淺談新疆伯斯阿木水庫大壩的安全監(jiān)測(cè)

魯 娜

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

大壩是水庫安全運(yùn)行中的重要建筑物，直接影響水庫下游群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。為了確保水庫的安全運(yùn)行，需對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)[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(shè)階段，本文針對(duì)伯斯阿木水庫大壩的安全監(jiān)測(cè)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(guī)模為中型，以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)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(jí)，壩頂寬10.0 m，長222 m，最大壩高110 m[2]。

水庫工程區(qū)位于低中山峽谷區(qū)，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(duì)高差約300 m，左岸自然坡度50°～60°，右岸自然坡度30°～50°。工程區(qū)出露地層為泥盆系中統(tǒng)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(gòu)成工程區(qū)的主要基巖。工程區(qū)范圍無區(qū)域性大斷裂通過，壩址兩岸節(jié)理裂隙與巖層呈大角度相交，巖體較完整，裂隙規(guī)模均不大。壩區(qū)地震基本烈度和設(shè)防烈度均為Ⅷ度。

2 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

初設(shè)階段根據(jù)工程概況，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）、《 土 石 壩 壩 安 全 監(jiān) 測(cè) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范》（SL551-2012）、《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL501-2010）及其他工程實(shí)例，確定伯斯阿木水庫大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表1。

表1 伯斯阿木水庫大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

2.2 原型監(jiān)測(cè)剖面

選擇壩軸線Z0+000 為主監(jiān)測(cè)縱斷面；在垂直壩軸線最大壩高處布置1 個(gè)主監(jiān)測(cè)橫斷面0+077，其左岸0+040 和右岸0+140 分別布置1 個(gè)副監(jiān)測(cè)橫斷面。共布置1 個(gè)監(jiān)測(cè)縱斷面（平行壩軸線）和3 個(gè)監(jiān)測(cè)橫斷面（垂直壩軸線）作為壩體原型監(jiān)測(cè)剖面。

3 安全監(jiān)測(cè)

3.1 變形監(jiān)測(cè)

（1）壩體表面

在壩頂下游側(cè)、下游壩坡表面布設(shè)水平、垂直綜合位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)施工期和運(yùn)行期的壩體變形情況。

壩體表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用斷面形式布置，共布置5 條視準(zhǔn)線，斷面形式分為兩種：①平行壩軸線方向的監(jiān)測(cè)縱斷面；②垂直壩軸線方向的監(jiān)測(cè)橫斷面。每條視準(zhǔn)線兩端的工作基點(diǎn)、校核基點(diǎn)布置在壩體兩岸的相對(duì)穩(wěn)定位置，并通過控制網(wǎng)進(jìn)行校核。

（2）壩體內(nèi)部

在選定的3 個(gè)原型監(jiān)測(cè)橫斷面，分3～5 層布設(shè)監(jiān)測(cè)儀器，進(jìn)行壩體內(nèi)部的水平和垂直位移監(jiān)測(cè)：①水平位移采用引張線式水平位移計(jì)觀測(cè)；②垂直位移采用水管式沉降儀觀測(cè)。

下游過渡層內(nèi)從壩頂至壩底布置電磁式沉降儀，在距沉降管外側(cè)垂直方向5 m 的位置布置電磁式沉降環(huán)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)沉降管3 套，沉降儀47 個(gè)測(cè)點(diǎn)。垂直位移監(jiān)測(cè)采用干簧管電磁式沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行。

（3）防滲體

壩體最大位移量一般發(fā)生在最大壩高處，伯斯阿木水庫大壩心墻屬薄壁結(jié)構(gòu)，若在墻內(nèi)埋設(shè)測(cè)管，會(huì)削弱結(jié)構(gòu)承載力，因此將測(cè)斜管在主副監(jiān)測(cè)橫斷面心墻下游側(cè)表面上以15 m 間隔進(jìn)行錨固。共計(jì)測(cè)斜沉降管3 套，測(cè)斜儀17 個(gè)測(cè)點(diǎn)，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(cuò)?？紤]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(chǎn)生的變形存在差異，即當(dāng)心墻中瀝青混凝土的變形模量大于堆石體的變形模量時(shí)，堆石體將在心墻中產(chǎn)生附加垂直應(yīng)力。因此，在主、副監(jiān)測(cè)橫斷面心墻的上下游側(cè)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(cuò)計(jì)（由位移計(jì)改裝），以便掌握心墻的附加垂直應(yīng)力的分布及變化規(guī)律。根據(jù)監(jiān)測(cè)心墻與過渡層之間的變形和心墻應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析心墻的附加垂直應(yīng)力曲線，得出心墻在荷載作用下的工作狀態(tài)[4]。

