(jiān)測(cè)布置對(duì)比

通過對(duì)哈拉布拉水庫(kù)和沙爾托海水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置進(jìn)行對(duì)比，結(jié)論如下：

相同之處是：兩座水庫(kù)壩體滲流監(jiān)測(cè)、壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置原則一致，均選擇最大橫斷面作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置斷面，使用的監(jiān)測(cè)儀器也一樣；外部變形監(jiān)測(cè)都是選擇上、下壩坡布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

不同之處是：哈拉布拉水庫(kù)是鋼筋混凝土面板壩，面板是其主要防滲體，而面板間分縫處理及鋼筋布置是影響面板防滲效果和穩(wěn)定的主要因素，因此在面板上布置了周邊縫、板間縫、應(yīng)力及鋼筋監(jiān)測(cè)點(diǎn)；沙爾托海水庫(kù)是瀝青混凝土心墻壩，瀝青心墻是其主要防滲體，而溫度是影響瀝青混凝土心墻防滲效果和穩(wěn)定的主要因素，因此在瀝青混凝土心墻內(nèi)布置了溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4 結(jié)論

大壩安全監(jiān)測(cè)是大壩設(shè)計(jì)中不可缺少的設(shè)計(jì)內(nèi)容。在進(jìn)行大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)之前，一定要認(rèn)真研究大壩的組成部分、材料以及大壩重要防滲體，對(duì)大壩進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析。只有了解影響大壩穩(wěn)定的因素，才能在布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，針對(duì)大壩特性選取適宜的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和合適的觀測(cè)設(shè)備，做到少而精，節(jié)約投資，為管理部門提供可靠的大壩運(yùn)行期觀測(cè)結(jié)論。以便在遇特殊工況時(shí)，能及早發(fā)現(xiàn)問題，為決策部門解決問題提供可靠的依據(jù)。

［1］SL60-94.土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SL268-2001.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件［S］.

［3］何勇軍等.大壩安全監(jiān)測(cè)與自動(dòng) 化［M］.水利水電 出版社，2008.

［4］何金平.大壩安全監(jiān)測(cè)理論與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

［5］鞏向偉等.水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及自動(dòng)化［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007（02）.

［6］曲偉勇等.水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及資料分析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2009（05）.

TV698.1

B

1672-2469（2015）08-0077-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.025

申 慧（1979年—），女，工程師。