新疆某平原水库大坝安全监测布置

李卫鹏

（水利部新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

新疆某平原水库大坝安全监测布置

李卫鹏

（水利部新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

结合新疆某拟建的平原水库工程，依据土石坝安全监测技术规范为基本设计原则，着重考虑本工程的坝体结构、防渗、坝基深厚覆盖层等特点，进行大坝安全监测设计。重点监测大坝及坝基的变形、渗流、应力等。

平原水库；深厚覆盖层基础；大坝安全监测

众所周知，大坝是调控水资源时空分布，优化水资源配置的重要工程措施［1］。近年来我国水利、水电事业的蓬勃快速发展，水库大坝的安全问题也越来越突出，出现了一大批病险水库［2］。因此大坝安全监测受到了前所未有的关注和重视。在我国已建的众多水库当中，有不少是平原水库，尤其是在西北、华北地区。由于平原水库相对于山区水库具有自身的一些特点（如：坝体高度底、大坝轴线长、库区面积大、地质条件往往较差，多数为软土地基、透水地基、甚至是无限深的透水地基），这就决定了平原水库的大坝安全监测设计与一般的水库大坝有所不同［3］。大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法。完整、科学合理的大坝安全监测，是保障大坝运行安全的重要措施，同时还具有校核设计的作用。本文结合新疆某平原水库工程，依据土石坝安全监测技术规范为基本设计原则，着重考虑本工程的坝体结构特点、防渗特点、坝基特点［4］等进行了大坝安全监测设计。

1 工程概况

新疆某平原水库为大型Ⅱ等工程，水库依托洪积扇前沿天然地形，通过西、北、东、南四面筑坝而成，坝顶高程689.00m，最大坝高18m，坝轴线长5921.59km，总库容3000万m3。坝顶宽8m，上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶2.0。坝体从上游到下游依次为：现浇混凝土护坡板、两布一膜、碎石垫层、含土碎石坝壳。水库主要组成建筑物包含水库大坝、入库建筑物、供水兼退水建筑物等。

该水库位于洪积扇前沿的洼地内，库区地形较平坦，地势开阔，总地势西高东低，水库库盘内覆盖层巨厚，岩性主要为第四系全新统～上更新统洪积含土角砾和低液限黏土，夹中～粉细砂和粉土层。含土角砾和低液限黏土在库盘内分布不均一，其中含土角砾主要分布于西库盘，低液限黏土广泛分布于东库盘。全库盘在80m的勘探深度内未形成连续、稳定的天然防渗层，水库蓄水后库盘存在永久渗漏和腐蚀性地下水污染问题，故水库全库盘进行土工膜防渗处理。

2 监测项目选取

由于该平原水库全库盘及坝体均采用土工膜进行防渗，渗流监测为重点监测项目，该平原水库高坝段大部分坐落在深厚覆盖层（低液限黏土）基础上，可压缩层深度巨厚，地基承载能力较低，坝基计算沉降量较大，不均匀沉降情况也较严重，因而坝体（基）内部变形，特别是坝体上下游坝脚附近坝基水平位移和地面隆起都为重点监测项目。此外，根据SL551—2012《土石坝安全监测技术规范》的要求，除了日常巡视检查外，还对水库大坝进行了表面变形、压力（应力）监测、地震、环境量等监测。

3 监测系统仪器布置

3.1 大坝表面变形监测

大坝表面变形监测包括垂直坝轴线的水平位移监测，和竖向位移监测。

该平原水库坝轴线总长5921.593m，在水库坝体表面选取26个监测断面。选取原则为：直线段与圆弧段交界处，地质条件变化处、圆弧中间断面、直线段中间断面、最大坝高断面、坝体与供水兼退水建筑物交叉断面等。相邻监测断面间隔155.00～392.70m不等。在每个监测断面布设3个位移综合标点，位移标点具体位置为：上游坝坡正常蓄水位以上1个、下游坝肩1个、下游坝坡中点1个。总计26个监测断面，共布设78个表面综合标点，水平位移和竖向位移观测共用。坝体表面竖向位移采用水准法施测，坝体表面水平位移依托覆盖库区范围建立的CORS系统，采用双频GNSS接收机进行监测。

3.2 坝体（基）内部变形监测

大坝内部变形监测同样包括水平位移监测和竖向位移（沉降）监测。

水平位移采用阵列式位移计监测，竖向位移采用电磁式沉降仪监测。为了监测坝体（基）内部变形，在坝体上选定了5个主监测断面，主监测断面的位置选择结合大坝表面变形监测断面，主监测断面的具体位置如图1。

