某瀝青混凝土心墻堆石壩安全監(jiān)測設計

朱利平，李 翔

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

瀝青混凝土心墻堆石壩以瀝青混凝土作為防滲體，具有良好的防滲及適應變形的特點，與面板壩相比，受外界氣候及光照影響較小，幾乎不受酷暑及嚴寒冰凍的影響，瀝青混凝土的攤鋪和壓實較面板簡單，與河床及兩岸混凝土底座易于連接，帷幕灌漿工程量較小，另外抗震性能也較好。目前國內(nèi)外建設了大量瀝青混凝土心墻堆石壩，而安全監(jiān)測作為瀝青混凝土心墻堆石壩工程建設中非常重要的一個方面，是了解瀝青混凝土心墻堆石壩運行狀態(tài)和安全狀況的有效手段和方法，近年來受重視程度不斷提高。通過觀測數(shù)據(jù)與理論計算值的對比分析，便于掌握工程設計的合理性和進行工程設計調(diào)整，為瀝青混凝土心墻堆石壩建設積累經(jīng)驗。另外安全監(jiān)測工作還可以為大壩蓄水安全鑒定和后期大壩定檢工作提供關鍵觀測數(shù)據(jù)，安全監(jiān)測工作在蓄水安全鑒定和大壩定檢中的重要性已為業(yè)內(nèi)專家所接受。

1 工程概況

某瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高 60.5 m，壩頂長 193.0 m，壩頂寬度 10.0 m，瀝青混凝土心墻采用垂直布置型式，心墻軸線布置在壩軸線上游側(cè)。電站工程的主要功能是結(jié)合輸水進行動能回收，主要任務是發(fā)電，水庫總庫容 0.07 億m3，為日調(diào)節(jié)水庫，電站總裝機容量 320 MW。瀝青混凝土心墻堆石壩為 2 級建筑物，壩址區(qū)段河谷狹窄，為“V”型谷。該地區(qū)屬溫帶荒漠類型的大陸性氣候，冬夏冷熱懸殊，干燥少雨、蒸發(fā)量大，該流域的多年平均降水量 103 mm，蒸發(fā)量 1 488 mm，多年平均氣溫 7.7 ℃，極端最高氣溫 41.6 ℃，極端最低氣溫為 -36.4 ℃，最大凍土深度 141 cm。當?shù)厣笆Y源豐富，為瀝青混凝土心墻堆石壩的建設提供了充足的建筑材料。

2 主要監(jiān)測項目

1）環(huán)境量監(jiān)測。包括上下游水位、氣溫和降雨量的監(jiān)測。

2）變形監(jiān)測。包括表面變形、內(nèi)部變形、防滲體變形監(jiān)測、接縫位移監(jiān)測等。

3）滲流監(jiān)測。包括壩基及壩體滲透壓力、繞壩滲流和滲流量監(jiān)測。

4）溫度監(jiān)測。包括心墻混凝土溫度監(jiān)測和庫水溫監(jiān)測。

5）水質(zhì)分析監(jiān)測。

6）地震反應監(jiān)測。

7）人工巡視檢查。

3 監(jiān)測布置

瀝青混凝土心墻堆石壩共布置 3 個橫向重點監(jiān)測斷面，其中 1 個布置在最大壩高壩段，壩頂布置 2 個監(jiān)測站。

3.1 環(huán)境量監(jiān)測

在進水塔混凝土表面設不銹鋼水尺，進行人工水位觀測。另外在進水塔混凝土內(nèi)部預埋一根 DN80 熱鍍鋅鋼管，設置透水堵頭，內(nèi)置水位計，進行上游水位自動化監(jiān)測。

在壩頂位置設置 1 套遙測雨量計監(jiān)測降雨量，百葉箱內(nèi)設 1 套自記溫度計監(jiān)測壩區(qū)溫度。

3.2 表面變形監(jiān)測

表面變形監(jiān)測包括水平位移（上、下游位移）和垂直位移（沉降）觀測。為監(jiān)測大壩表面變形情況，在壩頂和壩后馬道位置布置 22 個水平位移測點，另設 8 個水平位移工作基點，水平位移工作基點用監(jiān)測基準網(wǎng)進行校核，壩體水平位移測點采用視準線法進行觀測，邊坡水平位移測點采用交會法觀測。在壩頂和壩后馬道位置布置 35 個垂直位移測點，另設 2 個垂直位移工作基點，垂直位移工作基點用水準基準點進行校核，建筑物垂直位移監(jiān)測采用一等水準觀測要求施測，邊坡垂直位移監(jiān)測采用二等水準觀測要求施測。

