喀臘塑克大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)特點(diǎn)簡析

云 磊

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

喀臘塑克工程是一項(xiàng)以供水為主的大型水利樞紐工程。該水利樞紐工程安全監(jiān)測系統(tǒng)包括：碾壓混凝土重力壩主壩、發(fā)電引水系統(tǒng)、廠房、瀝青心墻副壩（土石壩）、庫岸監(jiān)測等部位的監(jiān)測。布設(shè)有變形監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測、滲流滲壓監(jiān)測等。

與一般RCC 大壩相比，本工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：①溫度監(jiān)測是大體積全斷面混凝土大壩安全監(jiān)測的重要部分，在北疆嚴(yán)寒區(qū)施工期的溫控措施尤為重要，溫控措施的到位與否直接影響大壩的施工質(zhì)量，因此大壩溫度監(jiān)測是必不可少的；②本工程基本烈度Ⅶ度，水庫有觸發(fā)地震的可能，雖概率較低，水庫觸發(fā)地震震級上限最高M(jìn)s=5.5 級，另外本工程規(guī)模大，又位于趨于活斷層附近，因而強(qiáng)震監(jiān)測亦是安全監(jiān)測的組成部分。

以下主要介紹RCC 大壩在高寒、高地震烈度安全監(jiān)測設(shè)計(jì)的特殊考慮，以及工程運(yùn)行后對大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)的反饋。

2 安全監(jiān)測設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 基于高寒地區(qū)特點(diǎn)

本工程為全斷面碾壓混凝土重力壩，壩址位于北方環(huán)境嚴(yán)寒區(qū)，年平均氣溫2.7℃，年最高氣溫為40.1℃，年最低氣溫-49.8℃，每年4月初氣溫回升至0℃以上，10月底氣溫降至0℃以下，1月平均氣溫最低為-20.6℃，7月平均氣溫最高為23.0℃，且全年各月多發(fā)寒潮，其中以降溫3 d～6 d 的寒潮為主，普遍日平均氣溫降幅超過10℃，單次寒潮降溫幅度為40℃。

由于壩址區(qū)月平均溫度較低，導(dǎo)致大壩的穩(wěn)定溫度場較低，防止大壩在施工期產(chǎn)生較大危害性的基礎(chǔ)貫穿性裂縫，必須采用相關(guān)措施以減小壩體基礎(chǔ)溫差；長間歇式（北疆冬季11月～來年3月不具備施工條件）的施工方式，使壩體澆筑施工存在越冬面，故對越冬面及附近混凝土的抗裂提出更高的要求；另壩址區(qū)多發(fā)性寒潮及晝夜溫差大的緣故，使表面裂縫產(chǎn)生的可能性大大增大。以上因素均是在高寒地區(qū)修建高碾壓混凝土需要考慮并克服的問題，故使用安全可靠的溫控方案，提出合理的溫控指標(biāo)及行之有效的防裂措施是必不可少的，而溫控方案、指標(biāo)等大壩混凝土溫度數(shù)據(jù)來源均由大壩溫度監(jiān)測設(shè)備所采集，由此可見大壩溫度監(jiān)測設(shè)計(jì)的重要性。另外溫度監(jiān)測也可為后續(xù)監(jiān)測大壩溫度場是否穩(wěn)定、大壩混凝土應(yīng)力計(jì)算、壩體裂縫及位移成果分析等提供重要參數(shù)。

（1）溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測有庫水溫度、壩體內(nèi)部碾壓混凝土溫度和壩體表面溫度及壩基基礎(chǔ)溫度等。對壩體表面溫度和庫水溫度觀測，采用將溫度計(jì)埋設(shè)在距壩體上下游表面5 cm～10 cm 的壩體混凝土內(nèi)，且測點(diǎn)沿高程分布，壩體內(nèi)部混凝土溫度采用網(wǎng)格布置溫度測點(diǎn)，網(wǎng)格間距為8 m～15 m?；鶐r溫度在溫度監(jiān)測斷面的基礎(chǔ)底部，靠上、下游采用在基礎(chǔ)面設(shè)置一排5 m～10 m深的鉆孔，在孔內(nèi)不同的深度處設(shè)置測點(diǎn)布設(shè)溫度計(jì)，以監(jiān)測基礎(chǔ)溫度分布，完成后用水泥砂漿回填孔洞。

