新疆某平原水庫大壩安全監測布置

李衛鵬

（水利部新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

新疆某平原水庫大壩安全監測布置

李衛鵬

（水利部新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

結合新疆某擬建的平原水庫工程，依據土石壩安全監測技術規范為基本設計原則，著重考慮本工程的壩體結構、防滲、壩基深厚覆蓋層等特點，進行大壩安全監測設計。重點監測大壩及壩基的變形、滲流、應力等。

平原水庫；深厚覆蓋層基礎；大壩安全監測

眾所周知，大壩是調控水資源時空分布，優化水資源配置的重要工程措施［1］。近年來我國水利、水電事業的蓬勃快速發展，水庫大壩的安全問題也越來越突出，出現了一大批病險水庫［2］。因此大壩安全監測受到了前所未有的關注和重視。在我國已建的眾多水庫當中，有不少是平原水庫，尤其是在西北、華北地區。由于平原水庫相對于山區水庫具有自身的一些特點（如：壩體高度底、大壩軸線長、庫區面積大、地質條件往往較差，多數為軟土地基、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測設計與一般的水庫大壩有所不同［3］。大壩安全監測是人們了解大壩運行狀態和安全狀況的有效手段和方法。完整、科學合理的大壩安全監測，是保障大壩運行安全的重要措施，同時還具有校核設計的作用。本文結合新疆某平原水庫工程，依據土石壩安全監測技術規范為基本設計原則，著重考慮本工程的壩體結構特點、防滲特點、壩基特點［4］等進行了大壩安全監測設計。

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：現澆混凝土護坡板、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，庫區地形較平坦，地勢開闊，總地勢西高東低，水庫庫盤內覆蓋層巨厚，巖性主要為第四系全新統～上更新統洪積含土角礫和低液限黏土，夾中～粉細砂和粉土層。含土角礫和低液限黏土在庫盤內分布不均一，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的勘探深度內未形成連續、穩定的天然防滲層，水庫蓄水后庫盤存在永久滲漏和腐蝕性地下水污染問題，故水庫全庫盤進行土工膜防滲處理。

2 監測項目選取

由于該平原水庫全庫盤及壩體均采用土工膜進行防滲，滲流監測為重點監測項目，該平原水庫高壩段大部分坐落在深厚覆蓋層（低液限黏土）基礎上，可壓縮層深度巨厚，地基承載能力較低，壩基計算沉降量較大，不均勻沉降情況也較嚴重，因而壩體（基）內部變形，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監測項目。此外，根據SL551—2012《土石壩安全監測技術規范》的要求，除了日常巡視檢查外，還對水庫大壩進行了表面變形、壓力（應力）監測、地震、環境量等監測。

3 監測系統儀器布置

3.1 大壩表面變形監測

大壩表面變形監測包括垂直壩軸線的水平位移監測，和豎向位移監測。

該平原水庫壩軸線總長5921.593m，在水庫壩體表面選取26個監測斷面。選取原則為：直線段與圓弧段交界處，地質條件變化處、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。相鄰監測斷面間隔155.00～392.70m不等。在每個監測斷面布設3個位移綜合標點，位移標點具體位置為：上游壩坡正常蓄水位以上1個、下游壩肩1個、下游壩坡中點1個?？傆?6個監測斷面，共布設78個表面綜合標點，水平位移和豎向位移觀測共用。壩體表面豎向位移采用水準法施測，壩體表面水平位移依托覆蓋庫區范圍建立的CORS系統，采用雙頻GNSS接收機進行監測。

3.2 壩體（基）內部變形監測

大壩內部變形監測同樣包括水平位移監測和豎向位移（沉降）監測。

水平位移采用陣列式位移計監測，豎向位移采用電磁式沉降儀監測。為了監測壩體（基）內部變形，在壩體上選定了5個主監測斷面，主監測斷面的位置選擇結合大壩表面變形監測斷面，主監測斷面的具體位置如圖1。