②兩岸基礎(chǔ)與壩基接縫位移。在兩岸坡基礎(chǔ)較陡處埋設(shè)差阻式三向土體位移計(jì)（水平橫河向、鉛直向、45°方向），監(jiān)測(cè)壩體和岸坡的結(jié)合情況。

3.2 滲流監(jiān)測(cè)

（1）壩體

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

（2）壩基

壩體縱向監(jiān)測(cè)斷面帷幕灌漿下游側(cè)布設(shè)滲壓計(jì)，并與壩體滲流監(jiān)測(cè)縱斷面滲壓計(jì)在鉛垂方向重合。

（3）繞壩

在兩壩肩帷幕下游側(cè)布置測(cè)壓管，形成監(jiān)測(cè)斷面，以監(jiān)測(cè)壩肩繞壩滲流情況。測(cè)點(diǎn)采用鉆孔埋設(shè)測(cè)壓管，測(cè)壓管內(nèi)埋設(shè)振弦式滲壓計(jì)的方法來遙測(cè)其水位。

（4）滲流總量

在大壩下游坡腳，用量水堰監(jiān)測(cè)大壩總滲漏量及滲流水質(zhì)。采用三角形量水堰1 套，包括滲壓計(jì)、堰板、水尺等配套設(shè)施。

3.3 心墻應(yīng)力應(yīng)變及溫度

心墻在正常工作狀態(tài)時(shí)，其溫度場(chǎng)是連續(xù)平滑的變化曲線，若溫度變化曲線產(chǎn)生突變現(xiàn)象，可結(jié)合上游庫區(qū)水溫和心墻下游側(cè)的滲流監(jiān)測(cè)情況判斷心墻是否開裂[6]。

采用差阻式溫度計(jì)進(jìn)行瀝青混凝土心墻內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，在主副監(jiān)測(cè)橫斷面瀝青混凝土心墻內(nèi)從壩底沿高度方向15 m 間隔布置，每處埋設(shè)1 支溫度計(jì)，觀測(cè)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(jiān)測(cè)橫剖面將差阻式單向（垂直向）應(yīng)變計(jì)用錨固板固定在心墻的上下游側(cè)表面。在心墻底部最厚的部位，設(shè)置差阻式無應(yīng)力計(jì)。儀器保證180℃高溫下能正常工作。

3.4 環(huán)境量

（1）庫水位

在壩體上游兩岸壩前視線通透位置各設(shè)1 副水尺，對(duì)上游水位進(jìn)行觀測(cè)。

（2）庫水溫

在主觀測(cè)橫斷面上游壩坡表面，沿不同高程布置差阻式溫度計(jì)，對(duì)庫水位、水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.5 地震反應(yīng)

水庫壩址區(qū)場(chǎng)地50 年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g，其相應(yīng)的地震基本烈度均為Ⅷ度，為了對(duì)大壩進(jìn)行震時(shí)地震記錄和常時(shí)健康診斷，判斷大壩健康狀態(tài)，建立結(jié)構(gòu)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)陣。在壩體主監(jiān)測(cè)橫斷面的壩頂、壩后坡的2/3壩高、1/2 壩高、河谷自由場(chǎng)處，左右壩肩分別布置1 臺(tái)強(qiáng)震儀形成結(jié)構(gòu)反應(yīng)臺(tái)陣。測(cè)點(diǎn)布置成水平順河向、水平橫河向、豎向三分量[7]。

4 結(jié)語

做好水庫大壩安全監(jiān)測(cè)需要從多方面著手，找出對(duì)水庫大壩造成不利影響、導(dǎo)致安全事故的因素是第一步，而有針對(duì)性的對(duì)因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)是確保水庫大壩安全運(yùn)行的核心內(nèi)容。水庫監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合工程實(shí)際情況，合理地設(shè)置大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，為分析大壩性態(tài)及運(yùn)行期的大壩管理維護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。