本工程大壩溫度監(jiān)測設(shè)計(jì)除按照一般重力壩溫度設(shè)備布設(shè)方法布設(shè)外，還有以下布設(shè)特點(diǎn)：

①越冬層溫度監(jiān)測

由于施工時(shí)間限制，本工程大壩澆筑有兩個(gè)越冬面，分別在高程646.00 m、699.00 m，故對越冬層面進(jìn)行保溫是防止越冬面因冬季低溫的影響而使該層面產(chǎn)生裂縫的重要措施，如何了解是否達(dá)到保溫效果，則要根據(jù)壩體內(nèi)部布置的溫度計(jì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；另一方面工程在來年繼續(xù)施工時(shí)，新舊混凝土之間的溫差較大，新舊混凝土結(jié)合處會由于溫度應(yīng)力較大而引起水平裂縫，由此可見越冬面溫度監(jiān)測是必不可少的。

越冬層是溫度監(jiān)測的一個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測部位，選擇主河床26#、29#、32#、35#壩段為越冬面溫度監(jiān)測典型壩段，在高程645.00 m、699.00 m 附近沿橫斷面方向每隔12 m 埋設(shè)溫度計(jì)，以監(jiān)測越冬面溫度，來驗(yàn)證越冬層溫控措施是否有效，從而判斷是否需要進(jìn)一步采取相關(guān)工程措施。另在26#、29#、32#、35#壩段越冬層上、中、下游新舊混凝土接觸面的5 cm～10 cm 范圍內(nèi)埋設(shè)溫度計(jì)各3 支，以監(jiān)測新舊混凝土溫度差是否在可控范圍內(nèi)，同時(shí)645.00 m、699.00 m 高程平面隨機(jī)布置裂縫計(jì)24 支來輔助觀察新舊混凝土結(jié)合情況。

②壩體永久保溫

壩址區(qū)嚴(yán)酷的氣候條件，考慮大體積混凝土受水化熱影響需要長時(shí)間放熱才能穩(wěn)定，進(jìn)入冬季壩體內(nèi)外溫差將會增大，造成壩體表面裂縫。為防止大壩表面出現(xiàn)裂縫，特別是是要避免在壩體表面出現(xiàn)危害性較大的披頭裂縫，就需要大壩上下游面進(jìn)行保溫措施，故布置在上下游面5 cm～10 cm 的壩體混凝土的溫度計(jì)可以起到提供壩體保溫仿真計(jì)算參數(shù)及驗(yàn)證保溫效果的目的。

經(jīng)仿真計(jì)算、比較、分析，建議采用10 cm 厚XPS 擠塑板對壩體進(jìn)行整體保溫，防止壩體表面開裂［1]。

2.2 基于高地震烈度地區(qū)特點(diǎn)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），本工程庫壩區(qū)50 a 超越10%基巖動峰值加速度為0.15 g，對應(yīng)基本烈度為7 度［2]。又由于本工程規(guī)模為I 等大（1）型，并位于區(qū)域斷層附近。區(qū)域內(nèi)有多條活動斷裂，與強(qiáng)震活動相關(guān)的斷裂為可可托海一二臺斷裂、烏恰庫爾提斷裂。從庫區(qū)斷層活動及斷層所在位置、庫水深度及巖石堅(jiān)硬等條件分析，本工程有誘發(fā)地震的可能。為監(jiān)測本工程蓄水后可能誘發(fā)的水庫地震對大壩造成的影響，及時(shí)對各建筑物進(jìn)行安全評價(jià)，掌握不同高程及壩段的動力響應(yīng)，對強(qiáng)震進(jìn)行監(jiān)測是必要的。

