浅谈北疆地区大坝安全监测设计

申5慧
" 中工武大设计研究有限公司新疆分公司# 新疆乌鲁木齐%'""""$
摘要! 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%
关键词! 面板堆石坝( 沥青混凝土心墙坝( 大坝监测
中图分类号! 34)(%&#5555文献标识码! E5555文章编号! #)/!0!1)("!"#$#"%0""//0"'
5
5 作者简介! 申5慧"#(/( 年%$ # 女# 工程师&
55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&
$%工程概况
$'$%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#1') A#"
1
2
'
# 工程规模为中型# 工程等别为
!等& 坝型采用钢筋混凝土面板堆石坝# 坝顶长
#%'2# 坝顶高程#"$'&($2# 防浪墙顶高程
#"$1&($2# 最大坝高)'&%$2# 坝顶宽$&$2# 上'
下游坝坡均为#_#&1# 上游坝坡采用1"f2厚钢筋
混凝土面板# 下游设)f2厚的六棱块护坡&
坝址处区域地震基本烈度为.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$2# 右坝肩强风层厚度为
(2& 河床覆盖层为第四系冲积砾石层# 厚度
1 ;(2&
$'&%沙尔托海水库
沙尔托海水库位于新疆博州境内# 水库总库容
为((% A#"
1
2
'
# 工程规模为中型# 工程等别!等&
大坝坝型为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝# 大坝
全长#/"2# 坝顶高程)"/&")2# 防浪墙顶高程
)"%&")2# 最大坝高)!&%%2# 坝顶宽)2& 碾压式
沥青混凝土心墙与防浪墙底部相连# 心墙厚"&$ ;
"&/2& 上游坝坡为#_!# 上游坝坡采用#$f2厚的
混凝土板护坡# 下游坝坡为#_#&%# 下游设)f2厚
预制六棱块护坡&
坝址处区域地震基本烈度为/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' ;)2- 右坝肩强风化层厚
约1 ;%2& 河床为含漂石的砂卵砾石# 厚度约
#/2左右&
$'(%工程对比
通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库工程特性
进行对比# 结论如下!
相近之处! 两座水库均为中型水库# 工程等别
相同# 库容相差不大# 坝长' 坝高相当# 地质条件
接近&
不同之处是! 哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板
堆石坝# 大坝防渗体是钢筋混凝土面板- 沙尔托海
水库大坝是碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝# 大坝
,//,
!"#$ 年第% 期水利规划与设计设计施工
防渗体是沥青混凝土心墙&
&%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&
&'$%哈拉布拉水库
该水库布置了以下项目!
$坝体渗流监测-
%
坝体内部变形监测-
&外部变形监测-
'面板周边
缝变形监测-
*面板板间缝监测-
0面板应力监
测-
1钢筋应力监测&
&'&%沙尔托海水库
该水库布置了以下项目!
$坝体渗流监测-
%
坝体内部变形监测-
&外部变形监测-
'心墙温度
监测&
&'(%大坝监测项目对比
通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库大坝监测
项目进行对比# 结论如下!
相同之处是! 两座水库均设置了坝体渗流监
测' 坝体内部变形监测及外部变形监测项目&
不同之处是! 哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板
坝# 面板是其主要防渗体# 是重点监测部位# 因此
面板周边缝变形监测' 面板板间缝监测' 面板应力
监测及钢筋应力监测是哈拉布拉水库监测重点- 沙
尔托海水库是沥青混凝土心墙坝# 沥青混凝土心墙
是其主要防渗体# 是重点监测部位# 因此心墙温度
监测是沙尔托海水库的监测重点&
(%监测项目布置
('$%哈拉布拉水库
('$'$%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&
"#$ 渗透水压力监测
选择最大横断面" F##$ 作为渗流监测断面#
坝基共布置( 个测点# 其中! 个在上游趾板后采用
钻孔埋设用来观测帷幕灌浆效果# # 个埋设在过渡
区# 其余) 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! 个渗压
计测点用以监测周边缝渗水情况& 共计## 个渗
压计&
"!$ 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&
('$'&%坝体内部变形监测
坝体内部变形监测分为垂直和水平位移监测&
选择坝体最大横断面" F##$ 为观测断面# 在
高程#""%2' #"!%2设置两层双向位移计# 其中
#""%2高程1 个测点# #"!%2高程' 个测点& 共计
/ 支双向位移计&
('$'(%外部变形监测
外部变形监测设计沿坝轴线1 个断面# 即坝顶
的上' 下游两侧# 坝坡面#""%2' #"!%2高程各一
