水平水库大坝监测系统探讨和监测效果分析

沈 鹏

(贵州省大坝安全监测中心，贵州 贵阳 550000)

1 工程概况

水平水库位于贵州省黔南州三都县中和镇拉旦河上，坝址距中和镇政府驻地直线距离0.5 km，距三都县城27.0 km。工程主要任务是向中和镇和水龙乡集镇供水及灌区农业灌溉。水平水库的枢纽建筑物包括了大坝与表孔溢洪道以及取水兼放空孔多个部分。

大坝是抛物线变厚的双曲拱坝，起拱的高程为715.0 m，建基面的高程是713.0 m，其中最大的坝高达到了38.0 m，坝顶宽为4.0 m，拱冠梁位置底厚度为11.0 m。最大中心角91.194°，最小的中心角是46.0°。坝顶上与下游侧各设置了1.2 m高栏杆。

2 监测系统

水平水库的枢纽项目安全监测包括：坝体表面的变形问题、坝体横缝变形、坝肩接触缝发生变形问题、坝基渗压还有坝体的孔隙水压力，以及坝体的温度多方面内容。

2.1 大坝监测系统布置

2.1.1 水平位移

大坝的上游左岩与右岸分别设置了2个，总共4个基准点构成大地的四边形，当做水平位移的监测基准网，与坝顶总共布置了5个水平的位移监测位置，对于坝顶的水平位移实施相关的观测工作。

2.1.2 垂直位移

在大坝上游约1.2 km位置的基岩之上布置了3个水准的基准点，在大坝的左岸与右岸上分别设置了1个水准的工作基点，于坝顶总共布置了5个垂直的位移监测位置，当做水平水库的垂直位移监测网络，来对于坝顶的垂直位移实施相关观测工作。

2.1.3 坝肩接触缝

坝肩接触缝在大坝左右岸726.0 m、746.0 m高程的基岩位置各设置了裂缝计2支，其钻孔深进基岩达到1.0 m，对于两坝肩处混凝土和基岩的接触面裂缝实施相关监测工作。装置设置分别距离上下游的坝面大致是1.0 m，总共有8个裂缝计。

2.1.4 渗流渗压观测

坝基和坝体的渗压监测是采取埋设渗压设备措施实施的，于桩号0+031.13断面、0+062.29断面、0+093.88断面;高程为713.0 m、726.0 m的基岩与坝体内共布置7支渗压计，用以大坝渗压监测。

2.1.5 坝体温度

坝体混凝土温度观测采用埋设温度计的方法进行，大坝坝体共计布置温度计32支，布置于坝纵0+031.13、0+062.29、0+093.88桩号。

2.2 监测系统运行情况

水平水库共有各类监测测点86个，截止2019年4月24日，监测系统失效测点总数8个，完好测点78个；其中可更换测点19个，完好率为100%，不可更换测点67个，完好率为88%。其中，裂缝计K5、K6为施工期钻孔损坏；2018年12月观测，温度计T4、T15测值异常，后续观测同样测值异常，判定为失效测点。失效仪器中，除K5、K6在同一位置，其余测点同位置均有其他完好仪器，但K5、K6离坝顶仅有5 m，该部位对大坝整体影响较小。现有监测仪器基本能满足大坝运行期全监测的需要。

3 检测成果分析

3.1 坝顶平面位置及水平位移

坝顶平面位置、水平位移观测成果见表1。

表1 坝顶平面位置、水平位移观测成果表

根据观测成果，本月观测时，库水位743.1 m，气温25 ℃，较上月(2019年4月24日)观测时，库水位降低3.4 m，气温降低3 ℃。实测坝顶径向累积水平位移量在-0.4～1.4 mm之间，位移变化量在-1.9～2.2 mm之间；切向水平累积位移量在-0.6～1.6 mm之间，变化量在-0.8～2.2 mm之间。本月在坝体温度升高及库水位略有降低的工况下，坝体径向水平位移基本表现为向上游变化，切向水平位移变化不明显。位移量及变化量均不大，本月水平水库大坝水平位移变化基本正常。

