水平水庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)探討和監(jiān)測效果分析

沈 鵬

(貴州省大壩安全監(jiān)測中心，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

水平水庫位于貴州省黔南州三都縣中和鎮(zhèn)拉旦河上，壩址距中和鎮(zhèn)政府駐地直線距離0.5 km，距三都縣城27.0 km。工程主要任務(wù)是向中和鎮(zhèn)和水龍鄉(xiāng)集鎮(zhèn)供水及灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉。水平水庫的樞紐建筑物包括了大壩與表孔溢洪道以及取水兼放空孔多個部分。

大壩是拋物線變厚的雙曲拱壩，起拱的高程為715.0 m，建基面的高程是713.0 m，其中最大的壩高達(dá)到了38.0 m，壩頂寬為4.0 m，拱冠梁位置底厚度為11.0 m。最大中心角91.194°，最小的中心角是46.0°。壩頂上與下游側(cè)各設(shè)置了1.2 m高欄桿。

2 監(jiān)測系統(tǒng)

水平水庫的樞紐項目安全監(jiān)測包括：壩體表面的變形問題、壩體橫縫變形、壩肩接觸縫發(fā)生變形問題、壩基滲壓還有壩體的孔隙水壓力，以及壩體的溫度多方面內(nèi)容。

2.1 大壩監(jiān)測系統(tǒng)布置

2.1.1 水平位移

大壩的上游左巖與右岸分別設(shè)置了2個，總共4個基準(zhǔn)點構(gòu)成大地的四邊形，當(dāng)做水平位移的監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，與壩頂總共布置了5個水平的位移監(jiān)測位置，對于壩頂?shù)乃轿灰茖嵤┫嚓P(guān)的觀測工作。

2.1.2 垂直位移

在大壩上游約1.2 km位置的基巖之上布置了3個水準(zhǔn)的基準(zhǔn)點，在大壩的左岸與右岸上分別設(shè)置了1個水準(zhǔn)的工作基點，于壩頂總共布置了5個垂直的位移監(jiān)測位置，當(dāng)做水平水庫的垂直位移監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，來對于壩頂?shù)拇怪蔽灰茖嵤┫嚓P(guān)觀測工作。

2.1.3 壩肩接觸縫

壩肩接觸縫在大壩左右岸726.0 m、746.0 m高程的基巖位置各設(shè)置了裂縫計2支，其鉆孔深進(jìn)基巖達(dá)到1.0 m，對于兩壩肩處混凝土和基巖的接觸面裂縫實施相關(guān)監(jiān)測工作。裝置設(shè)置分別距離上下游的壩面大致是1.0 m，總共有8個裂縫計。

2.1.4 滲流滲壓觀測

壩基和壩體的滲壓監(jiān)測是采取埋設(shè)滲壓設(shè)備措施實施的，于樁號0+031.13斷面、0+062.29斷面、0+093.88斷面;高程為713.0 m、726.0 m的基巖與壩體內(nèi)共布置7支滲壓計，用以大壩滲壓監(jiān)測。

2.1.5 壩體溫度

壩體混凝土溫度觀測采用埋設(shè)溫度計的方法進(jìn)行，大壩壩體共計布置溫度計32支，布置于壩縱0+031.13、0+062.29、0+093.88樁號。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)運行情況

水平水庫共有各類監(jiān)測測點86個，截止2019年4月24日，監(jiān)測系統(tǒng)失效測點總數(shù)8個，完好測點78個；其中可更換測點19個，完好率為100%，不可更換測點67個，完好率為88%。其中，裂縫計K5、K6為施工期鉆孔損壞；2018年12月觀測，溫度計T4、T15測值異常，后續(xù)觀測同樣測值異常，判定為失效測點。失效儀器中，除K5、K6在同一位置，其余測點同位置均有其他完好儀器，但K5、K6離壩頂僅有5 m，該部位對大壩整體影響較小?，F(xiàn)有監(jiān)測儀器基本能滿足大壩運行期全監(jiān)測的需要。

3 檢測成果分析

3.1 壩頂平面位置及水平位移

壩頂平面位置、水平位移觀測成果見表1。

表1 壩頂平面位置、水平位移觀測成果表

根據(jù)觀測成果，本月觀測時，庫水位743.1 m，氣溫25 ℃，較上月(2019年4月24日)觀測時，庫水位降低3.4 m，氣溫降低3 ℃。實測壩頂徑向累積水平位移量在-0.4～1.4 mm之間，位移變化量在-1.9～2.2 mm之間；切向水平累積位移量在-0.6～1.6 mm之間，變化量在-0.8～2.2 mm之間。本月在壩體溫度升高及庫水位略有降低的工況下，壩體徑向水平位移基本表現(xiàn)為向上游變化，切向水平位移變化不明顯。位移量及變化量均不大，本月水平水庫大壩水平位移變化基本正常。