排& 起测基点在每一纵排测点两端的岸坡上各布设
一个# 水准基点在下游#72处设三个& 水平位移
和竖向位移共用一个测点# 基点和测点均采用整体
钢筋混凝土结构# 共布设基点#! 个# 变形标点
!) 个&
('$')%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#"1"' #"!"2' 河床高
程(("2' 右岸高程#"#"' #"!!' #"'/&$2# 共设
置了) 组三向测缝计&
('$'*%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#( 块面板& 采用单向测缝计监测面板间拉
应力&
在'01 号' )0/ 号' #'0#1 号' #)0#/ 号面板之
间的板间缝#"1$2高程上各布置# 支单向测缝计-
在$0) 号' #10#$ 号面板之间的板间缝#"'"'
#"1$2高程上各布置! 支单向测缝计- 另外在坝体
#" @## 面板之间的板间缝#"#"' #"'"' #"1$2高
程各布置' 支单向测缝计& 共计## 支单向测缝计&
('$'+%面板应力监测
在>)' >#" 面板各布置' 组二向应变计" 每
,/%,
设计施工水利规划与设计!"#$ 年第% 期
组都附有# 支无应力计$ # 高程分别为#"#"'
#"'"' #"1$2- >#1 号面板布置! 组二向应变计&
共计% 组& 用以监测面板混凝土的应力' 应变&
('$',%钢筋应力监测
在)' #"' #1 号面板各布置! 支钢筋计# 高程
分别为#"'"' #"1$2# 共计) 支# 监测面板钢筋
应力&
('&%沙尔托海水库
('&'$%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&
"#$ 坝基渗流监测
选择最大坝横断面" F"(" 心墙下帷幕灌浆前
后高程$'12和$!12处布置1 支渗压计# 该断面
坝基上游测布置# 支# 下游等距再布置! 支& 共布
置/ 支渗压计&
"!$ 坝体渗流监测
选择最大坝横断面" F"("' " F"$" 及" F#'"
布置渗压计# 各断面心墙上游均布置# 支# 心墙下
游等距布置' 支# 共计#! 支&
"'$ 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&
('&'&%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" F"(" 和" F"$"' " F#'" 三
个监测断面# 在高程$)/&"2' $//&"2处分别布置
# 组双向位移计- 在最大横断面" F"(" 断面心墙
下游布置# 组双向位移计& 共计/ 组&
('&'(%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)"/&)2' $(1&"2及
$%1&"2# 标点间距约1"2左右# 共设置#1 个位移
标点& 竖向位移采用水准线法测量# 水平位移采用
视准线法& 在坝顶及下游坝坡设置监测表面变形的
监测点# 定期对工作基点和校核基点采用三角网
复核&
('&')%沥青心墙温度监测
在最大横断面" F"(" 高程$)/' $//' $%/2心
墙处分别埋设温度计# 温度计插入心墙不超过心墙
厚度的#*' 用以监测心墙温度# 共计' 个温度监
测点&
('(%大坝监测布置对比
通过对哈拉布拉水库和沙尔托海水库大坝监测
项目布置进行对比# 结论如下!
相同之处是! 两座水库坝体渗流监测' 坝体
内部变形监测项目布置原则一致# 均选择最大横
断面作为监测点布置断面# 使用的监测仪器也一
样- 外部变形监测都是选择上' 下坝坡布置监
测点&
不同之处是! 哈拉布拉水库是钢筋混凝土面板
坝# 面板是其主要防渗体# 而面板间分缝处理及钢
筋布置是影响面板防渗效果和稳定的主要因素# 因
此在面板上布置了周边缝' 板间缝' 应力及钢筋监
测点- 沙尔托海水库是沥青混凝土心墙坝# 沥青心
墙是其主要防渗体# 而温度是影响沥青混凝土心墙
防渗效果和稳定的主要因素# 因此在沥青混凝土心
墙内布置了温度监测点&
)%结论
大坝安全监测是大坝设计中不可缺少的设计内
容& 在进行大坝安全监测设计之前# 一定要认真研
究大坝的组成部分' 材料以及大坝重要防渗体# 对
大坝进行应力应变分析& 只有了解影响大坝稳定的
因素# 才能在布置测点时# 针对大坝特性选取适宜
的监测项目和合适的观测设备# 做到少而精# 节约
投资# 为管理部门提供可靠的大坝运行期观测结
论& 以便在遇特殊工况时# 能及早发现问题# 为决
策部门解决问题提供可靠的依据&
参考文献
.#/ H>)"0(1B土石坝安全监测技术规范. H/B
.!/ H>!)%0!""#B大坝安全监测系统设备基本技术条件. H/B
.'/ 何勇军等B大坝安全监测与自动化. Q/B水利水电出版
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.1/ 何金平B大坝安全监测理论与应用.Q/B北京! 中国水利水电
出版社# !"#"B
.$/ 巩向伟等B水库大坝安全监测系统及自动化.G/B水利规划与设
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督# !""(""$$B
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!"#$ 年第% 期水利规划与设计设计施工
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