強(qiáng)震設(shè)備布置如下：由于強(qiáng)震過程中若振動在引水發(fā)電洞進(jìn)水口反應(yīng)較強(qiáng)烈，勢必會引起壩后電廠引水管道、機(jī)組等一系列不良連鎖反應(yīng)，甚至出現(xiàn)更嚴(yán)重的危害，故在引水發(fā)電洞進(jìn)水口閘室布置1 套強(qiáng)震儀，以監(jiān)測此部位完整的地震過程反應(yīng)特性。

29#壩段為溢流壩段，位于大壩中部河床段，亦是受庫區(qū)水體壓力最大部位，在強(qiáng)震過程中受威脅程度高于其他壩段，為了驗(yàn)證該壩段抗震設(shè)計(jì)，在高程676.3 m、706.5 m 各布置1套強(qiáng)震監(jiān)測儀。

35#壩段為大壩最高擋水壩段，也位于河床中部受庫區(qū)水體壓力最大部位，強(qiáng)震過程受威脅程度更高，在高程676.3 m、706.5 m 及壩頂745.5 m 分別布置1 套強(qiáng)震儀，前2 套與29#壩段形成對比，驗(yàn)證不同壩段同一高程強(qiáng)震反應(yīng)特性，后1 套直接反應(yīng)強(qiáng)震過程壩頂反應(yīng)特性。

另壩體各壩段，各高程布置的位移計(jì)、裂縫計(jì)、滲壓計(jì)、溫度計(jì)、應(yīng)力計(jì)等均可以配合強(qiáng)震儀使用，有效記錄強(qiáng)震對大壩內(nèi)部變形影響，進(jìn)而評價(jià)工程安全。

3 監(jiān)測成果

越冬層：根據(jù)層面測縫計(jì)監(jiān)測資料來看，初蓄期（2009年11月～2010年9月）庫水位上升，且測點(diǎn)伴測溫度降低，越冬層接縫開合度有較為明顯的增加；2011年～2014年間，接縫開合度，主要隨氣溫的變化而上下波動，且波幅有逐漸降低的趨勢；2014年后，由于水庫已蓄水至EL730 m 高程以上，庫水層的保溫作用明顯，開合度也因此而趨于穩(wěn)定。截止2015年10月26 日，越冬層測縫計(jì)各測點(diǎn)測值在-1.88 mm～0.89 mm 之間。越冬層接縫開合度測值連續(xù)合理，接縫開合度變化穩(wěn)定。

另通過壩體滲壓監(jiān)測，配合壩體溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：越冬層壩體35#壩段691m 高程靠近下游側(cè)壩體可能存在層間結(jié)合薄弱環(huán)節(jié)（該部存在壩體滲透壓力驟降、壩體內(nèi)部溫度差較大）。

強(qiáng)震系統(tǒng)（2017年3月份為例）—全月監(jiān)測臺網(wǎng)200 km地震共有315 個(gè)，震源深度集中在3 km 以上，平均深度22 km；在水平上，震中主要分布從北部到東南部，呈簇狀分布；強(qiáng)震共計(jì)3 個(gè)觸發(fā)文件，分析認(rèn)為均為誤觸發(fā)文件。

4 結(jié)語

喀臘塑克大壩安全設(shè)計(jì)依據(jù)嚴(yán)格按照《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求設(shè)計(jì)，緊密聯(lián)系工程實(shí)際，重點(diǎn)突出、兼顧全面，科學(xué)合理的監(jiān)測設(shè)施布設(shè)為大壩的安全評價(jià)及可靠運(yùn)行提供了有力保障。本工程地處高寒、高地震烈度區(qū)域，基于該特點(diǎn)對安全監(jiān)測進(jìn)行特殊考慮，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證是必要的，有效的。至目前，工程安全監(jiān)測自動系統(tǒng)已運(yùn)行數(shù)年，大壩累積了較長時(shí)段監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程運(yùn)行及安全鑒定提供了寶貴資料。