青山冲水库面板堆石坝安全监测设计

孙正明，刘本宁

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 工程概况

青山冲水库位于贵州省玉屏侗族自治县境内舞阳河左岸一级支流混寨河上，工程任务为城镇供水和农业灌溉，工程规模为中型，工程等级为Ⅲ等，水库总库容为1 287万m3，正常蓄水位443.5 m。

首部枢纽主要建筑物包括拦河坝、旋流竖井泄洪洞、引水及放空洞（兼导流洞）等。拦河坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程446.5 m，最大坝高83.9 m，坝顶长246.0 m，建筑物级别为2 级。

坝址河谷呈“V”形，河床地面高程368.0～385.0 m，两岸山体较浑厚，左岸最高峰为550.0 m、右岸为543.0 m，植被茂密，左岸边坡下部较陡，右岸边坡相对略缓。地层岩性主要为寒武系下统杷榔组三段灰色砂质页岩，属较软岩；坝肩稳定性较好，岩体透水性为中等-微透水性。

2 监测设计目的及原则

安全监测设计是以监控各建筑物在施工期、蓄水期和运行期的安全为主要目的，通过全过程持续地监测及监测资料的分析，在施工期指导工程施工、反馈设计；运行期对工程的稳定性和安全性作出评价，确保工程安全运行，并充分发挥工程效益；同时，为其他工程积累经验及为科学研究提供依据[1，2]。

该工程安全监测设计综合考虑各建筑物的布置及工程地质条件，按照“突出重点，兼顾全面”，施工期与运行期监测相结合，仪器监测与人工巡视检查相结合等原则进行设计。

3 监测布置

3.1 变形监测

变形监测项目主要包括表面、内部变形监测，面板变形监测，面板接缝、周边缝及脱空变形监测等。

3.1.1 表面变形监测

表面变形监测包括表面水平位移和垂直位移监测。表面水平位移监测采用视准线法，表面垂直位移采用精密水准测量法，均采用综合位移观测墩，墩顶安装强制对中基座，靠近墩底部安装沉降标点。

在平行坝轴线方向共设5 个监测纵断面测线，分别为坝顶防浪墙上游侧、坝顶下游侧和下游坝坡的3 个高程（428.0，400.0，375.0 m），每条测线上间隔50.0 m 左右布置1 个测点，各测点应尽量形成监测横断面，监测坝体表面水平位移和垂直位移。在每条测线两端山体上分别布置1 个水平位移和垂直位移工作基点，采用高精度全站仪和数字水准仪进行观测。此外，在坝体上游385.0，415.0 m 高程各设1 条视准线，在施工期监测上游坝坡的水平位移。

3.1.2 变形监测控制网

为校测视准线两端水平位移工作基点的稳定性，在坝址区布置4 个钢筋混凝土观测墩作为水平位移控制网点，网点选择在地形较开阔且通视条件较好的地方，墩顶设不锈钢强制对中基座，采用二等边角网法进行观测。

在大坝下游约1 km 处的稳定基岩上布设1 组水准基准点，由3 个基点组成，选用基岩标，与大坝两侧的垂直位移工作基点一起组成垂直位移监测网，采用二等水准测量方法进行观测。

3.1.3 坝体内部变形

坝体内部变形监测可以全面监测坝体在施工期和运行期的变形性状和发展趋势，检验堆石体的填筑质量，同时可以指导面板施工时机。坝体内部变形监测包括坝体内部水平位移和垂直位移监测，共设置2 个监测断面，采用引张线式水平位移计和水管式沉降仪组合观测系统，其测点和测线沿横向水平分层布置。桩号坝0+070.0 m 断面分3 层布置，高程425.0，410.0，395.0 m 分别布置2，4，6 个测点；桩号坝0+170.0 m 断面分2 层布置，高程425.0，410.0 m 分别布置2，4 个测点，即共设置5 条测线18 个测点。各测线上游第1 个测点布置在面板垫层料内，各断面不同高程测线下游坝坡处设置观测房，观测房外部设置变形点，并与大坝表面变形测点结合布置。

