紫坪鋪水利樞紐混凝土面板堆石壩監測設計

胡良文

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

紫坪鋪水利樞紐混凝土面板堆石壩監測設計

胡良文

(四川省水利水電勘測設計研究院，成都，610072)

紫坪鋪水利樞紐大壩是一座壩高156m的高混凝土面板堆石壩，是世界上第一座經受Ⅸ度以上地震烈度檢驗的高面板堆石壩。工程監測設計對安全監測項目選擇、儀器及設施的布置進行了精心設計，形成了較為完整的安全監測系統，對綜合評價堆石壩的安全狀況，保證大壩安全運行起到了較大作用。

紫坪鋪水利樞紐 混凝土面板堆石壩 監測設計

1 概述

紫坪鋪水利樞紐是一座以灌溉和供水為主，兼有發電、防洪、環境保護、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。水庫總庫容11.12億m3，最大壩高156m，電站裝機容量76萬kW，保證出力168MW，多年平均年發電量34.17億kW·h。面板壩壩頂高程884.00m，防浪墻頂高程885.40m，面板趾板最低建基高程728.00m，最大壩高156.00m。壩頂長度663.77m，壩頂寬12m。

紫坪鋪水利樞紐大壩是一座高混凝土面板堆石壩，在本世紀初國內壩工界具有重要地位。該工程緊靠世界著名的文化遺產保護區——都江堰水利樞紐，同時，該工程距成都也只有約50km，地理位置十分重要。工程監測設計對安全監測項目選擇、儀器及設施的布置進行了精心設計，形成了較為完整的安全監測系統，對綜合評價堆石壩的安全狀況，保證大壩安全運行起到了較大作用。

根據當時《土石壩安全監測技術規范》(SL60-94)的有關要求，分析國際國內混凝土面板堆石壩施工運行期存在問題及原因，同時借鑒國內相似規?；炷撩姘宥咽瘔伟踩O測的成功經驗，在紫坪鋪水利樞紐混凝土面板堆石壩上設置了變形、滲流、應力應變等監測項目。

2 大壩變形監測設計

2.1 大壩外部變形觀測布置

外部變形觀測分為水平位移(上、下游方向)觀測與垂直(沉降)位移觀測，分別布置在壩體上游面正常水位以下的混凝土面板上(臨時位移標點)、壩體上游面正常水位以上的混凝土防浪墻上(永久位移標點)及下游壩坡上設置表面變形標點，水平位移采用經緯儀觀測，沉降采用水準儀觀測。

2.1.1 臨時位移標點

在壩體上游正常水位以下面板上布置了四條視準線，共計15個臨時位移標點，每條視準線上分別布置了2個校核基點和工作基點，共計各8個校核基點和工作基點(見圖1)。

圖1 紫坪鋪水利工程面板堆石壩觀測平面布置

2.1.2 永久位移標點

在壩體上游正常水位以上混凝土防浪墻上，布置了1條視準線，下游壩坡布置了3條視準線，共計27個永久位移標點。每條視準線上分別布置了2個校核基點和工作基點，共計各8個校核基點和工作基點(見圖1)。

2.2 壩體內部變形觀測布置

壩體內部水平位移和沉降變形觀測項目，是紫坪鋪水利樞紐大壩觀測的重要內容，其成果對評價大壩施工質量及運行情況具有重要作用。大壩選擇了二個觀測斷面(DAM0+251m和DAM0+371m)，分四個高程埋設引張線水平位移計和水管式沉降儀，以觀測壩體內部水平位移和沉降。

水管式沉降儀原則上沿壩軸線上下游方向間隔30m布置一測點，在墊層料和過渡料分別布置一測點；引張線水平位移計原則上沿壩軸線上下游方向間隔60m布置一測點，在墊層料和過渡料分別布置一測點。

2.2.1DAM0+251m剖面

DAM0+251m斷面是大壩典型剖面，布置了四個高程的引張線水平位移計和水管式沉降儀(見圖2)：

(1)高程760m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀11支，引張線水平位移計7支；

(2)高程790m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀10支，引張線水平位移計6支；

(3)高程820m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀8支，引張線水平位移計6支；

(4)高程850m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀5支，引張線水平位移計4支。

以上各高程分別布置了一個觀測房。

圖2 大壩0+251m剖面觀測設施布置

2.2.2DAM0+371m剖面

DAM0+371m斷面布置了三個高程的引張線水平位移計和水管式沉降儀(見圖3)：

(1)高程790m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀9支，引張線水平位移計6支；

(2)高程820m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀8支，引張線水平位移計5支；

(3)高程850m面上，以壩軸線為基準向上下游方向按布置原則進行設計，共計布置水管式沉降儀5支，引張線水平位移計3支。

以上各高程分別布置了一個觀測房。

圖3 大壩0+371m剖面觀測設施布置

2.3 混凝土面板變形觀測布置

2.3.1 混凝土面板周邊縫變形觀測

混凝土面板是混凝土面板堆石壩的主要防滲結構，面板由趾板與岸坡和壩基連接。周邊縫的變形情況、止水可靠與否，直接關系到大壩的安全運行。因此，進行周邊縫變形觀測，是保證壩體安全運行的重要檢測項目。

