胡良文

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

紫坪鋪水利樞紐混凝土面板堆石壩監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

胡良文

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

紫坪鋪水利樞紐大壩是一座壩高156m的高混凝土面板堆石壩，是世界上第一座經(jīng)受Ⅸ度以上地震烈度檢驗(yàn)的高面板堆石壩。工程監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)對(duì)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇、儀器及設(shè)施的布置進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，形成了較為完整的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)綜合評(píng)價(jià)堆石壩的安全狀況，保證大壩安全運(yùn)行起到了較大作用。

紫坪鋪水利樞紐 混凝土面板堆石壩 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

1 概述

紫坪鋪水利樞紐是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。水庫(kù)總庫(kù)容11.12億m3，最大壩高156m，電站裝機(jī)容量76萬(wàn)kW，保證出力168MW，多年平均年發(fā)電量34.17億kW·h。面板壩壩頂高程884.00m，防浪墻頂高程885.40m，面板趾板最低建基高程728.00m，最大壩高156.00m。壩頂長(zhǎng)度663.77m，壩頂寬12m。

紫坪鋪水利樞紐大壩是一座高混凝土面板堆石壩，在本世紀(jì)初國(guó)內(nèi)壩工界具有重要地位。該工程緊靠世界著名的文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)——都江堰水利樞紐，同時(shí)，該工程距成都也只有約50km，地理位置十分重要。工程監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)對(duì)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇、儀器及設(shè)施的布置進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，形成了較為完整的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)綜合評(píng)價(jià)堆石壩的安全狀況，保證大壩安全運(yùn)行起到了較大作用。

根據(jù)當(dāng)時(shí)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(SL60-94)的有關(guān)要求，分析國(guó)際國(guó)內(nèi)混凝土面板堆石壩施工運(yùn)行期存在問(wèn)題及原因，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)相似規(guī)模混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)的成功經(jīng)驗(yàn)，在紫坪鋪水利樞紐混凝土面板堆石壩上設(shè)置了變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

2 大壩變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 大壩外部變形觀測(cè)布置

外部變形觀測(cè)分為水平位移(上、下游方向)觀測(cè)與垂直(沉降)位移觀測(cè)，分別布置在壩體上游面正常水位以下的混凝土面板上(臨時(shí)位移標(biāo)點(diǎn))、壩體上游面正常水位以上的混凝土防浪墻上(永久位移標(biāo)點(diǎn))及下游壩坡上設(shè)置表面變形標(biāo)點(diǎn)，水平位移采用經(jīng)緯儀觀測(cè)，沉降采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)。

2.1.1 臨時(shí)位移標(biāo)點(diǎn)

在壩體上游正常水位以下面板上布置了四條視準(zhǔn)線，共計(jì)15個(gè)臨時(shí)位移標(biāo)點(diǎn)，每條視準(zhǔn)線上分別布置了2個(gè)校核基點(diǎn)和工作基點(diǎn)，共計(jì)各8個(gè)校核基點(diǎn)和工作基點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。

圖1 紫坪鋪水利工程面板堆石壩觀測(cè)平面布置

2.1.2 永久位移標(biāo)點(diǎn)

在壩體上游正常水位以上混凝土防浪墻上，布置了1條視準(zhǔn)線，下游壩坡布置了3條視準(zhǔn)線，共計(jì)27個(gè)永久位移標(biāo)點(diǎn)。每條視準(zhǔn)線上分別布置了2個(gè)校核基點(diǎn)和工作基點(diǎn)，共計(jì)各8個(gè)校核基點(diǎn)和工作基點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。

2.2 壩體內(nèi)部變形觀測(cè)布置

壩體內(nèi)部水平位移和沉降變形觀測(cè)項(xiàng)目，是紫坪鋪水利樞紐大壩觀測(cè)的重要內(nèi)容，其成果對(duì)評(píng)價(jià)大壩施工質(zhì)量及運(yùn)行情況具有重要作用。大壩選擇了二個(gè)觀測(cè)斷面(DAM0+251m和DAM0+371m)，分四個(gè)高程埋設(shè)引張線水平位移計(jì)和水管式沉降儀，以觀測(cè)壩體內(nèi)部水平位移和沉降。

水管式沉降儀原則上沿壩軸線上下游方向間隔30m布置一測(cè)點(diǎn)，在墊層料和過(guò)渡料分別布置一測(cè)點(diǎn)；引張線水平位移計(jì)原則上沿壩軸線上下游方向間隔60m布置一測(cè)點(diǎn)，在墊層料和過(guò)渡料分別布置一測(cè)點(diǎn)。