圖1 大壩變形監測斷面布置

在每個主監測斷面上布設5條監測垂線，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。監測垂線編號從上游到下游分別為1～5號。沿每條監測垂線埋設沉降管和電磁沉降環，壩體建基面以下采用鉆孔布設，建基面以上隨壩體填筑采用非坑式埋設，鉆孔深度為壩體建基面以下50m。沉降環位置即測點位置從沉降管鉆孔底部開始每間隔5m布置1個。為了監測壩體（基）內部的水平位移情況，在每個主監測斷面1，3，5號監測垂線沉降管旁布設1套陣列式位移計，陣列式位移計每節1m，布設深度同相鄰沉降管。此外，為了監測壩基的不均勻沉降情況，在5個主監測斷面沿壩基寬度方向各布設1套陣列式位移計。5個主監測斷面總計布設沉降管25套、陣列式位移計20套。壩體典型主監測斷面儀器布置情況如圖2。

圖2 壩體典型主監測斷面儀器布置

3.3 滲流監測

3.3.1 壩體、壩基的滲透壓力監測

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

此外，為了解水庫庫盤排水排氣工程措施的有效性，在庫盤內選擇3個監測斷面，在每個監測斷面庫盤土工膜下間隔100m均勻布設13支滲壓計，總計布置39支滲壓計。

3.3.2 庫區外圍地下水位的監測

由于庫區地質條件復雜，因而對蓄水后庫區地下水位變化情況進行實時監測，在5個主監測斷面的下游坡腳和壩后排水溝外側各布設1組測壓管，同時在水庫西壩段（樁號：壩5+536.593）庫外布設2組測壓管，總計布置測壓管12組，測壓管鉆孔深度均在現狀地下水位5m以下。為了實現自動化監測，在每個測壓管鉆孔內埋設1支滲壓計，共計埋設滲壓計12支。

3.4 應力監測

為了了解壩基土壓力大小和分布情況，在壩體5個主監測段面上均沿壩體建基面均勻布設5組兩向土壓力計，共計布設土壓力計50支。此外，各支土壓力計埋設時應與滲壓計橫向間距保持在1m以內，以便根據滲壓計的監測數據計算監測部位土體的有效應力。

3.5 地震反應監測

地震強震觀測選擇最大壩高斷面，即主監測斷面壩2+575.797m為監測斷面，在壩頂和下游壩腳分別布置測點，用強震儀進行觀測。強震儀包括強震加速儀、峰值記錄加速度儀等。強震觀測的測次，依地震活動情況及時進行。

3.6 環境量監測

在庫區范圍內建立1座氣象站，對庫區風速、降水量、氣溫、庫面蒸發損失等進行觀測。

4 自動監測

該平原水庫大壩由于橫向主監測斷面之間的距離比較遠（702.70～777.70m），在數據采集單元配置時，可在每個主監測斷面單獨布置數據采集單元，將該主監測斷面的監測儀器全部引入同一個橫斷面處的數據采集單元。

大壩安全監測根據測點數量、測點位置及當前大壩監測自動化水平的發展狀況，大壩安全自動化監測系統的數據采集方式采用分布式，即采集裝置分散布置在靠近測點傳感器的地方，通過光纜將數據傳輸至水庫管理站控制室，實現綜合自動化。

5 結語

（1）目前，對平原水庫大壩安全監測設計尚缺乏針對性的規范，該平原水庫儀器布置方案及儀器數量既滿足了土石壩安全監測設計規范的要求，又根據工程特點進行了重點部位的監測，充分體現了照顧一般，突出重點的設計理念。

（2）安全監測系統在水庫工程建設中是相對較小的單項工程，但沒有完整、科學合理的監測系統會造成工程失事。因此，設計完整、科學合理的安全監測系統，對確保工程運行安全十分必要。

［1］汪恕誠.論大壩與生態［J］.水力發電，2004，30（4）：1-4.

［2］中華人民共和國水利部.2008年全國水利發展統計公報［R］.2009.

［3］陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監測的現狀與發展趨勢［J］.電力環境保護，2009，25（6）：38-42.

［4］方衛華.大中型平原水庫大壩安全監測研究［J］.貴州水力發電，2006，20（1）：57-60.

［5］SL551—2012，土石壩安全監測設計規范［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

李衛鵬（1984-），男（漢族），陜西乾縣人，工程師，主要從事水利工程結構設計，（Tel）15699226325。

（責任編輯：尹健婷）