花地河水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

余文鋒

（貴州新中水工程有限公司 貴州貴陽 550000）

在花地河水庫項(xiàng)目中，通過做好大壩安全監(jiān)測工作，不僅能夠通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷大壩的安全狀態(tài)，還可以為施工和設(shè)計(jì)優(yōu)化提供重要的依據(jù)。鑒于此，本文重點(diǎn)提出了花地河水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)主要內(nèi)容。

1 花地河水庫概況

花地河水庫位于花地河中游河段，擬選壩址位于花地河村下游峽谷河段?？傮w布置為：碾壓混凝土拱壩+壩頂閘孔溢流表孔+壩身放空底孔+岸邊式取水口+提水泵站+供水管線。水庫正常蓄水位1008.00m，總庫容為2012萬m3，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，大壩最大壩高為107m，主要建筑物為2級建筑物。

2 水庫大壩安全監(jiān)測目的分析

花地河水庫大壩與周圍附屬建筑物安全性，對水庫與水庫下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全影響較大，所以，做好水庫大壩安全監(jiān)測工作特別重要，核心目的包括以下幾點(diǎn)：

（1）通過監(jiān)測來了解和掌握壩體及附屬建筑物的工況，以便綜合分析施工期和運(yùn)行期壩體是否安全。

（2）結(jié)合水庫大壩監(jiān)測資料，對大壩結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行綜合分析，為工程量檢驗(yàn)提供便利。

3 花地河水庫大壩安全監(jiān)測核心內(nèi)容

3.1 設(shè)計(jì)原則

（1）總體性設(shè)計(jì)原則。由于花地河水庫大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在選擇監(jiān)測設(shè)備的過程中，相關(guān)人員要加強(qiáng)配置，并科學(xué)布置測點(diǎn)，針對重點(diǎn)部位，可增加監(jiān)測設(shè)備數(shù)量。

（2）結(jié)合大壩實(shí)際運(yùn)行情況，科學(xué)設(shè)置監(jiān)測項(xiàng)目。工程監(jiān)測屬于全過程監(jiān)測，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，明確不同時(shí)段監(jiān)測目的，在突出重點(diǎn)的同時(shí)，做到統(tǒng)籌兼顧[1]。

（3）合理選擇監(jiān)測儀器設(shè)備。針對不同類型的監(jiān)測儀器設(shè)備，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行嚴(yán)格論證，保證監(jiān)測儀器設(shè)備具備良好的耐久性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，各類監(jiān)測儀器設(shè)備布置合理。

3.2 水庫大壩安全監(jiān)測內(nèi)容

花地河水庫大壩屬于2級建筑物，壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，該水庫大壩的監(jiān)測項(xiàng)目可分為以下四種類型：

（1）變形監(jiān)測。包含壩體位移、接縫與裂縫等內(nèi)容。

（2）滲流監(jiān)測。包含壩體壩基滲壓、繞壩滲流等監(jiān)測內(nèi)容。

（3）應(yīng)力與應(yīng)變、溫度監(jiān)測。

（4）觀測環(huán)境量。重點(diǎn)觀測水庫水溫度、氣溫降雨量。

3.3 安全監(jiān)測系統(tǒng)布置方案

3.3.1 壩體位移

壩體表面變形監(jiān)測包括豎向位移和水平位移。拱壩的變形監(jiān)測常用的主要為垂線法和交匯法。根據(jù)《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 275—2016）規(guī)定，拱壩壩體及壩基水平位移宜采用垂線監(jiān)測，垂線的設(shè)置應(yīng)選擇地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段，其次是最高壩段和其他有代表性的壩段，拱壩的拱冠和壩頂拱端應(yīng)設(shè)置垂線。花地河水庫大壩位于狹窄河谷，峽谷兩岸的坡度比較陡，通視條件較差，控制網(wǎng)精度難以控制，故本次變形監(jiān)測采取邊角網(wǎng)交匯法與垂線法聯(lián)合監(jiān)測，大壩的豎向位移主要采取精密水準(zhǔn)法觀測。根據(jù)花地河水庫的地形地質(zhì)特點(diǎn)得知，選拱冠處壩0+056.484m樁號、左右1/4壩長樁號壩0+100.995m樁號、壩0+143.506m樁號為大壩觀測斷面，在兩岸壩肩灌漿廊道內(nèi)分別布置一個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)監(jiān)測斷面各布置正、倒垂線1條，為保證垂線鉆孔精度，垂線應(yīng)不超過70m設(shè)置觀測房分段，線1、垂線5均在977.00m的灌漿廊道內(nèi)設(shè)置觀測房銜接，垂線2、垂線4在壩977.00m高程及壩體灌漿廊道內(nèi)分別設(shè)置觀測房銜接，垂線3在大壩977.00m高程及933.00m高程分別設(shè)置觀測房銜接。5條倒錘線的底部深入基巖1/4～1/2壩高的長度。為給基礎(chǔ)廊道提供水準(zhǔn)校核基點(diǎn)，拱冠梁垂線組倒垂孔采用雙標(biāo)倒垂。

