浅析大坝安全监测的方法和意义

2014-08-15姜翔宇

河南水利与南水北调 2014年16期

关键词：坝段坝基坝体

□姜翔宇 □刘青

（1中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司 2河南方正水利工程咨询有限公司）

0 引言

大坝工程本身就具有复杂性，这就给其安全监测带来了更大的挑战。大坝安全问题直接关系到人们的生命和财产安全，同时也关系到大坝工程的经济效益，因此，如何根据工程实际情况制定系统的安全监测方法成为工作人员必须面对的问题。

1 大坝安全影响因素

大坝工程是一项施工复杂的、涉及范围广泛、施工周期长的工程，施工过程容易受到外界因素的影响，因此，影响大坝安全的因素也较多。具体来说，可以分为三类：第一，由于设计、施工和自然因素引起的安全失事。这类因素对大坝安全的影响较大，主要由于这类影响因素是大坝建成就已经确定了的，如设计洪水位偏低、混凝土标号过低、未考虑地震荷载等；第二类是在运行、管理过程中逐步形成的,有一个从量变到质变的发展过程,如冲刷、侵蚀、混凝土的老化、金属结构的锈蚀等；第三类是上述两种混合情况,即设计、施工中的不完善在运行中得不到改正。

2 大坝安全监测的意义

大坝安全监测是一种事前控制的措施，对于保证大坝安全以及人们生命和财产安全都有着重要的意义，具体来说，大坝安全监测的意义主要有以下几个方面：①水库大坝监测与安全评价相辅相成，是水库大坝安全评价中不可分割的两部分。大坝安全监测需要对大坝本身以及大坝周围的设施进行监测，其监测资料能够为安全评价提供数据基础，从而促进大坝安全评价工作的进行。有了大坝安全监测的资料，工作人员就能够对大坝的安全性和稳定性进行评价，从而完成安全评价工作。②有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理，确保大坝安全。延长大坝寿命，提高大坝运行综合效益。③有助于反馈大坝设计、指导施工和大坝运行，推动坝工理论的发展。利用大坝安全监测资料进行正、反分析，及时评价大坝和坝基的工作性态，依据设计、施工方案，对在建或拟建大坝提出反馈意见，以达到检验和优化设计、指导施工的目的。

3 大坝安全监测的方法实例分析

3.1 工程简况

文章结合阿海水电站的工程实例对大坝安全监测方法和意义相关问题进行研究。阿海水电站位于云南省丽江地区，玉龙县与宁蒗县交界的金沙江中游河段，为金沙江中游河段水电梯级规划的第四个梯级电站，阿海水电站以发电为主，兼顾防洪，水库正常蓄水位1504m，相应库容8.06×108m3，死水位1492m，相应库容5.68×108m3，具有日调节能力。

3.2 监测系统设计

3.2.1 变形监测

①水平位移。②垂直位移。采用几何水准测量和静力水准测量的方法进行垂直位移监测。③坝基变形。根据坝基地质条件以及坝体的结构和受力特点，选择4号坝段、8号坝段、10号坝段、13号坝段、15号坝段作为监测坝段，其中4号坝段布置1套4点式多点位移计、1套基岩变位计，8号坝段布置2套4点式多点位移计、4套基岩变位计，10号坝段布置2套4点式多点位移计、4套基岩变位计，13号坝段布置1套4点式多点位移计、1套基岩变位计，15号坝段布置1套4点式多点位移计、1套基岩变位计，共计7套4点式多点位移计，12套基岩变形计进行坝体基岩深部的变形监测。④倾斜。各横向廊道内均布置了几何水准测点，且基础横向廊道内还布置有静力水准线路，大坝倾斜监测采用几何水准及静力水准系统所得到的坝体垂直位移推算。⑤接缝和裂缝。坝体横缝开合度监测，坝基接缝监测，坝体裂缝。

