李衛(wèi)鵬

（水利部新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000）

新疆某平原水庫大壩安全監(jiān)測布置

李衛(wèi)鵬

（水利部新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830000）

結(jié)合新疆某擬建的平原水庫工程，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范為基本設(shè)計原則，著重考慮本工程的壩體結(jié)構(gòu)、防滲、壩基深厚覆蓋層等特點，進行大壩安全監(jiān)測設(shè)計。重點監(jiān)測大壩及壩基的變形、滲流、應(yīng)力等。

平原水庫；深厚覆蓋層基礎(chǔ)；大壩安全監(jiān)測

眾所周知，大壩是調(diào)控水資源時空分布，優(yōu)化水資源配置的重要工程措施［1］。近年來我國水利、水電事業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，水庫大壩的安全問題也越來越突出，出現(xiàn)了一大批病險水庫［2］。因此大壩安全監(jiān)測受到了前所未有的關(guān)注和重視。在我國已建的眾多水庫當(dāng)中，有不少是平原水庫，尤其是在西北、華北地區(qū)。由于平原水庫相對于山區(qū)水庫具有自身的一些特點（如：壩體高度底、大壩軸線長、庫區(qū)面積大、地質(zhì)條件往往較差，多數(shù)為軟土地基、透水地基、甚至是無限深的透水地基），這就決定了平原水庫的大壩安全監(jiān)測設(shè)計與一般的水庫大壩有所不同［3］。大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運行狀態(tài)和安全狀況的有效手段和方法。完整、科學(xué)合理的大壩安全監(jiān)測，是保障大壩運行安全的重要措施，同時還具有校核設(shè)計的作用。本文結(jié)合新疆某平原水庫工程，依據(jù)土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范為基本設(shè)計原則，著重考慮本工程的壩體結(jié)構(gòu)特點、防滲特點、壩基特點［4］等進行了大壩安全監(jiān)測設(shè)計。

1 工程概況

新疆某平原水庫為大型Ⅱ等工程，水庫依托洪積扇前沿天然地形，通過西、北、東、南四面筑壩而成，壩頂高程689.00m，最大壩高18m，壩軸線長5921.59km，總庫容3000萬m3。壩頂寬8m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2.0。壩體從上游到下游依次為：現(xiàn)澆混凝土護坡板、兩布一膜、碎石墊層、含土碎石壩殼。水庫主要組成建筑物包含水庫大壩、入庫建筑物、供水兼退水建筑物等。

該水庫位于洪積扇前沿的洼地內(nèi)，庫區(qū)地形較平坦，地勢開闊，總地勢西高東低，水庫庫盤內(nèi)覆蓋層巨厚，巖性主要為第四系全新統(tǒng)～上更新統(tǒng)洪積含土角礫和低液限黏土，夾中～粉細砂和粉土層。含土角礫和低液限黏土在庫盤內(nèi)分布不均一，其中含土角礫主要分布于西庫盤，低液限黏土廣泛分布于東庫盤。全庫盤在80m的勘探深度內(nèi)未形成連續(xù)、穩(wěn)定的天然防滲層，水庫蓄水后庫盤存在永久滲漏和腐蝕性地下水污染問題，故水庫全庫盤進行土工膜防滲處理。

2 監(jiān)測項目選取

由于該平原水庫全庫盤及壩體均采用土工膜進行防滲，滲流監(jiān)測為重點監(jiān)測項目，該平原水庫高壩段大部分坐落在深厚覆蓋層（低液限黏土）基礎(chǔ)上，可壓縮層深度巨厚，地基承載能力較低，壩基計算沉降量較大，不均勻沉降情況也較嚴重，因而壩體（基）內(nèi)部變形，特別是壩體上下游壩腳附近壩基水平位移和地面隆起都為重點監(jiān)測項目。此外，根據(jù)SL551—2012《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求，除了日常巡視檢查外，還對水庫大壩進行了表面變形、壓力（應(yīng)力）監(jiān)測、地震、環(huán)境量等監(jiān)測。