3.3 內(nèi)部變形監(jiān)測

壩體內(nèi)部變形監(jiān)測包括壩體水平位移和壩體豎向位移觀測。在壩頂和壩后馬道位置分別布置測斜管和分層沉降管進行壩體水平位移和壩體豎向位移觀測。壩體豎向位移觀測主要用于分析不同堆石分區(qū)的變形特征，還可以分析層間堆石體的壓縮變形模量。其中測斜管采用活動測斜儀進行測量，分層沉降管采用分層沉降儀進行測量。

3.4 接縫位移監(jiān)測

在心墻與上下游過渡層結(jié)合面設置錯動位移監(jiān)測區(qū)，沿高程間隔布置位錯計進行瀝青混凝土心墻與上下游過渡層間錯動位移監(jiān)測，在心墻與基座接觸面之間設置位錯計進行瀝青混凝土心墻與基座間接縫位移監(jiān)測，兩者共設置位錯計 27 支。

3.5 滲流監(jiān)測

在壩基上下游方向依次設置滲壓計監(jiān)測壩基和壩體滲流及可能形成浸潤線的分布情況，另外也可對防滲結(jié)構(gòu)和灌漿帷幕的防滲效果進行監(jiān)測。另外在左、右岸壩肩位置設置測壓管進行繞壩滲流監(jiān)測。設置 1 臺量水堰儀進行滲漏量監(jiān)測。

3.6 溫度監(jiān)測

在瀝青心墻位置布設耐高溫溫度計進行瀝青心墻溫度監(jiān)測；在庫區(qū)布設溫度計進行庫水溫監(jiān)測。

3.7 地震反應監(jiān)測

壩址區(qū)地震基本烈度為 8 度，壩址地處強震區(qū)，在壩頂和下游壩坡面設置 4 臺強震儀，每個測點均為三分向拾震器，進行壩體地震強震監(jiān)測。

4 主要監(jiān)測儀器指標

1）不銹鋼水尺?？潭葹榧t藍相間帶凹槽烤漆形式，水尺寬度 50 cm，厚度 5 mm。

2）水平位移測點及工作基點。包含強制對中基座和觀測墩，強制對中基座采用不銹鋼材質(zhì)，最大對中誤差 0.05 mm。

3）垂直位移測點（沉降標點）。主要包括標芯和保護盒，標芯采用不銹鋼材質(zhì)。

4）測斜管。選用南瑞集團有限公司生產(chǎn)的鋁合金測斜管。測斜管材質(zhì)為鋁合金，壁厚≥2.2 mm，內(nèi)壁有相互垂直的導槽，管徑與采購的便攜式測斜儀配套，包含接頭、底座、管口保護裝置等。安裝在心墻部位的測斜管能夠承受 180 ℃ 高溫不變形。

5）分層沉降管。測斜管兼做沉降管，管外配置沉降磁板，沉降板尺寸≥40 cm×40 cm，厚度＞3.5 mm，并進行防銹蝕處理。

6）測壓管。采用 DN50 mm 的鍍鋅鋼管，壁厚≥3.5 mm，花管段 0～4.0 m，透水孔徑φ4～6 mm，開孔率 20 %。

7）位錯計。量程 50～250 mm，精度±0.1 % F.S，靈敏度≤0.025 % F.S，耐水壓 1.0 MPa。

8）滲壓計。測量范圍 0～1.0 MPa，精度±0.1 %F.S，分辨率≤0.025 % F.S，零漂＜0.02 % F.S。

9）心墻溫度計。量程：-30～+180 ℃，耐水壓1.0 MPa，溫度測量精度≥±0.3 ℃。

10）雙向垂線坐標儀。量程：X向50mm，Y向50 mm，精度 ±0.1 mm，具有標準 RS 485 接口可實現(xiàn)遠程遙測。

11）電磁沉降儀。測量深度≥70 m，測量精度0.1 mm，分辨率≤1.0 mm。

12）量水堰儀。量程 300 mm，帶人工測針，游標讀數(shù) 0.01 mm。

13）遙測雨量計。雨量計分辨率 0.1 mm，包含相應的通信線及電源線等配套設備。

14）自記溫度計。能夠自動記錄和儲存環(huán)境溫度，測量范圍滿足 -40 ℃～70 ℃。

15）強震動傳感器。加速度觀測范圍 0.000 1～2.0g，頻帶 0～50 Hz。

16）百葉箱。選用玻璃鋼百葉箱。

17）讀數(shù)儀。頻率分辨力 0.1 H z；溫度分辨力 0.1 ℃；激勵范圍 400～6 000 Hz。

18）監(jiān)測電纜。要求為耐酸、耐堿、防水、質(zhì)地柔軟的專用屏蔽電纜，其承受水壓為 2.0 MPa 時，絕緣電阻≥100 MΩ，芯線面積≥ 0.37 mm2。