3.2 壩頂高程、垂直位移觀測

觀測成果表明，本月觀測時，氣溫較2019年4月24日觀測時降低3 ℃。實測壩頂累計垂直位移量在-0.45～0.28 mm之間，變化量在-0.43～-0.11 mm之間；在壩體溫度升高的工況下，實測壩頂垂直位移變化均表現(xiàn)為抬升現(xiàn)象，且壩體中部變化量大于兩壩段，符合混凝土壩的一般變形規(guī)律；但垂直位移量及變化量均不大，未見明顯異常變化，本時段壩頂垂直位移基本正常。

3.3 壩體橫縫觀測

水平水庫大壩共埋設(shè)20套測縫計，用于觀測壩體橫縫開合度，在2018年12月觀測時，發(fā)現(xiàn)J19無讀數(shù)，后續(xù)觀測也無讀數(shù)，判定為失效。

(1)1#橫縫746.0 m高程，本月實測開合度分別為0.14 mm、0.18 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.04 mm、-0.07 mm；較2017年10月24日灌漿后開合度變化量分別為-0.04 mm、-0.03 mm。

(2)2#橫縫736.0 m高程,實測橫縫開合度分別為0.87 mm、1.02 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.03 mm、-0.02 mm；746.0 m高程實測橫縫開合度分別為0.58 mm、0.39 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.13 mm、-0.01 mm；2#橫縫較2017年10月24日灌漿后開合度變化量在-0.13～-0.01 mm之間。

(3)3#橫縫726.0 m高程,實測橫縫開合度分別為1.67 mm、2.00 mm，較2019年4月24日變化量分別為0.01 mm、-0.10 mm；736.0 m高程實測橫縫開合度分別為0.22 mm、0.24 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.01 mm、0.01 mm；較2017年10月24日灌漿后開合度變化量在-0.10～0.01 mm之間。

(4)4#橫縫736.0 m高程,實測橫縫開合度分別為3.43 mm、3.26 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.03 mm、0.06 mm；746.0 m高程實測橫縫開合度分別為2.44 mm、2.20 mm，較2019年3月30日變化量分別為0.00 mm、-0.03 mm；較2017年10月24日灌漿后開合度變化量在-0.08～0.43 mm之間。

(5)5#橫縫736.0 m高程,實測橫縫開合度分別為0.84 mm、0.66 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.18 mm、-0.02 mm；746.0 m高程實測橫縫開合度分別為1.57 mm、0.90 mm，較2019年4月24日變化量分別為-0.12 mm、-0.14 mm；較2017年10月24日灌漿后開合度變化量在-0.09～0.08 mm之間。

(6)6#橫縫746.0 m高程,實測橫縫開合度為1.01 mm，較2019年4月24日變化量為-0.11 mm；較2017年10月24日灌漿后開合度變化量為0.08 mm。

綜上所述，本月實測壩體橫縫開合度變化量在-0.18～0.06 mm之間，總體表現(xiàn)為閉合趨勢，大壩橫縫開合度變化未見異常。2017年10月24日灌漿后變化量在-0.22～0.43 mm之間，小于0.50 mm的灌漿最小開合度。

3.4 壩基、壩肩接觸縫

大壩共埋設(shè)8套裂縫計，用于觀測壩基與壩肩接觸縫開合度。其中，K5、K6在施工期被鉆孔損壞，K8在本月觀測時無測值，其余測點測值正常。

(1)726.0 m高程右岸裂縫計K1、K2開合度分別為0.31 mm、0.39 mm，相對于2019年4月24日變化量均為0.00 mm；左岸裂縫計K3、K4開合度分別為0.03 mm、0.52 mm，相對于2019年4月24日變化量分別為0.00 mm、0.04 mm。

(2)746.0 m高程左岸裂縫計K7開合度為-0.58 mm，相對于2019年4月24日變化量為-0.02 mm。

綜上所述，本月實測壩體與壩基間接縫開合度在-0.58～0.52 mm之間，相對于2019年4月24日變化量在-0.02～0.04 mm之間，變化量極小，表明壩體與壩基巖體接觸緊密，未見異常。