3 監(jiān)測系統(tǒng)儀器布置

3.1 大壩表面變形監(jiān)測

大壩表面變形監(jiān)測包括垂直壩軸線的水平位移監(jiān)測，和豎向位移監(jiān)測。

該平原水庫壩軸線總長5921.593m，在水庫壩體表面選取26個監(jiān)測斷面。選取原則為：直線段與圓弧段交界處，地質(zhì)條件變化處、圓弧中間斷面、直線段中間斷面、最大壩高斷面、壩體與供水兼退水建筑物交叉斷面等。相鄰監(jiān)測斷面間隔155.00～392.70m不等。在每個監(jiān)測斷面布設(shè)3個位移綜合標(biāo)點，位移標(biāo)點具體位置為：上游壩坡正常蓄水位以上1個、下游壩肩1個、下游壩坡中點1個?？傆?6個監(jiān)測斷面，共布設(shè)78個表面綜合標(biāo)點，水平位移和豎向位移觀測共用。壩體表面豎向位移采用水準法施測，壩體表面水平位移依托覆蓋庫區(qū)范圍建立的CORS系統(tǒng)，采用雙頻GNSS接收機進行監(jiān)測。

3.2 壩體（基）內(nèi)部變形監(jiān)測

大壩內(nèi)部變形監(jiān)測同樣包括水平位移監(jiān)測和豎向位移（沉降）監(jiān)測。

水平位移采用陣列式位移計監(jiān)測，豎向位移采用電磁式沉降儀監(jiān)測。為了監(jiān)測壩體（基）內(nèi)部變形，在壩體上選定了5個主監(jiān)測斷面，主監(jiān)測斷面的位置選擇結(jié)合大壩表面變形監(jiān)測斷面，主監(jiān)測斷面的具體位置如圖1。

圖1 大壩變形監(jiān)測斷面布置

在每個主監(jiān)測斷面上布設(shè)5條監(jiān)測垂線，垂線位置分別選取壩體上下游坡腳，壩軸線偏下游1m、上下游壩坡中點。監(jiān)測垂線編號從上游到下游分別為1～5號。沿每條監(jiān)測垂線埋設(shè)沉降管和電磁沉降環(huán)，壩體建基面以下采用鉆孔布設(shè)，建基面以上隨壩體填筑采用非坑式埋設(shè)，鉆孔深度為壩體建基面以下50m。沉降環(huán)位置即測點位置從沉降管鉆孔底部開始每間隔5m布置1個。為了監(jiān)測壩體（基）內(nèi)部的水平位移情況，在每個主監(jiān)測斷面1，3，5號監(jiān)測垂線沉降管旁布設(shè)1套陣列式位移計，陣列式位移計每節(jié)1m，布設(shè)深度同相鄰沉降管。此外，為了監(jiān)測壩基的不均勻沉降情況，在5個主監(jiān)測斷面沿壩基寬度方向各布設(shè)1套陣列式位移計。5個主監(jiān)測斷面總計布設(shè)沉降管25套、陣列式位移計20套。壩體典型主監(jiān)測斷面儀器布置情況如圖2。

圖2 壩體典型主監(jiān)測斷面儀器布置

3.3 滲流監(jiān)測

3.3.1 壩體、壩基的滲透壓力監(jiān)測

主要監(jiān)測水庫大壩壩體、壩基的滲流情況。監(jiān)測斷面為壩體的5個主監(jiān)測斷面，在每個主監(jiān)測斷面沿壩體豎向排水體的頂部和中部各設(shè)置1支滲壓計，監(jiān)測大壩壩體的滲流情況；從壩基表面開始沿著每條監(jiān)測垂線向壩基深度方向間隔12m布設(shè)1支滲壓計，埋置在壩基中的各支滲壓計根據(jù)滲壓變化情況可了解壩基孔隙水壓力消散情況。5個主監(jiān)測斷面壩體、壩基總計布置滲壓計135支。

此外，為了解水庫庫盤排水排氣工程措施的有效性，在庫盤內(nèi)選擇3個監(jiān)測斷面，在每個監(jiān)測斷面庫盤土工膜下間隔100m均勻布設(shè)13支滲壓計，總計布置39支滲壓計。

