西坡水库大坝安全监测设计

张 娟

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

西坡水库位于晋城市沁水县境内的中村一级支流南旺河上，东距沁水县城约15 km。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶长约239.5m，设计最大坝高29.0m，坝顶高程1188.0m，总库容115.4万m3。工程规模为小（一）型，主要用于沁水县城中村水厂以及周边村庄灌溉供水，年供水量约82.5万m3，保证率75%。

水库枢纽由拦河大坝、溢洪道、导流泄洪洞组成。根据工程等别，确定主要建筑物级别为4级，大坝洪水标准采用30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，溢洪道、导流泄洪洞洪水标准与大坝一致。

工程区地震动反应谱特征周期值为0.40 s，地震动峰值加速度为0.15 g，相当地震基本烈度为7度，工程设防烈度为7度。

2 安全监测设计

大坝坝体构造由堆石坝体、地上防渗体系和地下防渗结构组成。堆石坝体包括垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、棱体排水区。大坝地上防渗体系由面板、趾板以及周边缝、面板缝止水构成。根据有关规范要求并考虑大坝结构特点及工程等级，大坝安全监测设置大坝坝面变形观测、接缝位移观测、面板应力、应变观测和渗流量观测及温度观测和水位观测。

2.1 大坝坝面变形观测

坝面变形观测包括面板坝面竖向位移观测和垂直坝轴线的水平位移观测。横断面布置原则为河床最大断面处、地形条件突变、地质条件复杂或与相邻建筑物交界处。该工程大坝坝顶长239.5m，根据布置原则，选择外部变形观测横断面5个，桩号分别为0+033.0，0+081.0，0+129.0，0+159.0，0+201.0。观测纵断面布置在坝顶上下游两侧、正常蓄水位、下游坝坡半坡高和下游坝脚处。观测纵断布设4个，其中，上游坝坡正常蓄水位1084.0m以上桩号0-005.0处设1个，坝顶下游侧坝肩桩号0+001.5处设1个，下游坝坡设2个，其中半坡高桩号0+020.0处设1个，下游坝脚处桩号0+033.0处设1个。每个纵断上测点间距40m，大坝两岸每一纵排测点的延长线上各布设1个工作基点和校核基点，在大坝下游2～3 km范围内布设 2个水准基点。共设测点18个，其中，工作基点8个，校核基点8个，水准基点2个，这些测点兼作水平位移和沉降观测测点。竖向位移采用精密水准法测量，横向水平位移采用视准线法测量。

2.2 接缝位移观测

接缝位移观测包括周边缝接缝位移观测和面板垂直缝接缝位移观测两部分。当水库蓄水时，面板将进一步发生位移，导致面板垂直缝闭合或张开，而周边缝位于面板与趾板间变形性质相差较大的界面将发生三维位移。周边缝位移测点一般布置在河床最大断面、覆盖层最深断面、趾板线拐点、岸坡陡峭或坡度变化处。面板垂直缝测点根据受力变形情况布置在两岸坝肩张拉区和河谷中央挤压区。

根据上述情况，该工程周边缝接缝位移共布置8个测点，其中河床段0+069.0，0+141.0断面周边缝处各布设1个；左右岸周边缝趾板线拐点处各布设3个，每个测点布置1支三向测缝计，主要监测周边缝开度、水平剪切、竖向剪切空间三维变形；面板垂直缝接缝位移布置3个观测断面，每个断面布设2个测点，每个测点布置1支测缝计（单向）。接缝位移共设测缝计14支。

2.3 面板应力和应变观测

本次观测断面共设3个，河床中设1个，左右两岸各设1个，每个断设3个测点，每个测点布置3支应变计（二向）和1支无应力计，共布置测点9个，应变计27支，无应力计9支。

2.4 渗流观测

渗流观测包括绕坝扬压力观测和渗流量观测。绕坝渗流监测断面布置在两岸坝肩防渗帷幕上下游侧，在两坝肩沿流线方向各布置1个监测断面，每个断面上设4个观测孔，孔内埋设测压管，管内放入测压计。共设置绕坝渗流观测点8个，测压管8个，测压计8支，采用自动化观测。大坝渗流量观测通过设置量水堰进行。

3 自动监测

根据大坝监测点分布比较集中的特点，结合大坝安全监测自动化水平现状，西坡水库大坝安全自动安全监测数据采集方式采用分布式，即采集装置分散布置在靠近测点传感仪器的地方，通过电缆将数据传输至水库管理站控制室，实现综合自动化。

大坝安全自动监测系统结构和测点分布由自动化监测系统、渗流观测自动化设备和大坝位移观测设备三部分组成。自动化观测设备包括接缝位移三向侧缝计8组24个，单向测缝计6个；面板变形观测中的二向应变计9组27个，无应变计9个；渗流观测包括测压计8个。水库大坝监测根据测点数量、位置情况共设置2个32通道的DAU数据采集单元。

控制室设备配置硬件包括前置机、监控主机、管理主机、打印机、电源设备、解调器等。操作系统为MS-WindowsXP，数据库为MS-ACCESS，应用软件采用DSIMS大坝安全监测管理系统软件。

根据大坝、溢洪道测点分布情况，力求线路最短，在大坝坝面上设置2个DAU观测室，控制室设在水库管理站内。

4 结语

混凝土面板堆石坝的安全监测是监控大坝安全运行的一项重要措施，测点的布置要考虑大坝结构构造、受力特点等因素，合理布点，并能实现自动化观测，为大坝安全运行提供指导。