水利工程大坝结构设计及运行监测的思考

王玉

随着我国工程技术的不断发展，对水利工程大坝的建设受到人们的广泛关注，本文通过水利工程大坝结构设计及运行监测的思考展开了讨论，通过坝体分区以及坝料设计、混凝土面板及趾板设计、结构分缝以及止水设计三个方面展开了讨论，对水利工程大坝坝体结构进行了设计，并对水利工程大坝运行监测结果、实际案例、选料要求进行了讨论，为关注这一话题的人们提供参考。

一、水利工程坝体设计选料要求

在水利工程坝体结构设计之前，还需要简单了解坝体设计的选料要求，主要可以分为两个方面，分别为面板混凝土原材料以及止水系统材料，在面板混凝土原材料中，对耐久性的要求较高，而必须要具有抗风吹日晒、雨淋冲刷等侵蚀，还要具有预防各种化学反应的能力。而在止水系统材料中，要使用柔性的嵌缝材料，比如，橡胶止水带等，但是因为不同地区之间的气温不同，部分地区的气温温差较大，因此对止水系统材料的性能要求较高，下表为：某水库工程的止水系统材料性能：

二、水利工程大坝坝体结构设计

（一）坝体分区以及坝料设计

在大坝结构设计环节中，坝体分区和坝料设计尤为重要，以某水库为例通过对该工程的筑坝材料的性能分析后，可以发现该工程中混凝土面板以下坝体被分为了垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区，且在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区。由此可知，该工程采取了改善堆石坝的结构，使上下游的堆石体模量差保持在最小范围内，且加强了坝体的对视碾压，选择了有利的施工时段，从根本上保证了坝体填筑质量和结构运行要求。

（二）混凝土面板及趾板设计

在水载荷的作用下，混凝土面板的大部分区域会受到一定的压力，因此在坝顶或者近岸边差处会产生拉应变，造成面板或者堆石体发生变性，因此在结构设计过程中，需要对混凝土面板和趾板进行设计。比如，在某水库中的结构设计中，就将混凝土面板的厚度采用连续变截面的形式，让最大厚度和最小厚度保持在0.5m和0.3m处。而且在面板间的伸缩缝中设置纵缝，不设置水平缝。并且选择了有利于面板混凝土浇筑的时机，避免出现混凝土早冻的现象。

（三）结构分缝以及止水设计

根据坝体材料分区和对大坝具体的性能要求，根据坝体施工的特点，在设计结构过程中除了要考虑上述两个方面之外，还要考虑到结构分缝和止水设计的内容。可以参考采纳国内外的已经建立完工的同类工程，根据施工地区的温控条件、地质条件、施工强度等信息，对坝体的结构分缝进行设计。

三、水利工程大坝运行监测结果

（一）坝体沉降

在对大坝进行运营监测的过程中，首先要观察的是坝体的沉降情况，要将整个监测过程划分为两个部分，五个小点完成工作，两个部分对应沉降的两个高程，五个小点对应五个测点。在通过两种仪器测量得到相应的数据后，还要通过计算分析坝体和面板平面之间的三位应力，并且对筑坝材料的允许范围进行讨论，作为坝体结构设计的参考依据。值得注意的是，要将重点放在对坝基溶洞和水库防渗层、岩层等情况的讨论上。以上文中提及的江苏某水库为例，在监测过程中发现，该水库大坝的沉降量会随着大坝填筑高度的增加而不断增大，符合坝体沉降的一般规律。而在大坝填筑到达最高时，五个测点的沉降量增加程度相对减弱，即使在蓄水后沉降量也沒有明显增加，由此可知，在大坝修建的前期，大坝的沉降量会随着坝体高度的增加而增加，成正比例关系，而在大坝修剪后期，整体结构趋于稳定，坝体沉降量较为稳定。而在竣工阶段，通过监测发现，最大沉降点位于坝轴线处，该点的最大沉降值为20.2厘米，占整体坝高56.6厘米的0.38%，当水库进入蓄水期后，坝体的最大沉降值为25.2厘米，占整体坝高的0.47%。将该水库的沉降情况和国内同类工程对比后发现，该水库坝体沉降量偏小，整体结构较优。

（二）坝体水平位移

坝体水平位移的监测工作也是坝体运行监测环节中的重要内容，通过对坝体水平位移的观察能够真实地反映出水库大坝的真实情况，并且利用所得到的数据判断大坝结构设计情况，还能够作为大坝改造的参考数据。传统的水库大坝水平位移监测方式中，最常使用的是经纬仪测量法或者视准测量法。但是这种方法的准确性相对较低，尤其是在水平位移监测中还需要结合水库大坝的变形量情况，为了满足精确度要求，现阶段自动化监测技术不断发展，步进电机式、光电式、感应式等自动遥感器设备的使用，从根本上提高了监测效果的精确度。

（三）面板周边缝位移监测

面板的周边缝位移情况是大坝变形监测中极为重要的内容，需要通过电位式三项测缝计检测面板和趾板的相对沉降量发展情况进行观测，还要对剪切以及缝隙的开合程度进行观察。通过监测的具体数据信息，判断大坝在施工期、蓄水期的周边缝止水系统的性能。比如水布垭大坝的左右两岸地形相对较陡，周围存在大量的堆石体，这种本身就会产生不均匀沉降的情况，更容易造成面板和趾板的变形，在这样的情况下，更要对周边缝的位移情况进行监测。在监测时还要注意仪器的安装调试和保护工作，必须要在仪器周围使用钢罩或者混凝土保护墩加以保护，以免在监测过程中对仪器产生破坏。

综上所述，在对大坝进行设计的过程中，通过结合其他设计方法，根据大坝修建地区的气候特点、地理位置等方面进行考察，对大坝进行合理设计，使大坝在建造的过程中，保证大坝能够较好的使用当地的特点。另外在大坝建造之后，通过对大坝的坝体沉降、水平位移、运行情况监测、周边缝位移进行检测，能够了解大坝的总体运行状况良好。

（作者单位：464031河南省信阳市南湾水库管理局）