5 觀測和巡視檢查要求

5.1 觀測要求

1）心墻溫度計和位錯計埋設后 24 h 內(nèi)，每隔 4 h 觀測 1 次，之后每天觀測 1 次，持續(xù) 2 周，以后每周觀測 1 次。

2）滲壓計和位錯計安裝后 7 日內(nèi)每天觀測一次，持續(xù) 2 周，以后每周觀測 1 次。

3）測壓管安裝后測量管底及管口高程，并進行靈敏度檢驗，以后每周觀測 1 次，管口高程在施工期和首次蓄水期每月校測 1 次。

4）隨壩體安裝的測斜管在壩體填筑到頂后開始觀測，鉆孔安裝的測斜管在安裝完 1 周后開始觀測，最初每天觀測 1 次，待儀器讀數(shù)達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，之后每周觀測 1 次，儀器安裝后觀測前測量管口高程，施工期和首次蓄水期每月校核 1 次。

5）沉降管在第一塊板安裝完開始觀測，觀測前測量管口高程，在壩體填筑施工過程中每周觀測 2 次直至壩體填筑完工，之后每周觀測 1 次，在壩體填筑到頂之后的觀測期間定期對管口高程進行校測，在施工期和首次蓄水期每月校核 1～2 次。

6）倒垂線安裝結(jié)束后每月觀測 2 次，觀測時間結(jié)合水平位移測點觀測進行。

7）以上監(jiān)測儀器設備在首次蓄水期每天觀測 1 次，在水位平穩(wěn)、測值基本穩(wěn)定后每周觀測 l 次。

8）壩體水平位移測點采用視準線法進行觀測，邊坡水平位移測點采用交會法觀測。水平位移測點安裝埋設后每月觀測 1 次，首次蓄水期每月觀測 2 次，在水位平穩(wěn)、測值基本穩(wěn)定后每月觀測 1 次。視準線工作基點在安裝埋設后 2 年內(nèi)每年校測 2 次，之后每年 1 次。校測時盡量在溫度相當?shù)奶鞖鈼l件下進行。工作基點校測位移中誤差≤±1.4 mm。工作基點的初始值及各測點的初始值在工程具備條件時盡早測得，施測時在最短的時間內(nèi)連續(xù)觀測 2 次，合格后取均值。

9）建筑物垂直位移監(jiān)測采用一等水準觀測要求施測，邊坡垂直位移監(jiān)測采用二等水準觀測要求施測。垂直位移測點安裝埋設后 1 年內(nèi)每月觀測 2 次，各測值穩(wěn)定后每月觀測 1 次。首次蓄水期每月觀測 2 次，在水位平穩(wěn)、測值基本穩(wěn)定后每月觀測 1 次。垂直位移工作基點在安裝埋設后 2 年內(nèi)每年校測 2 次，之后每年校測 1 次，校測時采用一等水準觀測要求施測，施測時在最短的時間內(nèi)連續(xù)觀測 2 次，合格后取均值。

10）若遇到特殊情況，如大暴雨、大洪水、地下水位長期持續(xù)較高、強地震增加觀測和巡視檢查頻次。

11）觀測記錄要準確、清晰、完整，原始觀測記錄裝訂成冊，井妥善保管。

5.2 巡視檢查要求

除用監(jiān)測設備進行監(jiān)測外，還必須進行人工巡視檢查，一般在進行儀器觀測的同時進行檢查，收集施工現(xiàn)場及工程過水過程中與結(jié)構(gòu)安全有關的信息。監(jiān)測資料分析密切結(jié)合現(xiàn)場情況和巡視檢查資料進行。

主要檢查項目及內(nèi)容包括：壩頂有無裂縫、異常變形、積水或植物滋生等現(xiàn)象；防浪墻有無開裂、擠碎、架空、錯斷和傾斜；迎水坡護面或護坡是否損壞；塊石護坡有無石塊翻起、松動、塌陷、墊層流失、架空或風化變質(zhì)等損壞現(xiàn)象；背水坡及壩址有無裂縫、剝落、滑動、隆起、塌坑、雨淋溝、流土等現(xiàn)象；儀器保護設施是否完好；監(jiān)測設施是否有被盜損；監(jiān)測儀器設備編號是否清晰完好等。

6 結(jié)語

瀝青混凝土心墻堆石壩具有良好的防滲及適應變形和受環(huán)境影響小的優(yōu)點，近年來在我國得到了廣泛應用，其安全監(jiān)測技術(shù)也得到了很大發(fā)展，瀝青混凝土心墻堆石壩安全監(jiān)測的重點在壩體變形和滲流監(jiān)測。在安全監(jiān)測實施過程中必須組建一支責任心和事業(yè)心強，同時又熟悉儀器用途和功能的專業(yè)技術(shù)隊伍，才能做好安全監(jiān)測工作，本文對類似項目的安全監(jiān)測設計具有參考意義。Q