3.3.2 庫區(qū)外圍地下水位的監(jiān)測

由于庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，因而對蓄水后庫區(qū)地下水位變化情況進行實時監(jiān)測，在5個主監(jiān)測斷面的下游坡腳和壩后排水溝外側(cè)各布設(shè)1組測壓管，同時在水庫西壩段（樁號：壩5+536.593）庫外布設(shè)2組測壓管，總計布置測壓管12組，測壓管鉆孔深度均在現(xiàn)狀地下水位5m以下。為了實現(xiàn)自動化監(jiān)測，在每個測壓管鉆孔內(nèi)埋設(shè)1支滲壓計，共計埋設(shè)滲壓計12支。

3.4 應(yīng)力監(jiān)測

為了了解壩基土壓力大小和分布情況，在壩體5個主監(jiān)測段面上均沿壩體建基面均勻布設(shè)5組兩向土壓力計，共計布設(shè)土壓力計50支。此外，各支土壓力計埋設(shè)時應(yīng)與滲壓計橫向間距保持在1m以內(nèi)，以便根據(jù)滲壓計的監(jiān)測數(shù)據(jù)計算監(jiān)測部位土體的有效應(yīng)力。

3.5 地震反應(yīng)監(jiān)測

地震強震觀測選擇最大壩高斷面，即主監(jiān)測斷面壩2+575.797m為監(jiān)測斷面，在壩頂和下游壩腳分別布置測點，用強震儀進行觀測。強震儀包括強震加速儀、峰值記錄加速度儀等。強震觀測的測次，依地震活動情況及時進行。

3.6 環(huán)境量監(jiān)測

在庫區(qū)范圍內(nèi)建立1座氣象站，對庫區(qū)風(fēng)速、降水量、氣溫、庫面蒸發(fā)損失等進行觀測。

4 自動監(jiān)測

該平原水庫大壩由于橫向主監(jiān)測斷面之間的距離比較遠（702.70～777.70m），在數(shù)據(jù)采集單元配置時，可在每個主監(jiān)測斷面單獨布置數(shù)據(jù)采集單元，將該主監(jiān)測斷面的監(jiān)測儀器全部引入同一個橫斷面處的數(shù)據(jù)采集單元。

大壩安全監(jiān)測根據(jù)測點數(shù)量、測點位置及當(dāng)前大壩監(jiān)測自動化水平的發(fā)展?fàn)顩r，大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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器的地方，通過光纜將數(shù)據(jù)傳輸至水庫管理站控制室，實現(xiàn)綜合自動化。

5 結(jié)語

（1）目前，對平原水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)計尚缺乏針對性的規(guī)范，該平原水庫儀器布置方案及儀器數(shù)量既滿足了土石壩安全監(jiān)測設(shè)計規(guī)范的要求，又根據(jù)工程特點進行了重點部位的監(jiān)測，充分體現(xiàn)了照顧一般，突出重點的設(shè)計理念。

（2）安全監(jiān)測系統(tǒng)在水庫工程建設(shè)中是相對較小的單項工程，但沒有完整、科學(xué)合理的監(jiān)測系統(tǒng)會造成工程失事。因此，設(shè)計完整、科學(xué)合理的安全監(jiān)測系統(tǒng)，對確保工程運行安全十分必要。

［1］汪恕誠.論大壩與生態(tài)［J］.水力發(fā)電，2004，30（4）：1-4.

［2］中華人民共和國水利部.2008年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報［R］.2009.

［3］陳文燕，朱林，王文韜.大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.電力環(huán)境保護，2009，25（6）：38-42.

［4］方衛(wèi)華.大中型平原水庫大壩安全監(jiān)測研究［J］.貴州水力發(fā)電，2006，20（1）：57-60.

［5］SL551—2012，土石壩安全監(jiān)測設(shè)計規(guī)范［S］.

Safety monitoring in a plain reservoir dam of Xinjiang

LI Wei-peng
（Xinjiang Survey and Design Institute for Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

In this paper，focused on a plain reservoir dam which was planned to build.Based on technical specification for earth-rockfill dam safety monitoring as the basic design principle，the design of dam safety carried out with the consideration of the dam structure features，seepage control features and deep alluvion foundation of the dam.The deformation，seepage and stress of the dam and the dam foundation are monitored.

plain reservoir dam；deep alluvion foundation；dam safety monitoring

TV698.1

B

1672-9900（2017）05-0072-03

2017-07-11

李衛(wèi)鵬（1984-），男（漢族），陜西乾縣人，工程師，主要從事水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，（Tel）15699226325。

（責(zé)任編輯：尹健婷）