旁多水利枢纽工程大坝安全监测设计

2014-03-26李俊富

东北水利水电 2014年11期

韩琳，李俊富

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 工程概况

旁多水利枢纽工程地处拉萨河流域中游，坝址位于西藏自治区林周县旁多乡下游1.5 km，坝址控制流域面积 16370 km2，年径流量 62.48×108m3。枢纽为Ⅰ等大（1）型工程，主要由碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、发电引水系统、电站厂房和灌溉输水洞等建筑物组成。

碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝顶高程4100.00 m，坝顶长度1052.00 m，最大坝高72.30 m。坝壳料采用砂砾石料，防渗体采用碾压式沥青混凝土心墙，心墙两侧设置4.0 m宽的砂砾石过渡料，心墙通过混凝土基座与基础混凝土防渗墙连接，心墙下游侧设置检修廊道。大坝基础防渗采用150.00 m深混凝土防渗墙悬挂方案，两岸设置基岩帷幕灌浆。

枢纽是以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水综合利用的枢纽工程，为保证工程安全，充分发挥工程综合效益，建立完善的工程安全监测系统是必要的。安全监测设计的范围包括大坝、发电引水隧洞、泄洪兼导流洞、灌溉输水洞、边坡工程等。文中重点介绍碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝的监测设计内容。

2 设计原则

考虑该工程高海拔、深厚覆盖层及高地震烈度等地质条件和大坝结构特点，以及DL/T5178-2003《混凝土坝安全监测技术规范》和SL60-94《土石坝安全监测技术规范》的要求，该工程大坝安全监测是以保障枢纽工程安全为主要目的，兼顾验证设计、指导施工以及研究的需要，突出重点、兼顾全面、相关项目统筹安排、配合布置为主要原则进行系统设计。以坝体（基）的变形、渗流、强震动监测和心墙、混凝土防渗墙的应力应变监测为重点。

3 布置方案

3.1 坝体表面变形监测

坝体表面变形监测内容包括坝面的水平位移和垂直位移，通常采用传统的大地测量方法以及全球卫星导航卫星系统（GNSS）。该工程地处西藏高海拔地区，大坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞和厂房后高边坡等建筑物分布范围较广，采用传统大地测量方法受诸多因素影响。为保障枢纽工程安全，需要准确、连续、高效地获得建筑物的变形数据，以及实现表面变形监测的自动化，因此在基本满足土石坝监测精度要求的前提下，表面水平位移监测采用全球定位系统（GPS）测量方法。鉴于GPS监测系统垂直定向精度不能满足监测的需要，表面垂直位移仍采用精密水准法，GPS监测系统作为辅助的监测手段。

1）监测断面布置。变形监测点采用断面形式布置，断面分为垂直坝轴线方向的监测横断面和平行坝轴线方向的监测纵断面。监测横断面间距为90 m，其中2个横断面布置在最大坝高和主河床部位的最大坝高处，桩号为0+522.00 m、0+755.00 m。监测纵断面沿坝顶和下游坝坡的2个马道布置。

2）水平位移监测布置。该工程GPS变形监测系统由3个基准站和38个固定监测站（变形测点）构成。基准站分别设在枢纽办公区、大坝右岸坝肩山坡上以及厂房高边坡稳定的部位。固定监测站分别布置在大坝纵横监测断面的交汇处、泄洪洞及泄洪兼导流洞和厂房相关部位的高边坡处。其中坝体表面设测点24个，高边坡部位14个。

根据现场条件，GPS数据采用无线和有线通讯相结合的组网方式传输，数据传送至监测中心站数据服务器。在监测中心站进行数据的实时接收、处理、分析和管理，对坝体和高边坡进行全天候、长期连续的监测。永久监测设施暂未形成时，根据需要临时布设测点，采用基准站与流动站相结合的方式进行监测。

3）垂直位移监测布置。监测内容主要包括坝顶、下游坝坡以及坝基础垂直位移。坝顶及下游坝坡测点与大坝表面水平位移监测点同点布设24个，灌浆廊道内设10个，共布置34个测点，按二等水准精度施测。

为给坝体表面垂直位移监测提供基准，在坝址下游区布设垂直位移监测控制网。在距坝轴线下游约1.5 km处，布置3个水准基点。在大坝左、右坝肩及下游坝坡2条马道与两岸相交的山脚处，分别布置12个水准工作基点。在水准基点至水准工作基点间的水准线路上，根据地形条件布置10个水准点。上述各水准基点、水准点以及水准工作基点组成垂直位移监测控制网，按国家一等水准精度施测。

3.2 坝体（基）内部变形监测

坝体表面位移是坝体在各种因素影响下最终反映的总体变形，不能指示出坝体内部各特定位置的变形，而内部变形往往更能迅速反映出问题的征兆。若表面变形监测设施投入运行滞后，无法及时获取随坝体填筑过程的变形时，需要内部变形仪器获取，根据规范的要求，坝体（基）内部变形监测设施是必要的。坝体（基）内部变形监测内容包括坝体垂直位移和水平位移，上游坝壳及基础覆盖层采用垂向布置方式，心墙下游过渡层以及下游坝壳采用垂向与水平分层结合的布置方式。

