北疆地区大坝安全监测设计

申 慧

（中工武大设计研究有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

北疆地区大坝安全监测设计

申 慧

（中工武大设计研究有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

大坝安全监测设计是大坝设计中不可缺少的部分，其目的是为了监测大坝在运行期间的安全状态，以便及时发现问题，并为决策部门解决问题提供可靠的依据。北疆大坝多为当地材料坝，其中钢筋混凝土面板坝和沥青混凝土心墙坝技术较为成熟，被广泛使用。本篇选取一座钢筋混凝土面板坝及一座沥青混凝土心墙坝的大坝安全监测设计进行对比论述。

面板堆石坝；沥青混凝土心墙坝；监测

大坝安全监测的目的是为了监测大坝在运行期间的安全状态，以便及时发现问题，并为决策部门解决问题提供可靠的依据。以下就哈拉布拉水库钢筋混凝土面板堆石坝及沙尔托海碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝大坝监测设计进行对比论述。

1 工程概况

1.1 哈拉布拉水库

哈拉布拉水库位于新疆塔城地区境内，水库总库容 1436×104m3，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。坝型采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶长183m，坝 顶 高 程 1053.95m，防 浪 墙 顶 高 程1054.95m，最大坝高 63.85m，坝顶宽5.5m，上、下游坝坡均为 1∶1.4，上游坝坡采用 40cm厚钢筋混凝土面板，下游设 6cm厚的六棱块护坡。

坝址处区域地震基本烈度为Ⅵ度。从岩石的物理力学性质及两坝肩的边坡形成分析，右坝肩稳定，左坝肩基本稳定。两岸基岩为辉石闪长岩，左坝肩强风化层厚度为 5m，右坝肩强风层厚度为9m。河床覆盖层为第四 系冲积砾 石层，厚 度4～9m。

1.2 沙尔托海水库

沙尔托海水库位于新疆博州境内，水库总库容为998×104m3，工程规模为中型，工程等别Ⅲ等。大坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，大坝全长 170m，坝顶高程607.06m，防浪墙顶高程608.06m，最大坝高 62.88m，坝顶宽6m。碾压式沥青混凝土心墙与防浪墙底部相连，心墙厚 0.5～0.7m。上游坝坡为1∶2，上游坝坡采用15cm厚的混凝土板护坡，下游坝坡为 1∶1.8，下游设 6cm厚预制六棱块护坡。

坝址处区域地震基本烈度为Ⅷ度。从岩石的物理力学性质及两坝肩的边坡形成分析，左、右坝肩稳定。两岸基岩为第四系下更新统西域砾岩，左坝肩强风化层厚约 3～6m；右坝肩强风化层厚约 4～8m。河床为含漂石的砂卵砾石，厚度约17m左右。

1.3 工程对比

通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库工程特性进行对比，结论如下：

相近之处：两座水库均为中型水库，工程等别相同，库容相差不大，坝长、坝高相当，地质条件接近。

不同之处是：哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板堆石坝，大坝防渗体是钢筋混凝土面板；沙尔托海水库大坝是碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝，大坝防渗体是沥青混凝土心墙。

2 大坝监测项目

在确定观测断面及观测项目时，根据《土石坝安全监测技术规范》、《土石坝观测技术》以及参考国内、外已建大坝的监测设计经验，并结合水库具体坝址区的地质条件和地形条件，两座水库布置了不同监测项目。

2.1 哈拉布拉水库

该水库布置了以下项目：①坝体渗流监测；②坝体内部变形监测；③外部变形监测；④面板周边缝变形监测；⑤面板板间缝监测；⑥面板应力监测；⑦钢筋应力监测。

2.2 沙尔托海水库

该水库布置了以下项目：①坝体渗流监测；②坝体内部变形监测；③外部变形监测；④心墙温度监测。

2.3 大坝监测项目对比

通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库大坝监测项目进行对比，结论如下：

相同之处是：两座水库均设置了坝体渗流监测、坝体内部变形监测及外部变形监测项目。

不同之处是：哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板坝，面板是其主要防渗体，是重点监测部位，因此面板周边缝变形监测、面板板间缝监测、面板应力监测及钢筋应力监测是哈拉布拉水库监测重点；沙尔托海水库是沥青混凝土心墙坝，沥青混凝土心墙是其主要防渗体，是重点监测部位，因此心墙温度监测是沙尔托海水库的监测重点。

3 监测项目布置

3.1 哈拉布拉水库

3.1.1 坝体渗流监测

渗流监测包括渗透水压力监测和渗流量监测两部分，渗透水压力采用渗压计进行监测，渗流量采用量水堰量测。

（1）渗透水压力监测

选择最大横断面 0+115作为渗流监测断面，坝基共布置 9个测点，其中 2个在上游趾板后采用钻孔埋设用来观测帷幕灌浆效果，1个埋设在过渡区，其余 6个测点分别埋设在该断面坝轴线上、下游；在周边缝左右两个高程上分别设置了2个渗压计测点用以监测周边缝渗水情况。共计 11个渗压计。

（2）渗流量监测

在下游渗流汇集处合适的位置设量水堰，采取在下游低水位时进行量水堰渗流量观测。

3.1.2 坝体内部变形监测

坝体内部变形监测分为垂直和水平位移监测。

选择坝体最大横断面0+115为观测断面，在高程 1008m、1028m设置两层双向位移计，其中1008m高程 4个测点，1028m高程3个测点。共计7支双向位移计。

