新疆某平原水庫大壩安全監(jiān)測(cè)布置

李衛(wèi)鵬

（水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

新疆某平原水庫大壩安全監(jiān)測(cè)布置

李衛(wèi)鵬

（水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

結(jié)合新疆某擬建的平原水庫工程，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范為基本設(shè)計(jì)原則，著重考慮本工程的壩體結(jié)構(gòu)、防滲、壩基深厚覆蓋層等特點(diǎn)，進(jìn)行大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)大壩及壩基的變形、滲流、應(yīng)力等。

平原水庫；深厚覆蓋層基礎(chǔ)；大壩安全監(jiān)測(cè)

眾所周知，大壩是調(diào)控水資源時(shí)空分布，優(yōu)化水資源配置的重要工程措施［1］。近年來我國水利、水電事業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，水庫大壩的安全問題也越來越突出，出現(xiàn)了一大批病險(xiǎn)水庫［2］。因此大壩安全監(jiān)測(cè)受到了前所未有的關(guān)注和重視。在我國已建的眾多水庫當(dāng)中，有不少是平原水庫，尤其是在西北、華北地區(qū)。由于平原水庫相對(duì)于山區(qū)水庫具有自身的一些特點(diǎn)（如：壩體高度底、大壩軸線長(zhǎng)、庫區(qū)面積大、地質(zhì)條件往往較差，多數(shù)為軟土地基、透水地基、甚至是無限深的透水地基），這就決定了平原水庫的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與一般的水庫大壩有所不同［3］。大壩安全監(jiān)測(cè)是人們了解大壩運(yùn)行狀態(tài)和安全狀況的有效手段和方法。完整、科學(xué)合理的大壩安全監(jiān)測(cè)，是保障大壩運(yùn)行安全的重要措施，同時(shí)還具有校核設(shè)計(jì)的作用。本文結(jié)合新疆某平原水庫工程，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范為基本設(shè)計(jì)原則，著重考慮本工程的壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防滲特點(diǎn)、壩基特點(diǎn)［4］等進(jìn)行了大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

新疆某平原水庫為大型Ⅱ等工程，水庫依托洪積扇前沿天然地形，通過西、北、東、南四面筑壩而成，壩頂高程689.00m，最大壩高18m，壩軸線長(zhǎng)5921.59km，總庫容3000萬m3。壩頂寬8m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2.0。壩體從上游到下游依次為：現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡板、兩布一膜、碎石墊層、含土碎石壩殼。水庫主要組成建筑物包含水庫大壩、入庫建筑物、供水兼退水建筑物等。

該水庫位于洪積扇前沿的洼地內(nèi)，庫區(qū)地形較平坦，地勢(shì)開闊，總地勢(shì)西高東低，水庫庫盤內(nèi)覆蓋層巨厚，巖性主要為第四系全新統(tǒng)～上更新統(tǒng)洪積含土角礫和低液限黏土，夾中～粉細(xì)砂和粉土層。含土角礫和低液限黏土在庫盤內(nèi)分布不均一，其中含土角礫主要分布于西庫盤，低液限黏土廣泛分布于東庫盤。全庫盤在80m的勘探深度內(nèi)未形成連續(xù)、穩(wěn)定的天然防滲層，水庫蓄水后庫盤存在永久滲漏和腐蝕性地下水污染問題，故水庫全庫盤進(jìn)行土工膜防滲處理。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選取

由于該平原水庫全庫盤及壩體均采用土工膜進(jìn)行防滲，滲流監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，該平原水庫高壩段大部分坐落在深厚覆蓋層（低液限黏土）基礎(chǔ)上，可壓縮層深度巨厚，地基承載能力較低，壩基計(jì)算沉降量較大，不均勻沉降情況也較嚴(yán)重，因而壩體（基）內(nèi)部變形，特別是壩體上下游壩腳附近壩基水平位移和地面隆起都為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。此外，根據(jù)SL551—2012《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，除了日常巡視檢查外，還對(duì)水庫大壩進(jìn)行了表面變形、壓力（應(yīng)力）監(jiān)測(cè)、地震、環(huán)境量等監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器布置

3.1 大壩表面變形監(jiān)測(cè)

