喀臘塑克大壩安全監測設計特點簡析

云 磊

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

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

與一般RCC 大壩相比，本工程安全監測設計有以下特點：①溫度監測是大體積全斷面混凝土大壩安全監測的重要部分，在北疆嚴寒區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量，因此大壩溫度監測是必不可少的；②本工程基本烈度Ⅶ度，水庫有觸發地震的可能，雖概率較低，水庫觸發地震震級上限最高Ms=5.5 級，另外本工程規模大，又位于趨于活斷層附近，因而強震監測亦是安全監測的組成部分。

以下主要介紹RCC 大壩在高寒、高地震烈度安全監測設計的特殊考慮，以及工程運行后對大壩安全監測設計的反饋。

2 安全監測設計特點

2.1 基于高寒地區特點

本工程為全斷面碾壓混凝土重力壩，壩址位于北方環境嚴寒區，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℃。

由于壩址區月平均溫度較低，導致大壩的穩定溫度場較低，防止大壩在施工期產生較大危害性的基礎貫穿性裂縫，必須采用相關措施以減小壩體基礎溫差；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；另壩址區多發性寒潮及晝夜溫差大的緣故，使表面裂縫產生的可能性大大增大。以上因素均是在高寒地區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及行之有效的防裂措施是必不可少的，而溫控方案、指標等大壩混凝土溫度數據來源均由大壩溫度監測設備所采集，由此可見大壩溫度監測設計的重要性。另外溫度監測也可為后續監測大壩溫度場是否穩定、大壩混凝土應力計算、壩體裂縫及位移成果分析等提供重要參數。

（1）溫度監測

溫度監測有庫水溫度、壩體內部碾壓混凝土溫度和壩體表面溫度及壩基基礎溫度等。對壩體表面溫度和庫水溫度觀測，采用將溫度計埋設在距壩體上下游表面5 cm～10 cm 的壩體混凝土內，且測點沿高程分布，壩體內部混凝土溫度采用網格布置溫度測點，網格間距為8 m～15 m。基巖溫度在溫度監測斷面的基礎底部，靠上、下游采用在基礎面設置一排5 m～10 m深的鉆孔，在孔內不同的深度處設置測點布設溫度計，以監測基礎溫度分布，完成后用水泥砂漿回填孔洞。

本工程大壩溫度監測設計除按照一般重力壩溫度設備布設方法布設外，還有以下布設特點：

①越冬層溫度監測

由于施工時間限制，本工程大壩澆筑有兩個越冬面，分別在高程646.00 m、699.00 m，故對越冬層面進行保溫是防止越冬面因冬季低溫的影響而使該層面產生裂縫的重要措施，如何了解是否達到保溫效果，則要根據壩體內部布置的溫度計實測數據進行分析；另一方面工程在來年繼續施工時，新舊混凝土之間的溫差較大，新舊混凝土結合處會由于溫度應力較大而引起水平裂縫，由此可見越冬面溫度監測是必不可少的。

越冬層是溫度監測的一個重點監測部位，選擇主河床26#、29#、32#、35#壩段為越冬面溫度監測典型壩段，在高程645.00 m、699.00 m 附近沿橫斷面方向每隔12 m 埋設溫度計，以監測越冬面溫度，來驗證越冬層溫控措施是否有效，從而判斷是否需要進一步采取相關工程措施。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 范圍內埋設溫度計各3 支，以監測新舊混凝土溫度差是否在可控范圍內，同時645.00 m、699.00 m 高程平面隨機布置裂縫計24 支來輔助觀察新舊混凝土結合情況。

②壩體永久保溫

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

經仿真計算、比較、分析，建議采用10 cm 厚XPS 擠塑板對壩體進行整體保溫，防止壩體表面開裂［1]。

2.2 基于高地震烈度地區特點

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

強震設備布置如下：由于強震過程中若振動在引水發電洞進水口反應較強烈，勢必會引起壩后電廠引水管道、機組等一系列不良連鎖反應，甚至出現更嚴重的危害，故在引水發電洞進水口閘室布置1 套強震儀，以監測此部位完整的地震過程反應特性。

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

35#壩段為大壩最高擋水壩段，也位于河床中部受庫區水體壓力最大部位，強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 套強震儀，前2 套與29#壩段形成對比，驗證不同壩段同一高程強震反應特性，后1 套直接反應強震過程壩頂反應特性。

另壩體各壩段，各高程布置的位移計、裂縫計、滲壓計、溫度計、應力計等均可以配合強震儀使用，有效記錄強震對大壩內部變形影響，進而評價工程安全。

3 監測成果

越冬層：根據層面測縫計監測資料來看，初蓄期（2009年11月～2010年9月）庫水位上升，且測點伴測溫度降低，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定。截止2015年10月26 日，越冬層測縫計各測點測值在-1.88 mm～0.89 mm 之間。越冬層接縫開合度測值連續合理，接縫開合度變化穩定。

另通過壩體滲壓監測，配合壩體溫度監測發現：越冬層壩體35#壩段691m 高程靠近下游側壩體可能存在層間結合薄弱環節（該部存在壩體滲透壓力驟降、壩體內部溫度差較大）。

強震系統（2017年3月份為例）—全月監測臺網200 km地震共有315 個，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；強震共計3 個觸發文件，分析認為均為誤觸發文件。

4 結語

喀臘塑克大壩安全設計依據嚴格按照《混凝土大壩安全監測技術規范》的要求設計，緊密聯系工程實際，重點突出、兼顧全面，科學合理的監測設施布設為大壩的安全評價及可靠運行提供了有力保障。本工程地處高寒、高地震烈度區域，基于該特點對安全監測進行特殊考慮，經過實踐驗證是必要的，有效的。至目前，工程安全監測自動系統已運行數年，大壩累積了較長時段監測數據，為后續工程運行及安全鑒定提供了寶貴資料。