3.1.3 外部变形监测

外部变形监测设计沿坝轴线4个断面，即坝顶的上、下游两侧，坝坡面 1008m、1028m高程各一排。起测基点在每一纵排测点两端的岸坡上各布设一个，水准基点在下游 1km处设三个。水平位移和竖向位移共用一个测点，基点和测点均采用整体钢筋混凝土结构，共布设基点 12个，变形标点26个。

3.1.4 面板周边缝变形监测

周边缝是趾板与面板间的接缝，从防渗的角度看，这是面板坝最薄弱的环节。采用三向测缝计用以测量面板周边缝的沉降、剪切、开度变形。

沿面板周边缝左岸高程1040、1020m、河床高程 990m、右岸高程 1010、1022、1037.5m，共设置了 6组三向测缝计。

3.1.5 面板板间缝监测

根据主体工程设计，大坝自左坝肩向右坝肩共分为19块面板。采用单向测缝计监测面板间拉应力。

在3-4号、6-7号、13-14号、16-17号面板之间的板间缝 1045m高程上各布置1支单向测缝计；在 5-6号、14-15号面 板 之间 的 板 间 缝 1030、1045m高程上各布置2支单向测缝计；另外在坝体10-11面板之间的板间缝 1010、1030、1045m高程各布置 3支单向测缝计。共计11支单向测缝计。

3.1.6 面板应力监测

在L6、L10面板各布置3组二向应变计（每组都附 有1支 无应力 计），高 程 分 别 为 1010、1030、1045m；L14号面板布置2组二向应变计。共计 8组。用以监测面板混凝土的应力、应变。

3.1.7 钢筋应力监测

在6、10、14号面板各布置2支钢筋计，高程分别为 1030、1045m，共计6支，监测面板钢筋应力。

3.2 沙尔托海水库

3.2.1 渗流监测

渗流监测包括坝基、坝体渗流监测及渗流量监测三部分，坝基、坝体渗流监测采用渗压计进行监测，渗流量采用量水堰量测。

（1）坝基渗流监测

选择最大坝横断面 0+090心墙下帷幕灌浆前后高程534m和 524m处布置4支渗压计，该断面坝基上游测布置 1支，下游等距再布置2支。共布置7支渗压计。

（2）坝体渗流监测

选择最大坝横断面0+090、0+050及 0+130布置渗压计，各断面心墙上游均布置 1支，心墙下游等距布置 3支，共计 12支。

（3）渗流量监测

在下游渗流汇集处合适的位置设量水堰，采取在下游低水位时进行量水堰渗流量观测。

3.2.2 坝体内部变形监测

坝体内部变形监测分为垂直和水平位移监测。

选择最大横断面0+090和0+050、0+130三个监测断面，在高程 567.0m、577.0m处分别布置1组双向位移计；在最大横断面 0+090断面心墙下游布置 1组双向位移计。共计 7组。

3.2.3 外部变形监测

在坝面埋设三排坝面标点，布置在坝顶上下游及下游坝坡，其高程分别为 607.6m、594.0m及584.0m，标点间距约 40m左右，共设置 14个位移标点。竖向位移采用水准线法测量，水平位移采用视准线法。在坝顶及下游坝坡设置监测表面变形的监测点，定期对工作基点和校核基点采用三角网复核。

3.2.4 沥青心墙温度监测

在最大横断面0+090高程 567、577、587m心墙处分别埋设温度计，温度计插入心墙不超过心墙厚度的 1/3用以监测心墙温度，共计3个温度监测点。

3.3 大坝监测布置对比

通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库大坝监测项目布置进行对比，结论如下：

相同之处是：两座水库坝体渗流监测、坝体内部变形监测项目布置原则一致，均选择最大横断面作为监测点布置断面，使用的监测仪器也一样；外部变形监测都是选择上、下坝坡布置监测点。

不同之处是：哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板坝，面板是其主要防渗体，而面板间分缝处理及钢筋布置是影响面板防渗效果和稳定的主要因素，因此在面板上布置了周边缝、板间缝、应力及钢筋监测点；沙尔托海水库是沥青混凝土心墙坝，沥青心墙是其主要防渗体，而温度是影响沥青混凝土心墙防渗效果和稳定的主要因素，因此在沥青混凝土心墙内布置了温度监测点。

4 结论

大坝安全监测是大坝设计中不可缺少的设计内容。在进行大坝安全监测设计之前，一定要认真研究大坝的组成部分、材料以及大坝重要防渗体，对大坝进行应力应变分析。只有了解影响大坝稳定的因素，才能在布置测点时，针对大坝特性选取适宜的监测项目和合适的观测设备，做到少而精，节约投资，为管理部门提供可靠的大坝运行期观测结论。以便在遇特殊工况时，能及早发现问题，为决策部门解决问题提供可靠的依据。

［1］SL60-94.土石坝安全监测技术规范［S］.

［2］SL268-2001.大坝安全监测系统设备基本技术条件［S］.

［3］何勇军等.大坝安全监测与自动 化［M］.水利水电 出版社，2008.

［4］何金平.大坝安全监测理论与应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

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TV698.1

B

1672-2469（2015）08-0077-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.025

申 慧（1979年—），女，工程师。