2.2.1DAM0+251m剖面

DAM0+251m斷面是大壩典型剖面，布置了四個(gè)高程的引張線水平位移計(jì)和水管式沉降儀(見(jiàn)圖2)：

(1)高程760m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀11支，引張線水平位移計(jì)7支；

(2)高程790m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀10支，引張線水平位移計(jì)6支；

(3)高程820m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀8支，引張線水平位移計(jì)6支；

(4)高程850m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀5支，引張線水平位移計(jì)4支。

以上各高程分別布置了一個(gè)觀測(cè)房。

圖2 大壩0+251m剖面觀測(cè)設(shè)施布置

2.2.2DAM0+371m剖面

DAM0+371m斷面布置了三個(gè)高程的引張線水平位移計(jì)和水管式沉降儀(見(jiàn)圖3)：

(1)高程790m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀9支，引張線水平位移計(jì)6支；

(2)高程820m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀8支，引張線水平位移計(jì)5支；

(3)高程850m面上，以壩軸線為基準(zhǔn)向上下游方向按布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，共計(jì)布置水管式沉降儀5支，引張線水平位移計(jì)3支。

以上各高程分別布置了一個(gè)觀測(cè)房。

圖3 大壩0+371m剖面觀測(cè)設(shè)施布置

2.3 混凝土面板變形觀測(cè)布置

2.3.1 混凝土面板周邊縫變形觀測(cè)

混凝土面板是混凝土面板堆石壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，面板由趾板與岸坡和壩基連接。周邊縫的變形情況、止水可靠與否，直接關(guān)系到大壩的安全運(yùn)行。因此，進(jìn)行周邊縫變形觀測(cè)，是保證壩體安全運(yùn)行的重要檢測(cè)項(xiàng)目。

周邊縫觀測(cè)布置沿周邊縫共布置了15支三向測(cè)縫計(jì)，根據(jù)有限元分析計(jì)算成果，轉(zhuǎn)角點(diǎn)和兩岸岸坡應(yīng)力應(yīng)變較大，相應(yīng)縫張開(kāi)度較大。布置原則：在河床測(cè)點(diǎn)少，兩岸邊高程越高，測(cè)點(diǎn)越多。由此，在河床布置了3支，左右岸各布置了6支三向測(cè)縫計(jì)(見(jiàn)圖1)。

2.3.2 混凝土面板板間縫(垂直縫)變形觀測(cè)

根據(jù)有限元分析方法的計(jì)算結(jié)果，混凝土面板垂直縫靠近兩岸為張性縫，為監(jiān)測(cè)張性縫的開(kāi)合度，在兩岸張拉區(qū)布設(shè)了單向測(cè)縫計(jì)，以了解面板的工作性態(tài)。

板間縫(垂直縫)觀測(cè)共布置了15支單向測(cè)縫計(jì)。左岸面板受拉縫布置了7支單向測(cè)縫計(jì)，右岸面板受拉縫布置了8支單向測(cè)縫計(jì)(見(jiàn)圖1)。

2.3.3 混凝土面板脫空變形觀測(cè)

混凝土面板與墊層料間的脫空問(wèn)題，是在我國(guó)天生橋一級(jí)水電站建設(shè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，在以后的高混凝土面板壩建設(shè)過(guò)程中，均開(kāi)展了面板脫空觀測(cè)的項(xiàng)目。如貴州洪家渡水電站混凝土面板堆石壩、新疆烏魯瓦提混凝土面板砂礫石壩、湖北水布埡水電站混凝土面板堆石壩等工程，均設(shè)置了面板脫空觀測(cè)項(xiàng)目?；炷撩姘迮c壩體墊層料間的脫空情況，直接關(guān)系到大壩投入運(yùn)行后面板是否會(huì)破壞的問(wèn)題，因此本工程設(shè)置了該觀測(cè)項(xiàng)目。

面板與墊層料間的脫空觀測(cè)，選擇了三個(gè)斷面進(jìn)行，即DAM0+136m、DAM0+251m和DAM0+371m，分四個(gè)高程共計(jì)布置10支脫空測(cè)縫計(jì)。

以上各儀器布置見(jiàn)圖1。

2.3.4 混凝土面板撓度變形觀測(cè)