1）垂向布置。根据工程地形、地质等条件，布置3个监测横向断面，与表面变形监测横向断面一致，其中2个为主监测断面，另1个断面布置在0+331.00 m桩号，作为辅助监测断面。每个监测横向断面内，沿上下游方向布置6条监测垂线，分别布置在坝轴线、坝轴线上游侧8.50 m、42.00 m和坝轴线下游20.00 m、55.10 m、107.50 m，3个监测横向断面的测线，在沿坝轴线方向上形成6个监测纵向断面。

每条垂直测线埋设测斜兼沉降管，测斜管末端深入到基础相对变形稳定部位，作为相对不动点，沉降测点间距2.00 m，共计布置18条测线657个沉降磁板（环），采用电磁式沉降仪人工进行坝壳、心墙过渡层以及基础覆盖层的垂直位移监测。采用滑动测斜仪监测水平位移。

2）垂向与水平分层结合布置。在防渗体下游侧与马道相对应的4076.00 m、4052.00 m高程，采用弦式沉降仪和弦式土体位移计同点组合埋设，沉降仪用以监测下游坝体垂直位移，土体位移计串联连接后，监测下游坝体水平位移。每个断面布设沉降仪和土体位移计8套，3个断面共布设两种仪器各24套。

3.3 沥青混凝土心墙挠度变形监测

在上述布置的3个监测横向断面内，利用坝轴线上（心墙下游过渡层内）的测斜管，用活动测斜仪监测心墙挠度变形。同时利用端点锚固在心墙下游侧表面的土体位移计，监测心墙在高程4076.00 m、4052.00 m处的水平位移。

3.4 界面、接缝变形监测

沥青混凝土心墙与防渗墙、与右岸岸坡基岩、与坝顶防浪墙的连接以及心墙分期施工包裹式接头是坝体防渗系统的关键部位。为监测该部位接缝变化，在右岸心墙，心墙与岸坡基岩的结合处布置2组位错计，心墙与防渗墙混凝土底座结合处布置6组位错计；为监测沥青混凝土心墙与过渡层之间界面的相对垂直变形，选择2个监测横断面，桩号为0+331.00 m和0+522.00 m，在心墙上下游侧，1/3坝高范围内，沿不同高程间隔6.00 m布置垂直向位错计，共布置28支；对与一期沥青心墙已施工且未留扩大接头部位，采用包裹式接头型式，用二期沥青心墙混凝土包裹一期心墙，为监测新老混凝土结合面的接缝变形，在二期沥青心墙混凝土包裹一期心墙接触面不同位置，布设6组两向测缝计，用以监测接缝的开度变化和错动变形。

3.5 渗流监测

渗流监测的主要内容包括坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流以及渗流量监测。

1）坝体渗流压力监测。选择上述3个监测横向断面，布设渗压计监测，在心墙下游侧过渡料内沿不同高程布置4点，在防渗体下游侧的建基面上，沿上下游方向布置5点，共布设27支渗压计。

2）坝基渗流压力监测。选择0+127.00 m、0+331.00 m、0+522.00 m、0+755.00 m桩号大坝剖面作为主要监测横断面，分别在防渗墙下游侧的坝轴线、距坝轴线10.00 m、30.00 m处，沿不同高程布设渗压计，共布设36支。在灌浆廊道内布设10个测压管，监测坝基渗流变化。

3）绕坝渗流监测。在两岸坝肩帷幕线的下游侧，根据可能产生渗流的流线和梯度方向布设16个绕坝渗流监测孔，其中左、右岸各布设8孔。

4）渗流量的监测。由于该工程坝基覆盖层深厚，不宜采用设置截水墙及量水堰监测渗漏量，因此在坝下游河床中布设测压管，顺水流方向布设2排，每排3个，共计6个测压管。通过监测测压管内水位的变化计算出渗透坡降和渗流量。

3.6 应力应变监测

鉴于本工程高海拔、深厚覆盖层及高地震烈度的特点，沥青混凝土心墙和防渗墙体作为大坝的重要防渗结构物，为监测其安全以及科学研究，有必要进行应力应变监测。

1）沥青混凝土心墙应力应变监测。选择2个监测横断面，桩号为0+331.00 m、0+522.00 m，在心墙上下游侧表面，1/3坝高范围内，沿不同高程间隔5.00 m布置应变计，共布设16支。为从实测的总应变中扣除沥青混凝土自生体积变形，在心墙底部渐变段最厚的部位各设置1套无应力计。

2）混凝土防渗墙的应力应变监测。选择4个监测横断面，桩号为0+127.00 m、0+331.00 m、0+522.00 m、0+755.00 m。在防渗墙的上下游侧，沿不同高程间隔8.00 m分别布置104支应变计和52支无应力计。

3.6 强震监测

该工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度，属地震高烈度区。大坝的地震设防烈度为Ⅸ度。为了监测本区域发生地震时，坝体的强震反映，根据规范的规定，大坝需要进行强震动安全监测。

选择桩号0+331.00 m、0+522.00 m 2个监测断面，进行大坝反应台阵测点布置。测点布置在坝顶、下游坝坡4076.00 m高程马道和下游坝坡坡脚处，同时在左右坝肩、下游河谷自由场各布设1个测点，共设9个。每个测点布成水平顺河向、水平横河向、竖向三分量，台阵共计27个通道，通过9台强震仪组网进行自动监测。