北疆地區大壩安全監測設計

申 慧

（中工武大設計研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

北疆地區大壩安全監測設計

申 慧

（中工武大設計研究有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

大壩安全監測設計是大壩設計中不可缺少的部分，其目的是為了監測大壩在運行期間的安全狀態，以便及時發現問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據。北疆大壩多為當地材料壩，其中鋼筋混凝土面板壩和瀝青混凝土心墻壩技術較為成熟，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測設計進行對比論述。

面板堆石壩；瀝青混凝土心墻壩；監測

大壩安全監測的目的是為了監測大壩在運行期間的安全狀態，以便及時發現問題，并為決策部門解決問題提供可靠的依據。以下就哈拉布拉水庫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測設計進行對比論述。

1 工程概況

1.1 哈拉布拉水庫

哈拉布拉水庫位于新疆塔城地區境內，水庫總庫容 1436×104m3，工程規模為中型，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 6cm厚的六棱塊護坡。

壩址處區域地震基本烈度為Ⅵ度。從巖石的物理力學性質及兩壩肩的邊坡形成分析，右壩肩穩定，左壩肩基本穩定。兩岸基巖為輝石閃長巖，左壩肩強風化層厚度為 5m，右壩肩強風層厚度為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

沙爾托海水庫位于新疆博州境內，水庫總庫容為998×104m3，工程規模為中型，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 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厚的混凝土板護坡，下游壩坡為 1∶1.8，下游設 6cm厚預制六棱塊護坡。

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

1.3 工程對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫工程特性進行對比，結論如下：

相近之處：兩座水庫均為中型水庫，工程等別相同，庫容相差不大，壩長、壩高相當，地質條件接近。

不同之處是：哈拉布拉水庫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 大壩監測項目

在確定觀測斷面及觀測項目時，根據《土石壩安全監測技術規范》、《土石壩觀測技術》以及參考國內、外已建大壩的監測設計經驗，并結合水庫具體壩址區的地質條件和地形條件，兩座水庫布置了不同監測項目。

2.1 哈拉布拉水庫

該水庫布置了以下項目：①壩體滲流監測；②壩體內部變形監測；③外部變形監測；④面板周邊縫變形監測；⑤面板板間縫監測；⑥面板應力監測；⑦鋼筋應力監測。

2.2 沙爾托海水庫

該水庫布置了以下項目：①壩體滲流監測；②壩體內部變形監測；③外部變形監測；④心墻溫度監測。

2.3 大壩監測項目對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫大壩監測項目進行對比，結論如下：

相同之處是：兩座水庫均設置了壩體滲流監測、壩體內部變形監測及外部變形監測項目。

不同之處是：哈拉布拉水庫是鋼筋混凝土面板壩，面板是其主要防滲體，是重點監測部位，因此面板周邊縫變形監測、面板板間縫監測、面板應力監測及鋼筋應力監測是哈拉布拉水庫監測重點；沙爾托海水庫是瀝青混凝土心墻壩，瀝青混凝土心墻是其主要防滲體，是重點監測部位，因此心墻溫度監測是沙爾托海水庫的監測重點。

3 監測項目布置

3.1 哈拉布拉水庫

3.1.1 壩體滲流監測

滲流監測包括滲透水壓力監測和滲流量監測兩部分，滲透水壓力采用滲壓計進行監測，滲流量采用量水堰量測。

（1）滲透水壓力監測

選擇最大橫斷面 0+115作為滲流監測斷面，壩基共布置 9個測點，其中 2個在上游趾板后采用鉆孔埋設用來觀測帷幕灌漿效果，1個埋設在過渡區，其余 6個測點分別埋設在該斷面壩軸線上、下游；在周邊縫左右兩個高程上分別設置了2個滲壓計測點用以監測周邊縫滲水情況。共計 11個滲壓計。

（2）滲流量監測

在下游滲流匯集處合適的位置設量水堰，采取在下游低水位時進行量水堰滲流量觀測。

3.1.2 壩體內部變形監測

壩體內部變形監測分為垂直和水平位移監測。

選擇壩體最大橫斷面0+115為觀測斷面，在高程 1008m、1028m設置兩層雙向位移計，其中1008m高程 4個測點，1028m高程3個測點。共計7支雙向位移計。