撓度觀測(cè)采用斜坡測(cè)斜儀(可用活動(dòng)式導(dǎo)管測(cè)斜儀和固定式測(cè)斜儀)或水管式沉降儀與引張線水平位移計(jì)組合觀測(cè)。紫坪鋪大壩進(jìn)行觀測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化組合，即在混凝土面板表面選擇二個(gè)觀測(cè)斷面在不同高程布置固定式斜坡測(cè)斜儀觀測(cè)面板的撓度。為了確保觀測(cè)結(jié)果的可靠性，在混凝土面板與壩體墊層間設(shè)置了引張線水平位移計(jì)和水管式沉降儀。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，可以推算出面板的撓度。實(shí)踐證明，該方法是可行的。

混凝土面板表面選擇二個(gè)觀測(cè)斷面，在不同高程布置固定式斜坡測(cè)斜儀觀測(cè)面板的撓度，即DAM0+251m和DAM0+371m斷面，共計(jì)布置20支固定式測(cè)斜儀，每個(gè)斷面分別為10支儀器，布置都相同(見(jiàn)圖1)。

3 滲流監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(SL60-94)要求，滲流監(jiān)測(cè)是必設(shè)項(xiàng)目。紫坪鋪水利樞紐大壩的滲流觀測(cè)包括滲流量、壩基滲透壓力、壩體滲透壓力、左右岸坡的繞壩滲流等幾個(gè)部分。

3.1 滲流量監(jiān)測(cè)

壩體滲流量是綜合反映混凝土面板堆石壩工作形態(tài)的重要指標(biāo)，為了監(jiān)測(cè)大壩壩體、壩基及壩體兩岸的滲漏情況，在大壩的下游壩腳設(shè)置了量水堰一座(見(jiàn)圖1)。

3.2 壩基滲流監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)大壩壩基的滲流狀態(tài)，在混凝土面板趾板上、下游的壩基布置了滲壓計(jì)，以監(jiān)測(cè)帷幕灌漿效果和壩基的滲流情況。壩基滲流選擇了一個(gè)典型斷面DAM0+251m，布置了10支鋼弦式孔隙水壓力計(jì)(見(jiàn)圖1)。

3.3 壩體滲流監(jiān)測(cè)

為了解混凝凝土面板壩沿周邊縫的防滲效果及壩體的滲流狀態(tài)，在周邊縫附近及沿主河槽布置了滲壓計(jì)，以觀測(cè)壩體的滲透壓力，共布置了10支鋼弦式孔隙水壓力計(jì)(見(jiàn)圖1)。

3.4 繞壩滲流監(jiān)測(cè)

為了解大壩兩岸帷幕的防滲效果，在兩岸坡布置了繞壩滲流觀測(cè)儀器，左岸布置了6支和右岸布置了4支自動(dòng)繞滲儀作為監(jiān)測(cè)儀器(見(jiàn)圖1)。

4 應(yīng)力觀測(cè)設(shè)計(jì)

4.1 混凝土面板應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇有代表性的面板，觀測(cè)混凝土面板的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等?；炷撩姘暹x擇四個(gè)觀測(cè)斷面在不同高程布置二向應(yīng)變計(jì)或三向應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)和溫度計(jì)，即DAM0+068m、DAM0+251m、DAM0+371m和DAM0+586.89m斷面，共計(jì)15組儀器(見(jiàn)圖1)。

4.2 土壓力觀測(cè)

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(SL60～94)規(guī)定，土壓力觀測(cè)為一般性選設(shè)項(xiàng)目，鑒于紫坪鋪水利樞紐工程的重要性，在大壩上設(shè)置了土壓力觀測(cè)項(xiàng)目。觀測(cè)內(nèi)容為混凝土面板與墊層間的接觸土壓力和壩體內(nèi)部土中土壓力。布置在DAM0+251m斷面上，分四個(gè)高程布置，與壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)分布高程相同，每層布置1支接觸土壓力計(jì)和2支堤土壓力計(jì)(見(jiàn)圖2)。

4.3 強(qiáng)震觀測(cè)

地震反應(yīng)監(jiān)測(cè)是土石壩安全監(jiān)測(cè)的選設(shè)項(xiàng)目，鑒于紫坪鋪水利樞紐工程的重要性，在大壩上設(shè)計(jì)了強(qiáng)震儀，以觀測(cè)大壩對(duì)地震的反映，為分析大壩的動(dòng)力安全提供依據(jù)。

強(qiáng)震儀布置在兩剖面馬道上和壩頂，左右岸

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2095-1809(2016)01-0078-04