3.2.2 渗流监测

渗流监测包括坝体渗透压力监测、坝基扬压力监测、坝体和坝基渗流量监测、绕坝渗流和地下水位监测以及水质分析等。①坝基扬压力。在1号～19号坝段上游基础灌浆排水廊道内每个坝段布置1个测压管测点，监测坝基纵向扬压力。在4号、8号、10号、13号、15号坝基横向排水廊道沿顺河向方向各布置一排测压管测点，监测坝基横向扬压力。②坝体渗透压力。为监测碾压混凝土坝体层面上的渗透压力，选择4号坝段、8号坝段、10号坝段、15号坝段的典型高程采用上游密下游稀的布置方式布置渗压计。③渗流量。坝体坝基渗水通过坝基排水廊道分别引至位于10号坝段的坝体集水井和厂房渗漏集水井，在8号、10号、14号坝段坝基排水廊道、集水井附近、厂房检修集水井附近共设置21座三角形量水堰，监测坝体和坝基渗流量。④绕坝渗流。绕坝渗流监测采用在两岸帷幕端头及坝肩布置水位孔的方式进行监测，其中左岸布置5个，右岸布置5个，水位孔共计10个。⑤消力池底板扬压力。在消力池底板B1、B3、B7区（坝纵0+074.50m），C1、C3、C7 区（坝纵 0+095.50m）、D1、D5 区（坝纵0+116.50m）、E1、E4区（坝纵0+137.50m）共布置 10支渗压计，B6、C6、D6、D6区的廊道内各布置1支测压管，测压管共计4支，以监测消力池底板扬压力。

3.2.3 应力应变和温度

应力应变及温度监测包括坝体和坝基温度、混凝土应力应变、钢筋应力、锚索应力等。

3.2.4 坝体抗震

坝体抗震监测包括抗震钢筋应力监测和混凝土裂缝监测。在2号坝段桩号坝纵0+037.50布置监测断面，在断面坝体上、下游面抗震钢筋高程1459m、高程1502m处布置光纤光栅式钢筋计、裂缝计，共计3支光纤光栅式钢筋计、2支光纤光栅式裂缝计，监测抗震钢筋应力和混凝土裂缝。在10号坝段桩号坝纵0+222.10、坝纵0+230.70布置两个监测断面，各断面坝体上游面抗震钢筋高程1430m、高程1443.50m处布置光纤光栅式钢筋计、裂缝计，共计4支光纤光栅式钢筋计、4支光纤光栅式裂缝计，监测抗震钢筋应力和混凝土裂缝。在15号坝段桩号坝纵0+383.10、坝纵0+391.90布置两个监测断面，各断面坝体上、下游面抗震钢筋高程1493m、高程1503m处布置光纤光栅式钢筋计、裂缝计，共计6支光纤光栅式钢筋计、4支光纤光栅式裂缝计，监测抗震钢筋应力和混凝土裂缝。

3.2.5 大坝地震反应

大坝地震反应监测选择在4号、8号、10号、15号坝段坝顶和左右岸灌浆洞内各布置1个强震监测点，10号坝段高程1453m廊道和厂房发电机层各布置一个强震监测点，4号、8号、10号、15号坝段基础灌浆排水廊道各布置一个强震监测点，组成一个大坝强震监测台阵。为了获取自由场地的地震动特征，在坝下游边坡稳定区域的适当位置布置1台强震仪进行监测。以上共计13个强震监测点。

3.2.6 水力学

水力学监测主要针对溢流坝及消力池、左冲底孔等泄水建筑物，主要监测项目包括水面线、底流速、动水压力、脉动压力、振动、空蚀、空化、空腔负压等。溢流坝及消力池水力学监测选择3号、4号闸墩及溢流坝、消力池边墙、坝纵0+074.50m、坝纵0+086.40m、坝纵0+087.40m、坝纵0+095.50m、坝纵0+096.50 m、坝纵 0+107.40m、坝纵 0+108.40m、坝纵 0+116.50m、坝纵0+117.50m、坝纵0+137.50m作为监测断面，共布置表面脉动压力测点24个、缝隙脉动压力测点12个、振动测点12个、水听器测点2个、水尺20条。左冲底孔在工作闸室，闸室后中隔墩及边墙、消力池边墙、消力池中心线（坝横0+195.867）作为监测断面，共布置水面线测点19个、动水压力测点10个、底流速测点4个、空穴监听测点4个、通气井风速测点2个、空腔负压测点2个。