混凝土面板堆石坝的监测、运行和维护分析

王 丹，张呈岳，何 鹏

（重庆永渝检验检测技术有限公司，重庆 400061）

近年来，混凝土面板堆石坝表现出显著的优势和市场竞争力，赢得快速发展的机遇，在世界范围内得到了广泛的应用。现阶段，不乏坝高超过100m的混凝土面板堆石坝，世界上最高的面板堆石坝坝高已超过200m。我国的混凝土面板堆石坝发展始于20世纪80年代中期，自引入以来得到快速发展，成为我国八九十年代以来主要坝型之一。目前，混凝土面板坝主要涉及软硬岩堆石坝、砂卵石面板坝等。据调查，混凝土面板堆石坝赢得飞速发展的主要原因是其可就地取材，施工工艺简单、便捷。堆石体具备极强的抗剪能力，能够稳定抵抗内部冲刷、有极强的抗震性。同时，其整体运行既安全、可靠，方便维护及日后的检修工作。伴随面板堆石坝的不断发展，相应的监测面板堆石坝运行的技术也发展得越来越快，大力支持着面板堆石坝的运行与维护。

1 工程概况

某水库在某省市的沿江街道境内，与市中心相距6km左右，总域面积约35.06km2。主流大溪属于某江流域水系，沿途有15条小溪汇入，形成一种枝状结构。在该枢纽工程中，包含溢洪道、泄洪输水洞、拦河大坝、水电站等工程。其中，拦河大坝为钢筋混凝土形式的面板堆石坝坝型，坝高最大值为35.4m，总坝顶长410m，总坝顶宽7m，上游与下游的坝坡都是1∶1.4。运行正常时，水库蓄水位为45.0m，规划洪水位为46.90m，相应的校核为48.86m，死水位保持17.5m。整个水库具有（107×3.152）m3的总库容，分别有（107×2.46）m3的调节库容、（107×1.222）m3的调洪库容、（107×2.12）m3的死库容，并且以0.78为库容系数，属于多年调节类型的水库。该水库建设工程中，在砂卵砾类型的覆盖层上，直接建设钢筋混凝土形式的面板堆石坝。该水库于2004年7月开工，2005年开始填筑坝体。从2006年1月到9月初，在坝基基础及坝体内部一共埋设设10只孔隙钢弦式水压力计、8只沉降仪。该水库在2006年11月至2007年1月间，完成混凝土面板工程中的滑模施工环节。2007年3月到4月，在坝体四周一共安装8个缝测缝计测点、14只水利TS型位移计。2007年4月，水库开始蓄水并运行。2007年3月到8月，完成填筑防浪墙工程及其46.0m以上的工程。2007年9月，填筑坝体到49.10m，并完成最后的坝体填筑工作。接着，在坝体开始设置、安装表面观测标点、下游坝体渗流管道、渗流绕坝测压管，并陆续做完相应枢纽工程。2009年6月中旬，该水库工程顺利通过竣工验收。截至2012年底，自动化工程改造完成，四周加装测缝计、水管式沉降仪、孔隙水压力计、测压管等。相应的人工观测继续维持现状，采用人工测读形式观测坝体表面的日常变形。

2 大坝安全监测系统

该工程中的混凝土面板坝属于国内最早一批直接在岩石深厚覆盖层上建造而成的一种现代化的混凝土面板堆石坝工程。在该水库工程中，采用CFRD系统下的原型观测，涉及变形、渗流这两部分的观测内容，且控制测点少又精。在坝体内部，沿着竖直方向，分3层一共布置8个位移观测点；针对坝基孔隙，在3个剖面上均有布置水压力仪，10只孔隙水钢弦式压力计；在四周的测缝计上，布置8个测点；在坝顶、防浪墙上，分别布置表面位移点7个、马道表面位移点6个；在坝下游位置，针对坡脚覆盖层，一共埋设渗流测压管4根，针对右岸山坡，一共埋设渗流绕坝测压管3根。

自2007年4月开始蓄水至今，大坝经受住多次台风灾害。为进一步改善水质、严格检查安全性，在2009年8月，该水库曾放空库水后重新蓄水，在2010年安全度过4次台风。在一台风时期，在预先进行泄洪弃水条件下，其仍有高达46.66m的库水位，在正常蓄水位以上1.66m，靠向设计的50年一遇级别的洪水位。

3 运行监测分析

2008年4月，笔者曾总结、分析了该大坝中埋设的观测仪、整个施工监测资料。当该水库升至最高为46.66m的库水位，而且接连210d持续保持超过44.10m后，在2012年3月也曾系统地分析2008年1月—2011年7月获得的观测资料。随后，在2013年12月、2015年12月、2018年7月多次总结分析。文章的分析时间段是2018年8月1日—2020年2月15日，既有延伸以上几次进行的总结分析内容，又是第6次系统地分析该水库大坝工程下的观测资料。