大壩表面變形監(jiān)測(cè)包括垂直壩軸線的水平位移監(jiān)測(cè)，和豎向位移監(jiān)測(cè)。

該平原水庫壩軸線總長(zhǎng)5921.593m，在水庫壩體表面選取26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。選取原則為：直線段與圓弧段交界處，地質(zhì)條件變化處、圓弧中間斷面、直線段中間斷面、最大壩高斷面、壩體與供水兼退水建筑物交叉斷面等。相鄰監(jiān)測(cè)斷面間隔155.00～392.70m不等。在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)3個(gè)位移綜合標(biāo)點(diǎn)，位移標(biāo)點(diǎn)具體位置為：上游壩坡正常蓄水位以上1個(gè)、下游壩肩1個(gè)、下游壩坡中點(diǎn)1個(gè)?？傆?jì)26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，共布設(shè)78個(gè)表面綜合標(biāo)點(diǎn)，水平位移和豎向位移觀測(cè)共用。壩體表面豎向位移采用水準(zhǔn)法施測(cè)，壩體表面水平位移依托覆蓋庫區(qū)范圍建立的CORS系統(tǒng)，采用雙頻GNSS接收機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 壩體（基）內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

大壩內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)同樣包括水平位移監(jiān)測(cè)和豎向位移（沉降）監(jiān)測(cè)。

水平位移采用陣列式位移計(jì)監(jiān)測(cè)，豎向位移采用電磁式沉降儀監(jiān)測(cè)。為了監(jiān)測(cè)壩體（基）內(nèi)部變形，在壩體上選定了5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面，主監(jiān)測(cè)斷面的位置選擇結(jié)合大壩表面變形監(jiān)測(cè)斷面，主監(jiān)測(cè)斷面的具體位置如圖1。

圖1 大壩變形監(jiān)測(cè)斷面布置

在每個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面上布設(shè)5條監(jiān)測(cè)垂線，垂線位置分別選取壩體上下游坡腳，壩軸線偏下游1m、上下游壩坡中點(diǎn)。監(jiān)測(cè)垂線編號(hào)從上游到下游分別為1～5號(hào)。沿每條監(jiān)測(cè)垂線埋設(shè)沉降管和電磁沉降環(huán)，壩體建基面以下采用鉆孔布設(shè)，建基面以上隨壩體填筑采用非坑式埋設(shè)，鉆孔深度為壩體建基面以下50m。沉降環(huán)位置即測(cè)點(diǎn)位置從沉降管鉆孔底部開始每間隔5m布置1個(gè)。為了監(jiān)測(cè)壩體（基）內(nèi)部的水平位移情況，在每個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面1，3，5號(hào)監(jiān)測(cè)垂線沉降管旁布設(shè)1套陣列式位移計(jì)，陣列式位移計(jì)每節(jié)1m，布設(shè)深度同相鄰沉降管。此外，為了監(jiān)測(cè)壩基的不均勻沉降情況，在5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面沿壩基寬度方向各布設(shè)1套陣列式位移計(jì)。5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面總計(jì)布設(shè)沉降管25套、陣列式位移計(jì)20套。壩體典型主監(jiān)測(cè)斷面儀器布置情況如圖2。

圖2 壩體典型主監(jiān)測(cè)斷面儀器布置

3.3 滲流監(jiān)測(cè)

3.3.1 壩體、壩基的滲透壓力監(jiān)測(cè)

主要監(jiān)測(cè)水庫大壩壩體、壩基的滲流情況。監(jiān)測(cè)斷面為壩體的5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面，在每個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面沿壩體豎向排水體的頂部和中部各設(shè)置1支滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)大壩壩體的滲流情況；從壩基表面開始沿著每條監(jiān)測(cè)垂線向壩基深度方向間隔12m布設(shè)1支滲壓計(jì)，埋置在壩基中的各支滲壓計(jì)根據(jù)滲壓變化情況可了解壩基孔隙水壓力消散情況。5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面壩體、壩基總計(jì)布置滲壓計(jì)135支。

此外，為了解水庫庫盤排水排氣工程措施的有效性，在庫盤內(nèi)選擇3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面庫盤土工膜下間隔100m均勻布設(shè)13支滲壓計(jì)，總計(jì)布置39支滲壓計(jì)。

3.3.2 庫區(qū)外圍地下水位的監(jiān)測(cè)