3.2 坝顶高程、垂直位移观测

观测成果表明，本月观测时，气温较2019年4月24日观测时降低3 ℃。实测坝顶累计垂直位移量在-0.45～0.28 mm之间，变化量在-0.43～-0.11 mm之间；在坝体温度升高的工况下，实测坝顶垂直位移变化均表现为抬升现象，且坝体中部变化量大于两坝段，符合混凝土坝的一般变形规律；但垂直位移量及变化量均不大，未见明显异常变化，本时段坝顶垂直位移基本正常。

3.3 坝体横缝观测

水平水库大坝共埋设20套测缝计，用于观测坝体横缝开合度，在2018年12月观测时，发现J19无读数，后续观测也无读数，判定为失效。

(1)1#横缝746.0 m高程，本月实测开合度分别为0.14 mm、0.18 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.04 mm、-0.07 mm；较2017年10月24日灌浆后开合度变化量分别为-0.04 mm、-0.03 mm。

(2)2#横缝736.0 m高程,实测横缝开合度分别为0.87 mm、1.02 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.03 mm、-0.02 mm；746.0 m高程实测横缝开合度分别为0.58 mm、0.39 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.13 mm、-0.01 mm；2#横缝较2017年10月24日灌浆后开合度变化量在-0.13～-0.01 mm之间。

(3)3#横缝726.0 m高程,实测横缝开合度分别为1.67 mm、2.00 mm，较2019年4月24日变化量分别为0.01 mm、-0.10 mm；736.0 m高程实测横缝开合度分别为0.22 mm、0.24 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.01 mm、0.01 mm；较2017年10月24日灌浆后开合度变化量在-0.10～0.01 mm之间。

(4)4#横缝736.0 m高程,实测横缝开合度分别为3.43 mm、3.26 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.03 mm、0.06 mm；746.0 m高程实测横缝开合度分别为2.44 mm、2.20 mm，较2019年3月30日变化量分别为0.00 mm、-0.03 mm；较2017年10月24日灌浆后开合度变化量在-0.08～0.43 mm之间。

(5)5#横缝736.0 m高程,实测横缝开合度分别为0.84 mm、0.66 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.18 mm、-0.02 mm；746.0 m高程实测横缝开合度分别为1.57 mm、0.90 mm，较2019年4月24日变化量分别为-0.12 mm、-0.14 mm；较2017年10月24日灌浆后开合度变化量在-0.09～0.08 mm之间。

(6)6#横缝746.0 m高程,实测横缝开合度为1.01 mm，较2019年4月24日变化量为-0.11 mm；较2017年10月24日灌浆后开合度变化量为0.08 mm。

综上所述，本月实测坝体横缝开合度变化量在-0.18～0.06 mm之间，总体表现为闭合趋势，大坝横缝开合度变化未见异常。2017年10月24日灌浆后变化量在-0.22～0.43 mm之间，小于0.50 mm的灌浆最小开合度。

3.4 坝基、坝肩接触缝

大坝共埋设8套裂缝计，用于观测坝基与坝肩接触缝开合度。其中，K5、K6在施工期被钻孔损坏，K8在本月观测时无测值，其余测点测值正常。

(1)726.0 m高程右岸裂缝计K1、K2开合度分别为0.31 mm、0.39 mm，相对于2019年4月24日变化量均为0.00 mm；左岸裂缝计K3、K4开合度分别为0.03 mm、0.52 mm，相对于2019年4月24日变化量分别为0.00 mm、0.04 mm。

(2)746.0 m高程左岸裂缝计K7开合度为-0.58 mm，相对于2019年4月24日变化量为-0.02 mm。

综上所述，本月实测坝体与坝基间接缝开合度在-0.58～0.52 mm之间，相对于2019年4月24日变化量在-0.02～0.04 mm之间，变化量极小，表明坝体与坝基岩体接触紧密，未见异常。