图1 大坝变形监测断面布置

在每个主监测断面上布设5条监测垂线，垂线位置分别选取坝体上下游坡脚，坝轴线偏下游1m、上下游坝坡中点。监测垂线编号从上游到下游分别为1～5号。沿每条监测垂线埋设沉降管和电磁沉降环，坝体建基面以下采用钻孔布设，建基面以上随坝体填筑采用非坑式埋设，钻孔深度为坝体建基面以下50m。沉降环位置即测点位置从沉降管钻孔底部开始每间隔5m布置1个。为了监测坝体（基）内部的水平位移情况，在每个主监测断面1，3，5号监测垂线沉降管旁布设1套阵列式位移计，阵列式位移计每节1m，布设深度同相邻沉降管。此外，为了监测坝基的不均匀沉降情况，在5个主监测断面沿坝基宽度方向各布设1套阵列式位移计。5个主监测断面总计布设沉降管25套、阵列式位移计20套。坝体典型主监测断面仪器布置情况如图2。

图2 坝体典型主监测断面仪器布置

3.3 渗流监测

3.3.1 坝体、坝基的渗透压力监测

主要监测水库大坝坝体、坝基的渗流情况。监测断面为坝体的5个主监测断面，在每个主监测断面沿坝体竖向排水体的顶部和中部各设置1支渗压计，监测大坝坝体的渗流情况；从坝基表面开始沿着每条监测垂线向坝基深度方向间隔12m布设1支渗压计，埋置在坝基中的各支渗压计根据渗压变化情况可了解坝基孔隙水压力消散情况。5个主监测断面坝体、坝基总计布置渗压计135支。

此外，为了解水库库盘排水排气工程措施的有效性，在库盘内选择3个监测断面，在每个监测断面库盘土工膜下间隔100m均匀布设13支渗压计，总计布置39支渗压计。

3.3.2 库区外围地下水位的监测

由于库区地质条件复杂，因而对蓄水后库区地下水位变化情况进行实时监测，在5个主监测断面的下游坡脚和坝后排水沟外侧各布设1组测压管，同时在水库西坝段（桩号：坝5+536.593）库外布设2组测压管，总计布置测压管12组，测压管钻孔深度均在现状地下水位5m以下。为了实现自动化监测，在每个测压管钻孔内埋设1支渗压计，共计埋设渗压计12支。

3.4 应力监测

为了了解坝基土压力大小和分布情况，在坝体5个主监测段面上均沿坝体建基面均匀布设5组两向土压力计，共计布设土压力计50支。此外，各支土压力计埋设时应与渗压计横向间距保持在1m以内，以便根据渗压计的监测数据计算监测部位土体的有效应力。

3.5 地震反应监测

地震强震观测选择最大坝高断面，即主监测断面坝2+575.797m为监测断面，在坝顶和下游坝脚分别布置测点，用强震仪进行观测。强震仪包括强震加速仪、峰值记录加速度仪等。强震观测的测次，依地震活动情况及时进行。

3.6 环境量监测

在库区范围内建立1座气象站，对库区风速、降水量、气温、库面蒸发损失等进行观测。

4 自动监测

该平原水库大坝由于横向主监测断面之间的距离比较远（702.70～777.70m），在数据采集单元配置时，可在每个主监测断面单独布置数据采集单元，将该主监测断面的监测仪器全部引入同一个横断面处的数据采集单元。

大坝安全监测根据测点数量、测点位置及当前大坝监测自动化水平的发展状况，大坝安全自动化监测系统的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器的地方，通过光缆将数据传输至水库管理站控制室，实现综合自动化。

5 结语

（1）目前，对平原水库大坝安全监测设计尚缺乏针对性的规范，该平原水库仪器布置方案及仪器数量既满足了土石坝安全监测设计规范的要求，又根据工程特点进行了重点部位的监测，充分体现了照顾一般，突出重点的设计理念。

（2）安全监测系统在水库工程建设中是相对较小的单项工程，但没有完整、科学合理的监测系统会造成工程失事。因此，设计完整、科学合理的安全监测系统，对确保工程运行安全十分必要。

［1］汪恕诚.论大坝与生态［J］.水力发电，2004，30（4）：1-4.

［2］中华人民共和国水利部.2008年全国水利发展统计公报［R］.2009.

［3］陈文燕，朱林，王文韬.大坝安全监测的现状与发展趋势［J］.电力环境保护，2009，25（6）：38-42.

［4］方卫华.大中型平原水库大坝安全监测研究［J］.贵州水力发电，2006，20（1）：57-60.

［5］SL551—2012，土石坝安全监测设计规范［S］.

Safety monitoring in a plain reservoir dam of Xinjiang

LI Wei-peng
（Xinjiang Survey and Design Institute for Water Resources and Hydropower，Urumqi 830000，China）

In this paper，focused on a plain reservoir dam which was planned to build.Based on technical specification for earth-rockfill dam safety monitoring as the basic design principle，the design of dam safety carried out with the consideration of the dam structure features，seepage control features and deep alluvion foundation of the dam.The deformation，seepage and stress of the dam and the dam foundation are monitored.

plain reservoir dam；deep alluvion foundation；dam safety monitoring

TV698.1

B

1672-9900（2017）05-0072-03

2017-07-11

李卫鹏（1984-），男（汉族），陕西乾县人，工程师，主要从事水利工程结构设计，（Tel）15699226325。

（责任编辑：尹健婷）