浅谈新疆伯斯阿木水库大坝的安全监测

2019-06-26鲁娜

陕西水利 2019年5期

关键词：阿木心墙横断面

鲁娜

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000)

大坝是水库安全运行中的重要建筑物，直接影响水库下游群众的生命财产安全。为了确保水库的安全运行，需对大坝进行安全监测[1]。伯斯阿木水库大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，目前处于初设阶段，本文针对伯斯阿木水库大坝的安全监测展开分析。

1 工程概况

清水河伯斯阿木水库工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，以防洪、灌溉为主，兼顾发电，总库容2531 万m3，灌溉面积11.45 万亩。水库大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，等别为2级，坝顶宽10.0 m，长222 m，最大坝高110 m[2]。

水库工程区位于低中山峡谷区，河谷呈“V”型，岩层走向与河道大角度相交。左右岸山体雄厚，基岩裸露，相对高差约300 m，左岸自然坡度50°～60°，右岸自然坡度30°～50°。工程区出露地层为泥盆系中统萨阿尔明组第二亚组大理岩、华力西早期侵入岩和第四系地层，其中大理岩是构成工程区的主要基岩。工程区范围无区域性大断裂通过，坝址两岸节理裂隙与岩层呈大角度相交，岩体较完整，裂隙规模均不大。坝区地震基本烈度和设防烈度均为Ⅷ度。

2 监测设计

2.1 监测项目

初设阶段根据工程概况，依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《土石坝坝安全监测设计规范》（SL551-2012）、《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）及其他工程实例，确定伯斯阿木水库大坝安全监测项目见表1。

表1 伯斯阿木水库大坝安全监测项目统计表

2.2 原型监测剖面

选择坝轴线Z0+000 为主监测纵断面；在垂直坝轴线最大坝高处布置1 个主监测横断面0+077，其左岸0+040 和右岸0+140 分别布置1 个副监测横断面。共布置1 个监测纵断面（平行坝轴线）和3 个监测横断面（垂直坝轴线）作为坝体原型监测剖面。

3 安全监测

3.1 变形监测

（1）坝体表面

在坝顶下游侧、下游坝坡表面布设水平、垂直综合位移监测点,监测施工期和运行期的坝体变形情况。

坝体表面变形监测点采用断面形式布置，共布置5 条视准线，断面形式分为两种：①平行坝轴线方向的监测纵断面；②垂直坝轴线方向的监测横断面。每条视准线两端的工作基点、校核基点布置在坝体两岸的相对稳定位置，并通过控制网进行校核。

（2）坝体内部

在选定的3 个原型监测横断面，分3～5 层布设监测仪器，进行坝体内部的水平和垂直位移监测：①水平位移采用引张线式水平位移计观测；②垂直位移采用水管式沉降仪观测。

下游过渡层内从坝顶至坝底布置电磁式沉降仪，在距沉降管外侧垂直方向5 m 的位置布置电磁式沉降环测点，共计沉降管3 套，沉降仪47 个测点。垂直位移监测采用干簧管电磁式沉降监测设备进行。

（3）防渗体

坝体最大位移量一般发生在最大坝高处，伯斯阿木水库大坝心墙属薄壁结构，若在墙内埋设测管，会削弱结构承载力，因此将测斜管在主副监测横断面心墙下游侧表面上以15 m 间隔进行锚固。共计测斜沉降管3 套，测斜仪17 个测点，仪器保证180℃高温下能正常工作[3]。

（4）界面及接缝、裂缝

①沥青混凝土心墙与过渡料之间位错。考虑沥青混凝土心墙和过渡层为两种不同变形模量的材料，受力后产生的变形存在差异，即当心墙中沥青混凝土的变形模量大于堆石体的变形模量时，堆石体将在心墙中产生附加垂直应力。因此，在主、副监测横断面心墙的上下游侧与过渡层之间，竖向15 m 间隔布置垂直向电位器式单向位错计（由位移计改装），以便掌握心墙的附加垂直应力的分布及变化规律。根据监测心墙与过渡层之间的变形和心墙应变计的监测结果，分析心墙的附加垂直应力曲线，得出心墙在荷载作用下的工作状态[4]。

②两岸基础与坝基接缝位移。在两岸坡基础较陡处埋设差阻式三向土体位移计（水平横河向、铅直向、45°方向），监测坝体和岸坡的结合情况。

3.2 渗流监测

（1）坝体

在主副监测横断面坝壳料内，不同坝轴距的建基面上，布设振弦式渗压计，观测坝体渗流情况，推测坝体浸润线。沿主监测纵断面建基面，即沥青心墙后的过渡层内建基面布设振弦式渗压计，并与坝体渗流观测横断面相重合，观测坝体纵向渗流情况[5]。

（2）坝基

坝体纵向监测断面帷幕灌浆下游侧布设渗压计，并与坝体渗流监测纵断面渗压计在铅垂方向重合。

（3）绕坝

在两坝肩帷幕下游侧布置测压管，形成监测断面，以监测坝肩绕坝渗流情况。测点采用钻孔埋设测压管，测压管内埋设振弦式渗压计的方法来遥测其水位。

（4）渗流总量

在大坝下游坡脚，用量水堰监测大坝总渗漏量及渗流水质。采用三角形量水堰1 套，包括渗压计、堰板、水尺等配套设施。

3.3 心墙应力应变及温度

心墙在正常工作状态时，其温度场是连续平滑的变化曲线，若温度变化曲线产生突变现象，可结合上游库区水温和心墙下游侧的渗流监测情况判断心墙是否开裂[6]。

采用差阻式温度计进行沥青混凝土心墙内部温度监测，在主副监测横断面沥青混凝土心墙内从坝底沿高度方向15 m 间隔布置，每处埋设1 支温度计，观测不同高程沥青心墙的温度。仪器保证180℃高温下能正常工作。在主副监测横剖面将差阻式单向（垂直向）应变计用锚固板固定在心墙的上下游侧表面。在心墙底部最厚的部位，设置差阻式无应力计。仪器保证180℃高温下能正常工作。

3.4 环境量

（1）库水位

在坝体上游两岸坝前视线通透位置各设1 副水尺，对上游水位进行观测。

（2）库水温

在主观测横断面上游坝坡表面，沿不同高程布置差阻式温度计，对库水位、水温进行监测。

3.5 地震反应

水库坝址区场地50 年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.2 g，其相应的地震基本烈度均为Ⅷ度，为了对大坝进行震时地震记录和常时健康诊断，判断大坝健康状态，建立结构地震监测台阵。在坝体主监测横断面的坝顶、坝后坡的2/3坝高、1/2 坝高、河谷自由场处，左右坝肩分别布置1 台强震仪形成结构反应台阵。测点布置成水平顺河向、水平横河向、竖向三分量[7]。