3.5 渗流渗压观测

大坝基础共埋设渗压计7支，用于观测大坝基础扬压力变化情况。根据观测资料显示，渗压计P6于2016年10月29日埋设，从2017年10月11日开始出现负压，但量级较小，且施工期水库未蓄水，未能发现异常。水库蓄水后，该仪器测值显示，仍为负压，P6渗压计安装在帷幕前，主要反映库水位变化情况，仪器测值与实际不相符，判定为仪器测值异常，其余测点测值正常。

(1)实测坝基712.5 m高程最大扬压力为0.216 MPa，较上月最大变化量为-0.034 MPa，扬压力及变化量均表现为离帷幕由近及远逐渐减小；扬压力折减系数在0.03～0.43之间。

(2)坝基724.0 m高程，渗压计P4距下游坝面仅1.0 m左右，测值基本反映大坝下游水位。其余测点最大扬压力为0.113 MPa，较上月最大变化量为-0.010 MPa；扬压力折减系数在0.34～0.51之间。

综上所述，本月在库水位降低的3.4 m工况下，实测坝基扬压力在0.113～0.216 MPa之间，计算各测点扬压力折减系数在0.03～0.51之间，基本小于《混凝土拱坝设计规范》(SL 282—2018)中规定的0.5，现场巡视检查未见明显渗漏，坝基防渗效果较好，未见异常。

3.6 坝体温度观测

大坝共埋设温度计32支，温度计T4、T14、T15、T23共4支温度计失效，其余测点测值正常。

本月实测坝体温度在14.5～20.8 ℃之间，与2019年4月24日测值比较，温度变化量在-1.4～5.0 ℃之间，坝体温度总体表现为上升趋势。坝体温度基本表现为同一断面高程越高温度也越高，蓄水位以下基本表现为从上游往下游温度逐渐升高，水位高程以上表现为同一断面上下游表面温度高于坝体内部温度。受光照时长影响，左坝段坝体温度较右坝段坝体温度高，坝体整体温度分布基本正常。

4 监测效果分析

通过上述实际监测到的数据能够得到，在监测位置的各个方向对于测点的高程、渗流量、坝体位移、横缝、垂直位移以及渗压等各个方面得到的监测数据是非常精细全面的，而且得到的数据信息的准确度能够达到百分之一甚至是千分之一，这对于后续工作的进行是非常有帮助的。实行水库大坝检测系统能够对水库大坝中的各个参数做到深入的分析，并且能够得到相应的结论。建立大坝的安全监测体系，不但能够使得数据信息采集的周期得到有效缩短，大坝的观测效率得到提升，劳动的强度降低，而且可以充分运用水库的调蓄功能，使在供水以及防洪方面发挥出最大的能力，还有经过对水库大坝的设计参数进行验证来对未来的设计进行相关改进，对大坝的除险加固项目施工工艺实施改进，对大坝的不安全问题以及险情诊断采用相应方案实施加固，而且它还可以应用长时间积累的资料来掌握变化规律，对大坝的未来状态做出有效及时的预报，能够看出：安全监测系统建设从浅层意义来说是为了人们准确掌握大坝工作性态，从深层意义则是为了更好掌握大坝变化规律，及时发现异常现象或工程隐患，指导大坝运行安全管理工作，发挥工程效益，节约工程投资。

5 结 语

大坝的安全监测体系投入运行之后，水库运用安全监测体系，依照水情、雨情，对入库的洪水分步骤实施合理调整，使得大坝的坝面能够合理受水，而且水库的洪水调度当中，因为应用安全监测体系，能够在二十四小时内对大坝的安全情况实施全方位的监测工作，使相关管理工作者对坝体的巡查工作方便即时，从而管理方面的费用有效节约，而且大坝自身的安全系数也能够得到科学提升。