花地河水库大坝安全监测系统的设计

2020-02-19余文锋

建材与装饰 2020年11期

余文锋

（贵州新中水工程有限公司贵州贵阳 550000）

在花地河水库项目中，通过做好大坝安全监测工作，不仅能够通过监测数据分析判断大坝的安全状态，还可以为施工和设计优化提供重要的依据。鉴于此，本文重点提出了花地河水库大坝安全监测设计主要内容。

1 花地河水库概况

花地河水库位于花地河中游河段，拟选坝址位于花地河村下游峡谷河段。总体布置为：碾压混凝土拱坝+坝顶闸孔溢流表孔+坝身放空底孔+岸边式取水口+提水泵站+供水管线。水库正常蓄水位1008.00m，总库容为2012万m3，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，大坝最大坝高为107m，主要建筑物为2级建筑物。

2 水库大坝安全监测目的分析

花地河水库大坝与周围附属建筑物安全性，对水库与水库下游居民的生命财产安全影响较大，所以，做好水库大坝安全监测工作特别重要，核心目的包括以下几点：

（1）通过监测来了解和掌握坝体及附属建筑物的工况，以便综合分析施工期和运行期坝体是否安全。

（2）结合水库大坝监测资料，对大坝结构特性进行综合分析，为工程量检验提供便利。

3 花地河水库大坝安全监测核心内容

3.1 设计原则

（1）总体性设计原则。由于花地河水库大坝结构复杂，在选择监测设备的过程中，相关人员要加强配置，并科学布置测点，针对重点部位，可增加监测设备数量。

（2）结合大坝实际运行情况，科学设置监测项目。工程监测属于全过程监测，在设计环节，明确不同时段监测目的，在突出重点的同时，做到统筹兼顾[1]。

（3）合理选择监测仪器设备。针对不同类型的监测仪器设备，设计人员要进行严格论证，保证监测仪器设备具备良好的耐久性、稳定性、适应性，各类监测仪器设备布置合理。

3.2 水库大坝安全监测内容

花地河水库大坝属于2级建筑物，坝型为碾压混凝土双曲拱坝，结合相关标准规范要求，该水库大坝的监测项目可分为以下四种类型：

（1）变形监测。包含坝体位移、接缝与裂缝等内容。

（2）渗流监测。包含坝体坝基渗压、绕坝渗流等监测内容。

（3）应力与应变、温度监测。

（4）观测环境量。重点观测水库水温度、气温降雨量。

3.3 安全监测系统布置方案

3.3.1 坝体位移

坝体表面变形监测包括竖向位移和水平位移。拱坝的变形监测常用的主要为垂线法和交汇法。根据《水利水电工程安全监测设计规范》（SL 275—2016）规定，拱坝坝体及坝基水平位移宜采用垂线监测，垂线的设置应选择地质或结构复杂的坝段，其次是最高坝段和其他有代表性的坝段，拱坝的拱冠和坝顶拱端应设置垂线。花地河水库大坝位于狭窄河谷，峡谷两岸的坡度比较陡，通视条件较差，控制网精度难以控制，故本次变形监测采取边角网交汇法与垂线法联合监测，大坝的竖向位移主要采取精密水准法观测。根据花地河水库的地形地质特点得知，选拱冠处坝0+056.484m桩号、左右1/4坝长桩号坝0+100.995m桩号、坝0+143.506m桩号为大坝观测断面，在两岸坝肩灌浆廊道内分别布置一个监测断面，每个监测断面各布置正、倒垂线1条，为保证垂线钻孔精度，垂线应不超过70m设置观测房分段，线1、垂线5均在977.00m的灌浆廊道内设置观测房衔接，垂线2、垂线4在坝977.00m高程及坝体灌浆廊道内分别设置观测房衔接，垂线3在大坝977.00m高程及933.00m高程分别设置观测房衔接。5条倒锤线的底部深入基岩1/4～1/2坝高的长度。为给基础廊道提供水准校核基点，拱冠梁垂线组倒垂孔采用双标倒垂。

表面水平位移监测采用边角交会法进行，在坝区设置二等三角网，由6个二等三角网点组成。在坝顶每个坝段设置综合位移标点5个，观测时采用进行前方交会对位移标点进行测量。

垂直位移监测采用精密水准法进行，精密水准网是枢纽建筑物变形监测的基准，根据地形条件、枢纽布置情况，进行精密水准网布设。水准基准点的设置应远离大坝应力影响范围之外的稳定区域，而且要减少施工干扰。故坝体垂直位移监测采用在坝下游约1.0～1.5km处设置水准基准点，然后利用水准路线通过上坝公路引至坝区附近的工作基点。坝基垂直位移，自动化采用静力水准系统进行观测，根据坝基灌浆廊道的布置情况，在坝基上游灌浆廊道内布置5个静力水准测点，其布置位置对应坝顶综合位移测点断面。坝基垂直位移观测校测基点用拱冠梁处布置的双标倒垂进行校核。

3.3.2 坝体接缝和裂缝

在可能会出现裂缝部位，布置裂缝计，例如坝体受拉区、并缝处、基岩面高程突变等部位。针对存在断层、裂隙与夹层层面出露边坡位置，设置多点位移计。坝体接缝主要包括坝身布置的4条诱导缝和坝基接触缝[2]。

坝基扬压力监测应根据建筑物类型、规模、坝基地质条件、渗流控制工程措施，进行科学布置，设置1～2个纵向监测断面。纵向监测断面需布设在第一道排水幕线之上，每个坝段设置一个测点，在地质条件复杂的坝段，可适当增加测点数量。与纵向监测断面不同，横向监测断面需选择在高坝段，横向断面间距保持在50～100m之间，若坝体比较长，需要增加横断面的间距，横断面需要设置3～4个测点。花地河拱坝坝型较薄、河床较窄、坝基地质条件比较差，故在拱坝基础设置1个横向监测断面，1个纵向观测断面[3]。

3.4 坝体、坝基温度监测

温度监测坝段为重点坝段，测点分布要结合坝体结构特点来定。在温度梯度比较大，或者孔口附近坝段，则增加测点。在拱坝监测坝段，可结合不同坝高，坝内温度计间隔按1/10～1/15倍坝高布置，布设3～7个监测截面。在截面和中心断面的每一条交线上分别布置3～5个测点。

3.5 坝体应力应变监测

结合此大坝应力三维有限元分析计算成果，在地震特殊荷载组合下，压应力和拉应力均最大，但因为该组合为瞬间荷载，应力不易捕捉，在基本组合下坝体较大应力发生在EL953m、EL938m高程左拱端部位。综合考虑坝体应力计算成果、各荷载组合的发生频率及混凝土的受力特点，初步选定在EL953m和EL938m布置两个拱向应力观测截面，在拱冠梁和2#、4#坝段分别设置设一个梁向观测断面，构成拱梁空间监测体系。共布置3套3向应变计、26套3向应变计和35套无应力计。