西坡水庫大壩安全監(jiān)測設計

張 娟

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

西坡水庫位于晉城市沁水縣境內的中村一級支流南旺河上，東距沁水縣城約15 km。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂長約239.5m，設計最大壩高29.0m，壩頂高程1188.0m，總庫容115.4萬m3。工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬?，主要用于沁水縣城中村水廠以及周邊村莊灌溉供水，年供水量約82.5萬m3，保證率75%。

水庫樞紐由攔河大壩、溢洪道、導流泄洪洞組成。根據工程等別，確定主要建筑物級別為4級，大壩洪水標準采用30年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核，溢洪道、導流泄洪洞洪水標準與大壩一致。

工程區(qū)地震動反應譜特征周期值為0.40 s，地震動峰值加速度為0.15 g，相當地震基本烈度為7度，工程設防烈度為7度。

2 安全監(jiān)測設計

大壩壩體構造由堆石壩體、地上防滲體系和地下防滲結構組成。堆石壩體包括墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、棱體排水區(qū)。大壩地上防滲體系由面板、趾板以及周邊縫、面板縫止水構成。根據有關規(guī)范要求并考慮大壩結構特點及工程等級，大壩安全監(jiān)測設置大壩壩面變形觀測、接縫位移觀測、面板應力、應變觀測和滲流量觀測及溫度觀測和水位觀測。

2.1 大壩壩面變形觀測

壩面變形觀測包括面板壩面豎向位移觀測和垂直壩軸線的水平位移觀測。橫斷面布置原則為河床最大斷面處、地形條件突變、地質條件復雜或與相鄰建筑物交界處。該工程大壩壩頂長239.5m，根據布置原則，選擇外部變形觀測橫斷面5個，樁號分別為0+033.0，0+081.0，0+129.0，0+159.0，0+201.0。觀測縱斷面布置在壩頂上下游兩側、正常蓄水位、下游壩坡半坡高和下游壩腳處。觀測縱斷布設4個，其中，上游壩坡正常蓄水位1084.0m以上樁號0-005.0處設1個，壩頂下游側壩肩樁號0+001.5處設1個，下游壩坡設2個，其中半坡高樁號0+020.0處設1個，下游壩腳處樁號0+033.0處設1個。每個縱斷上測點間距40m，大壩兩岸每一縱排測點的延長線上各布設1個工作基點和校核基點，在大壩下游2～3 km范圍內布設 2個水準基點。共設測點18個，其中，工作基點8個，校核基點8個，水準基點2個，這些測點兼作水平位移和沉降觀測測點。豎向位移采用精密水準法測量，橫向水平位移采用視準線法測量。

2.2 接縫位移觀測

接縫位移觀測包括周邊縫接縫位移觀測和面板垂直縫接縫位移觀測兩部分。當水庫蓄水時，面板將進一步發(fā)生位移，導致面板垂直縫閉合或張開，而周邊縫位于面板與趾板間變形性質相差較大的界面將發(fā)生三維位移。周邊縫位移測點一般布置在河床最大斷面、覆蓋層最深斷面、趾板線拐點、岸坡陡峭或坡度變化處。面板垂直縫測點根據受力變形情況布置在兩岸壩肩張拉區(qū)和河谷中央擠壓區(qū)。

根據上述情況，該工程周邊縫接縫位移共布置8個測點，其中河床段0+069.0，0+141.0斷面周邊縫處各布設1個；左右岸周邊縫趾板線拐點處各布設3個，每個測點布置1支三向測縫計，主要監(jiān)測周邊縫開度、水平剪切、豎向剪切空間三維變形；面板垂直縫接縫位移布置3個觀測斷面，每個斷面布設2個測點，每個測點布置1支測縫計（單向）。接縫位移共設測縫計14支。

2.3 面板應力和應變觀測

本次觀測斷面共設3個，河床中設1個，左右兩岸各設1個，每個斷設3個測點，每個測點布置3支應變計（二向）和1支無應力計，共布置測點9個，應變計27支，無應力計9支。

2.4 滲流觀測

滲流觀測包括繞壩揚壓力觀測和滲流量觀測。繞壩滲流監(jiān)測斷面布置在兩岸壩肩防滲帷幕上下游側，在兩壩肩沿流線方向各布置1個監(jiān)測斷面，每個斷面上設4個觀測孔，孔內埋設測壓管，管內放入測壓計。共設置繞壩滲流觀測點8個，測壓管8個，測壓計8支，采用自動化觀測。大壩滲流量觀測通過設置量水堰進行。

3 自動監(jiān)測

根據大壩監(jiān)測點分布比較集中的特點，結合大壩安全監(jiān)測自動化水平現狀，西坡水庫大壩安全自動安全監(jiān)測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儀器的地方，通過電纜將數據傳輸至水庫管理站控制室，實現綜合自動化。

大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)結構和測點分布由自動化監(jiān)測系統(tǒng)、滲流觀測自動化設備和大壩位移觀測設備三部分組成。自動化觀測設備包括接縫位移三向側縫計8組24個，單向測縫計6個；面板變形觀測中的二向應變計9組27個，無應變計9個；滲流觀測包括測壓計8個。水庫大壩監(jiān)測根據測點數量、位置情況共設置2個32通道的DAU數據采集單元。

控制室設備配置硬件包括前置機、監(jiān)控主機、管理主機、打印機、電源設備、解調器等。操作系統(tǒng)為MS-WindowsXP，數據庫為MS-ACCESS，應用軟件采用DSIMS大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件。

根據大壩、溢洪道測點分布情況，力求線路最短，在大壩壩面上設置2個DAU觀測室，控制室設在水庫管理站內。

4 結語

混凝土面板堆石壩的安全監(jiān)測是監(jiān)控大壩安全運行的一項重要措施，測點的布置要考慮大壩結構構造、受力特點等因素，合理布點，并能實現自動化觀測，為大壩安全運行提供指導。