表面水平位移監(jiān)測采用邊角交會(huì)法進(jìn)行，在壩區(qū)設(shè)置二等三角網(wǎng)，由6個(gè)二等三角網(wǎng)點(diǎn)組成。在壩頂每個(gè)壩段設(shè)置綜合位移標(biāo)點(diǎn)5個(gè)，觀測時(shí)采用進(jìn)行前方交會(huì)對位移標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測量。

垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)法進(jìn)行，精密水準(zhǔn)網(wǎng)是樞紐建筑物變形監(jiān)測的基準(zhǔn)，根據(jù)地形條件、樞紐布置情況，進(jìn)行精密水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離大壩應(yīng)力影響范圍之外的穩(wěn)定區(qū)域，而且要減少施工干擾。故壩體垂直位移監(jiān)測采用在壩下游約1.0～1.5km處設(shè)置水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后利用水準(zhǔn)路線通過上壩公路引至壩區(qū)附近的工作基點(diǎn)。壩基垂直位移，自動(dòng)化采用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行觀測，根據(jù)壩基灌漿廊道的布置情況，在壩基上游灌漿廊道內(nèi)布置5個(gè)靜力水準(zhǔn)測點(diǎn)，其布置位置對應(yīng)壩頂綜合位移測點(diǎn)斷面。壩基垂直位移觀測校測基點(diǎn)用拱冠梁處布置的雙標(biāo)倒垂進(jìn)行校核。

3.3.2 壩體接縫和裂縫

在可能會(huì)出現(xiàn)裂縫部位，布置裂縫計(jì)，例如壩體受拉區(qū)、并縫處、基巖面高程突變等部位。針對存在斷層、裂隙與夾層層面出露邊坡位置，設(shè)置多點(diǎn)位移計(jì)。壩體接縫主要包括壩身布置的4條誘導(dǎo)縫和壩基接觸縫[2]。

壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測應(yīng)根據(jù)建筑物類型、規(guī)模、壩基地質(zhì)條件、滲流控制工程措施，進(jìn)行科學(xué)布置，設(shè)置1～2個(gè)縱向監(jiān)測斷面?？v向監(jiān)測斷面需布設(shè)在第一道排水幕線之上，每個(gè)壩段設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，在地質(zhì)條件復(fù)雜的壩段，可適當(dāng)增加測點(diǎn)數(shù)量。與縱向監(jiān)測斷面不同，橫向監(jiān)測斷面需選擇在高壩段，橫向斷面間距保持在50～100m之間，若壩體比較長，需要增加橫斷面的間距，橫斷面需要設(shè)置3～4個(gè)測點(diǎn)?；ǖ睾庸皦螇涡洼^薄、河床較窄、壩基地質(zhì)條件比較差，故在拱壩基礎(chǔ)設(shè)置1個(gè)橫向監(jiān)測斷面，1個(gè)縱向觀測斷面[3]。

3.4 壩體、壩基溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測壩段為重點(diǎn)壩段，測點(diǎn)分布要結(jié)合壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來定。在溫度梯度比較大，或者孔口附近壩段，則增加測點(diǎn)。在拱壩監(jiān)測壩段，可結(jié)合不同壩高，壩內(nèi)溫度計(jì)間隔按1/10～1/15倍壩高布置，布設(shè)3～7個(gè)監(jiān)測截面。在截面和中心斷面的每一條交線上分別布置3～5個(gè)測點(diǎn)。

3.5 壩體應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

結(jié)合此大壩應(yīng)力三維有限元分析計(jì)算成果，在地震特殊荷載組合下，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均最大，但因?yàn)樵摻M合為瞬間荷載，應(yīng)力不易捕捉，在基本組合下壩體較大應(yīng)力發(fā)生在EL953m、EL938m高程左拱端部位。綜合考慮壩體應(yīng)力計(jì)算成果、各荷載組合的發(fā)生頻率及混凝土的受力特點(diǎn)，初步選定在EL953m和EL938m布置兩個(gè)拱向應(yīng)力觀測截面，在拱冠梁和2#、4#壩段分別設(shè)置設(shè)一個(gè)梁向觀測斷面，構(gòu)成拱梁空間監(jiān)測體系。共布置3套3向應(yīng)變計(jì)、26套3向應(yīng)變計(jì)和35套無應(yīng)力計(jì)。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對花地河水庫大壩的安全監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有比較系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容，又加強(qiáng)了重點(diǎn)壩段的監(jiān)測，在重點(diǎn)壩段監(jiān)測處采取相互多種手段相互校驗(yàn)，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，為了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大部分測量儀器具備自動(dòng)化功能以方便后期接入自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)。