3.1.4 面板变形

防浪墙上游侧平行于坝轴线的表面变形测线同时作为面板变形监测测线，采用视准线法和精密水准测量法监测面板顶部的水平位移和垂直位移。

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在桩号坝0+120.0 m 处面板表面高程方向间距8.0 m 分别布置1 套电平器（共11 套），用于监测面板的挠度变形，其中，底部第1 个测点布置在趾板上，顶部最后1 个测点与面板顶端的表面变形测点位置一致，便于相互验证。

3.1.5 面板接缝、周边缝及脱空变形

面板周边缝的变形涉及其张开、沉降、剪切3个方向，采用三向测缝计进行监测。如图1 所示，分别在左、右岸周边接缝的375.0，390.0，405.0 和419.0 m 高程等部位各布置1 组三向测缝计，在最大坝高水平趾板处布置1 组三向测缝计，共9 组。

图1 面板监测仪器平面布置图

面板垂直缝分为压性和张性垂直缝，选择其中5 条垂直缝，分别在395.0，425.0 m 高程上各布置3 支和5 支单向测缝计，监测混凝土面板垂直缝的开合度。

结合坝体内部变形监测设施布置脱空监测断面，在395.0，425.0 m 高程处各设置3 组和5 组脱空计，监测面板和垫层料接触面的脱空变形。

3.2 渗流监测

1）渗透压力监测

结合变形监测断面，共设置3 个渗流监测横断面，在各断面沿坝基上游至下游设置6～7 支渗压计，在帷幕后1/2 帷幕高度位置布置1 支深孔渗压计，监测坝基渗流及趾板帷幕灌浆效果。为监测趾板区帷幕后的渗透压力，沿面板周边缝在帷幕后间隔50.0 m 左右布置1 支渗压计，形成纵向渗流监测断面，与横断面测点结合布置。同时，在各横断面的面板下方垫层料内顺坡向设置2～3 支渗压计，以监测各部位的渗流压力。

2）绕坝渗流监测

3）渗流量监测

为检验大坝面板防渗和坝基帷幕灌浆效果，在大坝下游坝脚处设置观测截流墙，在墙后布置量水堰，监测坝体及坝基的渗流量。

3.3 应力应变及温度监测

分别在桩号坝0+074.7 m、坝0+121.0 m、坝0+164.7 mm 处395.0 和425.0 m 高程面板内各布置1组顺坡和水平两向钢筋计，用于监测混凝土面板在蓄水后的钢筋受力情况，共布置钢筋计12 支。

在桩号坝0+121.0 m 处的面板内，正常蓄水位以下，沿高程每7.5 m 设置1 支温度计。由于钢筋计具有测温功能，因此，在布设有钢筋计的部位不再重复布设温度计。工程共设置8 支温度计，用于监测面板混凝土温度，兼测库水温的分布规律。

3.4 环境量监测

环境是影响结构内部应力应变的外在因素，环境量监测也是大坝安全监测的重要组成部分。

1）水位、库水温监测。分别在大坝上游取水塔侧面及下游河道连接处布设水位测点，监测大坝上、下游水位。蓄水后利用混凝土面板内布置的温度计监测坝前库水温。

2）气温、降雨量监测。气温和降雨量也是影响大坝工作状态的主要因素之一，同时，降雨可能影响大坝的渗流监测成果，因此，在坝址区设置1座专用百叶箱及1 个降水量监测点，百叶箱内布置气温计，分别监测坝区的气温变化和降雨量情况。

3.5 巡视检查

巡视检查是工程安全监测的重要组成部分。工程施工期、初蓄期和运行期均应进行巡视检查，具体检查项目和内容按照SL 551-2012《土石坝安全监测技术规范》的相关要求进行。

4 结语

针对青山冲水库工程的结构特点和地质条件，将堆石体变形、面板扰度和脱空变形、面板接缝变形及大坝渗流等作为重点进行监测设计。目前，该工程大坝填筑和混凝土面板均已施工完成，施工期安全监测资料的反馈有效地指导了大坝填筑和混凝土面板的施工。