淺談新疆伯斯阿木水庫大壩的安全監測

魯 娜

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

大壩是水庫安全運行中的重要建筑物，直接影響水庫下游群眾的生命財產安全。為了確保水庫的安全運行，需對大壩進行安全監測[1]。伯斯阿木水庫大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，目前處于初設階段，本文針對伯斯阿木水庫大壩的安全監測展開分析。

1 工程概況

清水河伯斯阿木水庫工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型，以防洪、灌溉為主，兼顧發電，總庫容2531 萬m3，灌溉面積11.45 萬畝。水庫大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，等別為2級，壩頂寬10.0 m，長222 m，最大壩高110 m[2]。

水庫工程區位于低中山峽谷區，河谷呈“V”型，巖層走向與河道大角度相交。左右岸山體雄厚，基巖裸露，相對高差約300 m，左岸自然坡度50°～60°，右岸自然坡度30°～50°。工程區出露地層為泥盆系中統薩阿爾明組第二亞組大理巖、華力西早期侵入巖和第四系地層，其中大理巖是構成工程區的主要基巖。工程區范圍無區域性大斷裂通過，壩址兩岸節理裂隙與巖層呈大角度相交，巖體較完整，裂隙規模均不大。壩區地震基本烈度和設防烈度均為Ⅷ度。

2 監測設計

2.1 監測項目

初設階段根據工程概況，依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）、《 土 石 壩 壩 安 全 監 測 設 計 規 范》（SL551-2012）、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》（SL501-2010）及其他工程實例，確定伯斯阿木水庫大壩安全監測項目見表1。

表1 伯斯阿木水庫大壩安全監測項目統計表

2.2 原型監測剖面

選擇壩軸線Z0+000 為主監測縱斷面；在垂直壩軸線最大壩高處布置1 個主監測橫斷面0+077，其左岸0+040 和右岸0+140 分別布置1 個副監測橫斷面。共布置1 個監測縱斷面（平行壩軸線）和3 個監測橫斷面（垂直壩軸線）作為壩體原型監測剖面。

3 安全監測

3.1 變形監測

（1）壩體表面

在壩頂下游側、下游壩坡表面布設水平、垂直綜合位移監測點,監測施工期和運行期的壩體變形情況。

壩體表面變形監測點采用斷面形式布置，共布置5 條視準線，斷面形式分為兩種：①平行壩軸線方向的監測縱斷面；②垂直壩軸線方向的監測橫斷面。每條視準線兩端的工作基點、校核基點布置在壩體兩岸的相對穩定位置，并通過控制網進行校核。

（2）壩體內部

在選定的3 個原型監測橫斷面，分3～5 層布設監測儀器，進行壩體內部的水平和垂直位移監測：①水平位移采用引張線式水平位移計觀測；②垂直位移采用水管式沉降儀觀測。

下游過渡層內從壩頂至壩底布置電磁式沉降儀，在距沉降管外側垂直方向5 m 的位置布置電磁式沉降環測點，共計沉降管3 套，沉降儀47 個測點。垂直位移監測采用干簧管電磁式沉降監測設備進行。

（3）防滲體

壩體最大位移量一般發生在最大壩高處，伯斯阿木水庫大壩心墻屬薄壁結構，若在墻內埋設測管，會削弱結構承載力，因此將測斜管在主副監測橫斷面心墻下游側表面上以15 m 間隔進行錨固。共計測斜沉降管3 套，測斜儀17 個測點，儀器保證180℃高溫下能正常工作[3]。

（4）界面及接縫、裂縫

①瀝青混凝土心墻與過渡料之間位錯。考慮瀝青混凝土心墻和過渡層為兩種不同變形模量的材料，受力后產生的變形存在差異，即當心墻中瀝青混凝土的變形模量大于堆石體的變形模量時，堆石體將在心墻中產生附加垂直應力。因此，在主、副監測橫斷面心墻的上下游側與過渡層之間，豎向15 m 間隔布置垂直向電位器式單向位錯計（由位移計改裝），以便掌握心墻的附加垂直應力的分布及變化規律。根據監測心墻與過渡層之間的變形和心墻應變計的監測結果，分析心墻的附加垂直應力曲線，得出心墻在荷載作用下的工作狀態[4]。

②兩岸基礎與壩基接縫位移。在兩岸坡基礎較陡處埋設差阻式三向土體位移計（水平橫河向、鉛直向、45°方向），監測壩體和岸坡的結合情況。

3.2 滲流監測

（1）壩體

在主副監測橫斷面壩殼料內，不同壩軸距的建基面上，布設振弦式滲壓計，觀測壩體滲流情況，推測壩體浸潤線。沿主監測縱斷面建基面，即瀝青心墻后的過渡層內建基面布設振弦式滲壓計，并與壩體滲流觀測橫斷面相重合，觀測壩體縱向滲流情況[5]。

（2）壩基

壩體縱向監測斷面帷幕灌漿下游側布設滲壓計，并與壩體滲流監測縱斷面滲壓計在鉛垂方向重合。

（3）繞壩

在兩壩肩帷幕下游側布置測壓管，形成監測斷面，以監測壩肩繞壩滲流情況。測點采用鉆孔埋設測壓管，測壓管內埋設振弦式滲壓計的方法來遙測其水位。

（4）滲流總量

在大壩下游坡腳，用量水堰監測大壩總滲漏量及滲流水質。采用三角形量水堰1 套，包括滲壓計、堰板、水尺等配套設施。

3.3 心墻應力應變及溫度

心墻在正常工作狀態時，其溫度場是連續平滑的變化曲線，若溫度變化曲線產生突變現象，可結合上游庫區水溫和心墻下游側的滲流監測情況判斷心墻是否開裂[6]。

采用差阻式溫度計進行瀝青混凝土心墻內部溫度監測，在主副監測橫斷面瀝青混凝土心墻內從壩底沿高度方向15 m 間隔布置，每處埋設1 支溫度計，觀測不同高程瀝青心墻的溫度。儀器保證180℃高溫下能正常工作。在主副監測橫剖面將差阻式單向（垂直向）應變計用錨固板固定在心墻的上下游側表面。在心墻底部最厚的部位，設置差阻式無應力計。儀器保證180℃高溫下能正常工作。

3.4 環境量

（1）庫水位

在壩體上游兩岸壩前視線通透位置各設1 副水尺，對上游水位進行觀測。

（2）庫水溫

在主觀測橫斷面上游壩坡表面，沿不同高程布置差阻式溫度計，對庫水位、水溫進行監測。

3.5 地震反應

水庫壩址區場地50 年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.2 g，其相應的地震基本烈度均為Ⅷ度，為了對大壩進行震時地震記錄和常時健康診斷，判斷大壩健康狀態，建立結構地震監測臺陣。在壩體主監測橫斷面的壩頂、壩后坡的2/3壩高、1/2 壩高、河谷自由場處，左右壩肩分別布置1 臺強震儀形成結構反應臺陣。測點布置成水平順河向、水平橫河向、豎向三分量[7]。

4 結語

做好水庫大壩安全監測需要從多方面著手，找出對水庫大壩造成不利影響、導致安全事故的因素是第一步，而有針對性的對因素進行監測是確保水庫大壩安全運行的核心內容。水庫監測應根據規范要求，結合工程實際情況，合理地設置大壩安全監測項目，為分析大壩性態及運行期的大壩管理維護提供可靠的數據支持。