3.5 滲流滲壓觀測

大壩基礎(chǔ)共埋設(shè)滲壓計7支，用于觀測大壩基礎(chǔ)揚壓力變化情況。根據(jù)觀測資料顯示，滲壓計P6于2016年10月29日埋設(shè)，從2017年10月11日開始出現(xiàn)負(fù)壓，但量級較小，且施工期水庫未蓄水，未能發(fā)現(xiàn)異常。水庫蓄水后，該儀器測值顯示，仍為負(fù)壓，P6滲壓計安裝在帷幕前，主要反映庫水位變化情況，儀器測值與實際不相符，判定為儀器測值異常，其余測點測值正常。

(1)實測壩基712.5 m高程最大揚壓力為0.216 MPa，較上月最大變化量為-0.034 MPa，揚壓力及變化量均表現(xiàn)為離帷幕由近及遠(yuǎn)逐漸減?。粨P壓力折減系數(shù)在0.03～0.43之間。

(2)壩基724.0 m高程，滲壓計P4距下游壩面僅1.0 m左右，測值基本反映大壩下游水位。其余測點最大揚壓力為0.113 MPa，較上月最大變化量為-0.010 MPa；揚壓力折減系數(shù)在0.34～0.51之間。

綜上所述，本月在庫水位降低的3.4 m工況下，實測壩基揚壓力在0.113～0.216 MPa之間，計算各測點揚壓力折減系數(shù)在0.03～0.51之間，基本小于《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》(SL 282—2018)中規(guī)定的0.5，現(xiàn)場巡視檢查未見明顯滲漏，壩基防滲效果較好，未見異常。

3.6 壩體溫度觀測

大壩共埋設(shè)溫度計32支，溫度計T4、T14、T15、T23共4支溫度計失效，其余測點測值正常。

本月實測壩體溫度在14.5～20.8 ℃之間，與2019年4月24日測值比較，溫度變化量在-1.4～5.0 ℃之間，壩體溫度總體表現(xiàn)為上升趨勢。壩體溫度基本表現(xiàn)為同一斷面高程越高溫度也越高，蓄水位以下基本表現(xiàn)為從上游往下游溫度逐漸升高，水位高程以上表現(xiàn)為同一斷面上下游表面溫度高于壩體內(nèi)部溫度。受光照時長影響，左壩段壩體溫度較右壩段壩體溫度高，壩體整體溫度分布基本正常。

4 監(jiān)測效果分析

通過上述實際監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能夠得到，在監(jiān)測位置的各個方向?qū)τ跍y點的高程、滲流量、壩體位移、橫縫、垂直位移以及滲壓等各個方面得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)是非常精細(xì)全面的，而且得到的數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度能夠達(dá)到百分之一甚至是千分之一，這對于后續(xù)工作的進(jìn)行是非常有幫助的。實行水庫大壩檢測系統(tǒng)能夠?qū)λ畮齑髩沃械母鱾€參數(shù)做到深入的分析，并且能夠得到相應(yīng)的結(jié)論。建立大壩的安全監(jiān)測體系，不但能夠使得數(shù)據(jù)信息采集的周期得到有效縮短，大壩的觀測效率得到提升，勞動的強(qiáng)度降低，而且可以充分運用水庫的調(diào)蓄功能，使在供水以及防洪方面發(fā)揮出最大的能力，還有經(jīng)過對水庫大壩的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行驗證來對未來的設(shè)計進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，對大壩的除險加固項目施工工藝實施改進(jìn)，對大壩的不安全問題以及險情診斷采用相應(yīng)方案實施加固，而且它還可以應(yīng)用長時間積累的資料來掌握變化規(guī)律，對大壩的未來狀態(tài)做出有效及時的預(yù)報，能夠看出：安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)從淺層意義來說是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩工作性態(tài)，從深層意義則是為了更好掌握大壩變化規(guī)律，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象或工程隱患，指導(dǎo)大壩運行安全管理工作，發(fā)揮工程效益，節(jié)約工程投資。

5 結(jié) 語

大壩的安全監(jiān)測體系投入運行之后，水庫運用安全監(jiān)測體系，依照水情、雨情，對入庫的洪水分步驟實施合理調(diào)整，使得大壩的壩面能夠合理受水，而且水庫的洪水調(diào)度當(dāng)中，因為應(yīng)用安全監(jiān)測體系，能夠在二十四小時內(nèi)對大壩的安全情況實施全方位的監(jiān)測工作，使相關(guān)管理工作者對壩體的巡查工作方便即時，從而管理方面的費用有效節(jié)約，而且大壩自身的安全系數(shù)也能夠得到科學(xué)提升。