周邊縫觀測布置沿周邊縫共布置了15支三向測縫計，根據有限元分析計算成果，轉角點和兩岸岸坡應力應變較大，相應縫張開度較大。布置原則：在河床測點少，兩岸邊高程越高，測點越多。由此，在河床布置了3支，左右岸各布置了6支三向測縫計(見圖1)。

2.3.2 混凝土面板板間縫(垂直縫)變形觀測

根據有限元分析方法的計算結果，混凝土面板垂直縫靠近兩岸為張性縫，為監測張性縫的開合度，在兩岸張拉區布設了單向測縫計，以了解面板的工作性態。

板間縫(垂直縫)觀測共布置了15支單向測縫計。左岸面板受拉縫布置了7支單向測縫計，右岸面板受拉縫布置了8支單向測縫計(見圖1)。

2.3.3 混凝土面板脫空變形觀測

混凝土面板與墊層料間的脫空問題，是在我國天生橋一級水電站建設過程中發現的，在以后的高混凝土面板壩建設過程中，均開展了面板脫空觀測的項目。如貴州洪家渡水電站混凝土面板堆石壩、新疆烏魯瓦提混凝土面板砂礫石壩、湖北水布埡水電站混凝土面板堆石壩等工程，均設置了面板脫空觀測項目?；炷撩姘迮c壩體墊層料間的脫空情況，直接關系到大壩投入運行后面板是否會破壞的問題，因此本工程設置了該觀測項目。

面板與墊層料間的脫空觀測，選擇了三個斷面進行，即DAM0+136m、DAM0+251m和DAM0+371m，分四個高程共計布置10支脫空測縫計。

以上各儀器布置見圖1。

2.3.4 混凝土面板撓度變形觀測

撓度觀測采用斜坡測斜儀(可用活動式導管測斜儀和固定式測斜儀)或水管式沉降儀與引張線水平位移計組合觀測。紫坪鋪大壩進行觀測設計時進行了優化組合，即在混凝土面板表面選擇二個觀測斷面在不同高程布置固定式斜坡測斜儀觀測面板的撓度。為了確保觀測結果的可靠性，在混凝土面板與壩體墊層間設置了引張線水平位移計和水管式沉降儀。根據觀測結果，可以推算出面板的撓度。實踐證明，該方法是可行的。

混凝土面板表面選擇二個觀測斷面，在不同高程布置固定式斜坡測斜儀觀測面板的撓度，即DAM0+251m和DAM0+371m斷面，共計布置20支固定式測斜儀，每個斷面分別為10支儀器，布置都相同(見圖1)。

3 滲流監測設計

根據《土石壩安全監測技術規范》(SL60-94)要求，滲流監測是必設項目。紫坪鋪水利樞紐大壩的滲流觀測包括滲流量、壩基滲透壓力、壩體滲透壓力、左右岸坡的繞壩滲流等幾個部分。

3.1 滲流量監測

壩體滲流量是綜合反映混凝土面板堆石壩工作形態的重要指標，為了監測大壩壩體、壩基及壩體兩岸的滲漏情況，在大壩的下游壩腳設置了量水堰一座(見圖1)。

3.2 壩基滲流監測

為了監測大壩壩基的滲流狀態，在混凝土面板趾板上、下游的壩基布置了滲壓計，以監測帷幕灌漿效果和壩基的滲流情況。壩基滲流選擇了一個典型斷面DAM0+251m，布置了10支鋼弦式孔隙水壓力計(見圖1)。

3.3 壩體滲流監測

為了解混凝凝土面板壩沿周邊縫的防滲效果及壩體的滲流狀態，在周邊縫附近及沿主河槽布置了滲壓計，以觀測壩體的滲透壓力，共布置了10支鋼弦式孔隙水壓力計(見圖1)。

3.4 繞壩滲流監測

為了解大壩兩岸帷幕的防滲效果，在兩岸坡布置了繞壩滲流觀測儀器，左岸布置了6支和右岸布置了4支自動繞滲儀作為監測儀器(見圖1)。

4 應力觀測設計

4.1 混凝土面板應力應變觀測

根據計算結果，選擇有代表性的面板，觀測混凝土面板的應力、應變、溫度等?；炷撩姘暹x擇四個觀測斷面在不同高程布置二向應變計或三向應變計、無應力計、鋼筋計和溫度計，即DAM0+068m、DAM0+251m、DAM0+371m和DAM0+586.89m斷面，共計15組儀器(見圖1)。

4.2 土壓力觀測

根據《土石壩安全監測技術規范》(SL60～94)規定，土壓力觀測為一般性選設項目，鑒于紫坪鋪水利樞紐工程的重要性，在大壩上設置了土壓力觀測項目。觀測內容為混凝土面板與墊層間的接觸土壓力和壩體內部土中土壓力。布置在DAM0+251m斷面上，分四個高程布置，與壩體內部變形監測分布高程相同，每層布置1支接觸土壓力計和2支堤土壓力計(見圖2)。

4.3 強震觀測

地震反應監測是土石壩安全監測的選設項目，鑒于紫坪鋪水利樞紐工程的重要性，在大壩上設計了強震儀，以觀測大壩對地震的反映，為分析大壩的動力安全提供依據。

強震儀布置在兩剖面馬道上和壩頂，左右岸

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2095-1809(2016)01-0078-04