紫坪铺水利枢纽混凝土面板堆石坝监测设计

胡良文

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

紫坪铺水利枢纽混凝土面板堆石坝监测设计

胡良文

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

紫坪铺水利枢纽大坝是一座坝高156m的高混凝土面板堆石坝，是世界上第一座经受Ⅸ度以上地震烈度检验的高面板堆石坝。工程监测设计对安全监测项目选择、仪器及设施的布置进行了精心设计，形成了较为完整的安全监测系统，对综合评价堆石坝的安全状况，保证大坝安全运行起到了较大作用。

紫坪铺水利枢纽 混凝土面板堆石坝 监测设计

1 概述

紫坪铺水利枢纽是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。水库总库容11.12亿m3，最大坝高156m，电站装机容量76万kW，保证出力168MW，多年平均年发电量34.17亿kW·h。面板坝坝顶高程884.00m，防浪墙顶高程885.40m，面板趾板最低建基高程728.00m，最大坝高156.00m。坝顶长度663.77m，坝顶宽12m。

紫坪铺水利枢纽大坝是一座高混凝土面板堆石坝，在本世纪初国内坝工界具有重要地位。该工程紧靠世界著名的文化遗产保护区——都江堰水利枢纽，同时，该工程距成都也只有约50km，地理位置十分重要。工程监测设计对安全监测项目选择、仪器及设施的布置进行了精心设计，形成了较为完整的安全监测系统，对综合评价堆石坝的安全状况，保证大坝安全运行起到了较大作用。

根据当时《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)的有关要求，分析国际国内混凝土面板堆石坝施工运行期存在问题及原因，同时借鉴国内相似规模混凝土面板堆石坝安全监测的成功经验，在紫坪铺水利枢纽混凝土面板堆石坝上设置了变形、渗流、应力应变等监测项目。

2 大坝变形监测设计

2.1 大坝外部变形观测布置

外部变形观测分为水平位移(上、下游方向)观测与垂直(沉降)位移观测，分别布置在坝体上游面正常水位以下的混凝土面板上(临时位移标点)、坝体上游面正常水位以上的混凝土防浪墙上(永久位移标点)及下游坝坡上设置表面变形标点，水平位移采用经纬仪观测，沉降采用水准仪观测。

2.1.1 临时位移标点

在坝体上游正常水位以下面板上布置了四条视准线，共计15个临时位移标点，每条视准线上分别布置了2个校核基点和工作基点，共计各8个校核基点和工作基点(见图1)。

图1 紫坪铺水利工程面板堆石坝观测平面布置

2.1.2 永久位移标点

在坝体上游正常水位以上混凝土防浪墙上，布置了1条视准线，下游坝坡布置了3条视准线，共计27个永久位移标点。每条视准线上分别布置了2个校核基点和工作基点，共计各8个校核基点和工作基点(见图1)。

2.2 坝体内部变形观测布置

坝体内部水平位移和沉降变形观测项目，是紫坪铺水利枢纽大坝观测的重要内容，其成果对评价大坝施工质量及运行情况具有重要作用。大坝选择了二个观测断面(DAM0+251m和DAM0+371m)，分四个高程埋设引张线水平位移计和水管式沉降仪，以观测坝体内部水平位移和沉降。

水管式沉降仪原则上沿坝轴线上下游方向间隔30m布置一测点，在垫层料和过渡料分别布置一测点；引张线水平位移计原则上沿坝轴线上下游方向间隔60m布置一测点，在垫层料和过渡料分别布置一测点。

2.2.1DAM0+251m剖面

DAM0+251m断面是大坝典型剖面，布置了四个高程的引张线水平位移计和水管式沉降仪(见图2)：

(1)高程760m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪11支，引张线水平位移计7支；

(2)高程790m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪10支，引张线水平位移计6支；

(3)高程820m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪8支，引张线水平位移计6支；

(4)高程850m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪5支，引张线水平位移计4支。

以上各高程分别布置了一个观测房。

图2 大坝0+251m剖面观测设施布置

2.2.2DAM0+371m剖面

DAM0+371m断面布置了三个高程的引张线水平位移计和水管式沉降仪(见图3)：

(1)高程790m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪9支，引张线水平位移计6支；

(2)高程820m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪8支，引张线水平位移计5支；

(3)高程850m面上，以坝轴线为基准向上下游方向按布置原则进行设计，共计布置水管式沉降仪5支，引张线水平位移计3支。

以上各高程分别布置了一个观测房。

图3 大坝0+371m剖面观测设施布置

2.3 混凝土面板变形观测布置

2.3.1 混凝土面板周边缝变形观测

混凝土面板是混凝土面板堆石坝的主要防渗结构，面板由趾板与岸坡和坝基连接。周边缝的变形情况、止水可靠与否，直接关系到大坝的安全运行。因此，进行周边缝变形观测，是保证坝体安全运行的重要检测项目。