3.1.3 外部變形監測

外部變形監測設計沿壩軸線4個斷面，即壩頂的上、下游兩側，壩坡面 1008m、1028m高程各一排。起測基點在每一縱排測點兩端的岸坡上各布設一個，水準基點在下游 1km處設三個。水平位移和豎向位移共用一個測點，基點和測點均采用整體鋼筋混凝土結構，共布設基點 12個，變形標點26個。

3.1.4 面板周邊縫變形監測

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節。采用三向測縫計用以測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，共設置了 6組三向測縫計。

3.1.5 面板板間縫監測

根據主體工程設計，大壩自左壩肩向右壩肩共分為19塊面板。采用單向測縫計監測面板間拉應力。

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

3.1.6 面板應力監測

在L6、L10面板各布置3組二向應變計（每組都附 有1支 無應力 計），高 程 分 別 為 1010、1030、1045m；L14號面板布置2組二向應變計。共計 8組。用以監測面板混凝土的應力、應變。

3.1.7 鋼筋應力監測

在6、10、14號面板各布置2支鋼筋計，高程分別為 1030、1045m，共計6支，監測面板鋼筋應力。

3.2 沙爾托海水庫

3.2.1 滲流監測

滲流監測包括壩基、壩體滲流監測及滲流量監測三部分，壩基、壩體滲流監測采用滲壓計進行監測，滲流量采用量水堰量測。

（1）壩基滲流監測

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，該斷面壩基上游測布置 1支，下游等距再布置2支。共布置7支滲壓計。

（2）壩體滲流監測

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

（3）滲流量監測

在下游滲流匯集處合適的位置設量水堰，采取在下游低水位時進行量水堰滲流量觀測。

3.2.2 壩體內部變形監測

壩體內部變形監測分為垂直和水平位移監測。

選擇最大橫斷面0+090和0+050、0+130三個監測斷面，在高程 567.0m、577.0m處分別布置1組雙向位移計；在最大橫斷面 0+090斷面心墻下游布置 1組雙向位移計。共計 7組。

3.2.3 外部變形監測

在壩面埋設三排壩面標點，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，標點間距約 40m左右，共設置 14個位移標點。豎向位移采用水準線法測量，水平位移采用視準線法。在壩頂及下游壩坡設置監測表面變形的監測點，定期對工作基點和校核基點采用三角網復核。

3.2.4 瀝青心墻溫度監測

在最大橫斷面0+090高程 567、577、587m心墻處分別埋設溫度計，溫度計插入心墻不超過心墻厚度的 1/3用以監測心墻溫度，共計3個溫度監測點。

3.3 大壩監測布置對比

通過對哈拉布拉水庫和沙爾托海水庫大壩監測項目布置進行對比，結論如下：

相同之處是：兩座水庫壩體滲流監測、壩體內部變形監測項目布置原則一致，均選擇最大橫斷面作為監測點布置斷面，使用的監測儀器也一樣；外部變形監測都是選擇上、下壩坡布置監測點。

不同之處是：哈拉布拉水庫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定的主要因素，因此在面板上布置了周邊縫、板間縫、應力及鋼筋監測點；沙爾托海水庫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定的主要因素，因此在瀝青混凝土心墻內布置了溫度監測點。

4 結論

大壩安全監測是大壩設計中不可缺少的設計內容。在進行大壩安全監測設計之前，一定要認真研究大壩的組成部分、材料以及大壩重要防滲體，對大壩進行應力應變分析。只有了解影響大壩穩定的因素，才能在布置測點時，針對大壩特性選取適宜的監測項目和合適的觀測設備，做到少而精，節約投資，為管理部門提供可靠的大壩運行期觀測結論。以便在遇特殊工況時，能及早發現問題，為決策部門解決問題提供可靠的依據。

［1］SL60-94.土石壩安全監測技術規范［S］.

［2］SL268-2001.大壩安全監測系統設備基本技術條件［S］.

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［4］何金平.大壩安全監測理論與應用［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

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TV698.1

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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。