3.1 四周缝变形

针对该水库中的混凝土面板坝，通过二向测缝计组，观测面板四周的缝变形。一共设置了8个测点，TS2、TS4、TS8现已失效，仅TS1、TS3、TS5、TS6、TS7可用。据调查发现，TS7测点出现的开合量最大，为0.29mm，同时测点TS3、TS6均呈现出零开合现象，故此面板四周的缝已经大致稳定了。

3.2 竖向上的内部位移

针对竖向上的内部位移，利用水管式沉降仪进行观测测读。考虑到时间持续长、水中杂质多、通气管常滞留水而堵塞局部通气管等因素，个别测点可能在局部时段发生测值波动甚至突变问题而增大分析的难度，通常采取局部修正措施来补救。据研究分析，在2年以内，沉降量最大点SG2、SG3均为0.8cm，而沉降量最小点SG4、SG7均为0.4cm，沉降量的平均值为0.587cm。这表明沉降量一直不大，已基本趋于稳定。

3.3 表面坝体变形

在该水库工程中，共设有20个混凝土面板坝表面位移观测点。在坝顶共设置测点7个，均位于下游坝顶侧；在马道上共设置测点6个，均位于下游马道侧；在防浪墙上共设置测点7个，分别位于防浪墙底、顶部面板平台。具体的观测事项包括表面位置的竖、横向水平出现的位移。通过视准线法、水准测量法展开观测，文章重点分析横向水平观测位移数据信息。在该时段内，有下移坝顶测点。唯有7#测点没有发生位移，2#测点位移最大且向下移动8mm。在马道测点，包含上下移、零移动。这些上移测点，极有可能是由于测量误差引起的。而测点6#测点具有最大上移量，且具体的上移量为4mm，相对较小。鉴于此，经判断分析知大坝在横向已基本趋于稳定。

3.4 最终结果分析

综合分析以上监测资料，并结合该大坝表面纵、竖向发生的位移及关键的渗流分析资料等可得出以下结论：该水库工程中，就混凝土面板坝而言，具体的变形发展大体上与坝体变形基本规律相符；现阶段的表面形变、坝内沉降、四周缝变形、内部渗流等均显示正常；该大坝具有理想的防渗墙防渗能力；该大坝变形在可控制的范围内，大致安全。

4 大坝运行与维护

针对该水库运行过程，应严格执行三防调度及“运行控制计划”命令。就大坝表面，需要观测横向水平发生的位移、竖纵向位移，保持1次/月；孔隙水压力、四周缝变形、坝内竖向位移、渗流等，至少2次/周，全天候自动监视观测。每逢特殊时段，如汛期、暴雨、高水位等，还要更加密切地监测，并且更严格地巡查管理。同时，每次巡查还应做好相应纪录工作。一旦发现异常，应及时汇报上级主管机构及部门，及时、有效地维护保养。具体而言，主要涉及以下维护保养工作。

4.1 妥善处理混凝土面板出现的裂缝

若面板有裂缝问题，必须及时采取有效措施处理。一般使用环氧树脂，表面涂抹均匀，将裂缝填塞完全。通常情况下，裂缝往往出现在面板上端，裂缝宽度为0.4～0.2mm，相应的深度在10mm以上。若趾墙交接岸坡的地方出现裂缝，必须及时清理，冲洗干净裂缝部位，然后用混凝土砂浆及时回填。

4.2 妥善处理混凝土面板在夏季出现的问题

我国夏季高温现象多发，混凝土面板暴晒在炎炎烈日下，容易出现变形、裂缝或流失止水填料问题。为有效避免以上问题，必须对混凝土面板采取降温养护措施。一般会在面板上沿着该大坝纵向安装φ100mm水管，并在该管的一定位置设置φ2mm小孔，通过高压水泵向水管正常供水，以维持整个面板的湿润度，做好降温养护措施。

5 结束语

目前，专门针对混凝土面板形式堆石坝开发的运行监测、维护技术，已经达到较高的水平。为了更准确地监测面板坝的实际运行情况，在安全监测系统中，还应及时引进准确度高、更加自动化的技术。同时，还应推广应用动态监测，以动态监测水库工程的抗震性能，弥补散粒体结构的不足。此外，伴随电子计算机、网络技术的快速发展及普及，监测系统也应逐步提高自动化水平，自动地实时收集、上传、处理、甄别、准确评估混凝土面板坝的各种监测数据，再提供给智能化的专家决策，最终达到面板堆石坝有效远程监测目的。最后，还应开发、研究分析处理这些安全监测信息的智能化系统，以便及时采取措施妥善处理，更加高效地使用监测资料，有效促进混凝土面板堆石坝的可持续发展。