周边缝观测布置沿周边缝共布置了15支三向测缝计，根据有限元分析计算成果，转角点和两岸岸坡应力应变较大，相应缝张开度较大。布置原则：在河床测点少，两岸边高程越高，测点越多。由此，在河床布置了3支，左右岸各布置了6支三向测缝计(见图1)。

2.3.2 混凝土面板板间缝(垂直缝)变形观测

根据有限元分析方法的计算结果，混凝土面板垂直缝靠近两岸为张性缝，为监测张性缝的开合度，在两岸张拉区布设了单向测缝计，以了解面板的工作性态。

板间缝(垂直缝)观测共布置了15支单向测缝计。左岸面板受拉缝布置了7支单向测缝计，右岸面板受拉缝布置了8支单向测缝计(见图1)。

2.3.3 混凝土面板脱空变形观测

混凝土面板与垫层料间的脱空问题，是在我国天生桥一级水电站建设过程中发现的，在以后的高混凝土面板坝建设过程中，均开展了面板脱空观测的项目。如贵州洪家渡水电站混凝土面板堆石坝、新疆乌鲁瓦提混凝土面板砂砾石坝、湖北水布垭水电站混凝土面板堆石坝等工程，均设置了面板脱空观测项目。混凝土面板与坝体垫层料间的脱空情况，直接关系到大坝投入运行后面板是否会破坏的问题，因此本工程设置了该观测项目。

面板与垫层料间的脱空观测，选择了三个断面进行，即DAM0+136m、DAM0+251m和DAM0+371m，分四个高程共计布置10支脱空测缝计。

以上各仪器布置见图1。

2.3.4 混凝土面板挠度变形观测

挠度观测采用斜坡测斜仪(可用活动式导管测斜仪和固定式测斜仪)或水管式沉降仪与引张线水平位移计组合观测。紫坪铺大坝进行观测设计时进行了优化组合，即在混凝土面板表面选择二个观测断面在不同高程布置固定式斜坡测斜仪观测面板的挠度。为了确保观测结果的可靠性，在混凝土面板与坝体垫层间设置了引张线水平位移计和水管式沉降仪。根据观测结果，可以推算出面板的挠度。实践证明，该方法是可行的。

混凝土面板表面选择二个观测断面，在不同高程布置固定式斜坡测斜仪观测面板的挠度，即DAM0+251m和DAM0+371m断面，共计布置20支固定式测斜仪，每个断面分别为10支仪器，布置都相同(见图1)。

3 渗流监测设计

根据《土石坝安全监测技术规范》(SL60-94)要求，渗流监测是必设项目。紫坪铺水利枢纽大坝的渗流观测包括渗流量、坝基渗透压力、坝体渗透压力、左右岸坡的绕坝渗流等几个部分。

3.1 渗流量监测

坝体渗流量是综合反映混凝土面板堆石坝工作形态的重要指标，为了监测大坝坝体、坝基及坝体两岸的渗漏情况，在大坝的下游坝脚设置了量水堰一座(见图1)。

3.2 坝基渗流监测

为了监测大坝坝基的渗流状态，在混凝土面板趾板上、下游的坝基布置了渗压计，以监测帷幕灌浆效果和坝基的渗流情况。坝基渗流选择了一个典型断面DAM0+251m，布置了10支钢弦式孔隙水压力计(见图1)。

3.3 坝体渗流监测

为了解混凝凝土面板坝沿周边缝的防渗效果及坝体的渗流状态，在周边缝附近及沿主河槽布置了渗压计，以观测坝体的渗透压力，共布置了10支钢弦式孔隙水压力计(见图1)。

3.4 绕坝渗流监测

为了解大坝两岸帷幕的防渗效果，在两岸坡布置了绕坝渗流观测仪器，左岸布置了6支和右岸布置了4支自动绕渗仪作为监测仪器(见图1)。

4 应力观测设计

4.1 混凝土面板应力应变观测

根据计算结果，选择有代表性的面板，观测混凝土面板的应力、应变、温度等。混凝土面板选择四个观测断面在不同高程布置二向应变计或三向应变计、无应力计、钢筋计和温度计，即DAM0+068m、DAM0+251m、DAM0+371m和DAM0+586.89m断面，共计15组仪器(见图1)。

4.2 土压力观测

根据《土石坝安全监测技术规范》(SL60～94)规定，土压力观测为一般性选设项目，鉴于紫坪铺水利枢纽工程的重要性，在大坝上设置了土压力观测项目。观测内容为混凝土面板与垫层间的接触土压力和坝体内部土中土压力。布置在DAM0+251m断面上，分四个高程布置，与坝体内部变形监测分布高程相同，每层布置1支接触土压力计和2支堤土压力计(见图2)。

4.3 强震观测

地震反应监测是土石坝安全监测的选设项目，鉴于紫坪铺水利枢纽工程的重要性，在大坝上设计了强震仪，以观测大坝对地震的反映，为分析大坝的动力安全提供依据。

强震仪布置在两剖面马道上和坝顶，左右岸

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2095-1809(2016)01-0078-04