由于庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，因而對(duì)蓄水后庫區(qū)地下水位變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在5個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面的下游坡腳和壩后排水溝外側(cè)各布設(shè)1組測(cè)壓管，同時(shí)在水庫西壩段（樁號(hào)：壩5+536.593）庫外布設(shè)2組測(cè)壓管，總計(jì)布置測(cè)壓管12組，測(cè)壓管鉆孔深度均在現(xiàn)狀地下水位5m以下。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，在每個(gè)測(cè)壓管鉆孔內(nèi)埋設(shè)1支滲壓計(jì)，共計(jì)埋設(shè)滲壓計(jì)12支。

3.4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

為了了解壩基土壓力大小和分布情況，在壩體5個(gè)主監(jiān)測(cè)段面上均沿壩體建基面均勻布設(shè)5組兩向土壓力計(jì)，共計(jì)布設(shè)土壓力計(jì)50支。此外，各支土壓力計(jì)埋設(shè)時(shí)應(yīng)與滲壓計(jì)橫向間距保持在1m以內(nèi)，以便根據(jù)滲壓計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算監(jiān)測(cè)部位土體的有效應(yīng)力。

3.5 地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)

地震強(qiáng)震觀測(cè)選擇最大壩高斷面，即主監(jiān)測(cè)斷面壩2+575.797m為監(jiān)測(cè)斷面，在壩頂和下游壩腳分別布置測(cè)點(diǎn)，用強(qiáng)震儀進(jìn)行觀測(cè)。強(qiáng)震儀包括強(qiáng)震加速儀、峰值記錄加速度儀等。強(qiáng)震觀測(cè)的測(cè)次，依地震活動(dòng)情況及時(shí)進(jìn)行。

3.6 環(huán)境量監(jiān)測(cè)

在庫區(qū)范圍內(nèi)建立1座氣象站，對(duì)庫區(qū)風(fēng)速、降水量、氣溫、庫面蒸發(fā)損失等進(jìn)行觀測(cè)。

4 自動(dòng)監(jiān)測(cè)

該平原水庫大壩由于橫向主監(jiān)測(cè)斷面之間的距離比較遠(yuǎn)（702.70～777.70m），在數(shù)據(jù)采集單元配置時(shí)，可在每個(gè)主監(jiān)測(cè)斷面單獨(dú)布置數(shù)據(jù)采集單元，將該主監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)儀器全部引入同一個(gè)橫斷面處的數(shù)據(jù)采集單元。

大壩安全監(jiān)測(cè)根據(jù)測(cè)點(diǎn)數(shù)量、測(cè)點(diǎn)位置及當(dāng)前大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平的發(fā)展?fàn)顩r，大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式采用分布式，即采集裝置分散布置在靠近測(cè)點(diǎn)傳感器的地方，通過光纜將數(shù)據(jù)傳輸至水庫管理站控制室，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。

5 結(jié)語

（1）目前，對(duì)平原水庫大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)尚缺乏針對(duì)性的規(guī)范，該平原水庫儀器布置方案及儀器數(shù)量既滿足了土石壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，又根據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)部位的監(jiān)測(cè)，充分體現(xiàn)了照顧一般，突出重點(diǎn)的設(shè)計(jì)理念。

（2）安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水庫工程建設(shè)中是相對(duì)較小的單項(xiàng)工程，但沒有完整、科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)造成工程失事。因此，設(shè)計(jì)完整、科學(xué)合理的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)確保工程運(yùn)行安全十分必要。

［1］汪恕誠.論大壩與生態(tài)［J］.水力發(fā)電，2004，30（4）：1-4.

［2］中華人民共和國水利部.2008年全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)［R］.2009.

［3］陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2009，25（6）：38-42.

［4］方衛(wèi)華.大中型平原水庫大壩安全監(jiān)測(cè)研究［J］.貴州水力發(fā)電，2006，20（1）：57-60.

［5］SL551—2012，土石壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Safety monitoring in a plain reservoir dam of Xinjiang

LI Wei-peng
（Xinjiang Survey and Design Institute for Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

In this paper，focused on a plain reservoir dam which was planned to build.Based on technical specification for earth-rockfill dam safety monitoring as the basic design principle，the design of dam safety carried out with the consideration of the dam structure features，seepage control features and deep alluvion foundation of the dam.The deformation，seepage and stress of the dam and the dam foundation are monitored.

plain reservoir dam；deep alluvion foundation；dam safety monitoring

TV698.1

B

1672-9900（2017）05-0072-03

2017-07-11

李衛(wèi)鵬（1984-），男（漢族），陜西乾縣人，工程師，主要從事水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，（Tel）15699226325。

（責(zé)任編輯：尹健婷）