谭志伟，邹 青，刘 伟

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650051）

1 工程概况

糯扎渡水电站心墙堆石坝最大坝高261.5 m，心墙堆石坝坝顶高程为821.5 m，坝体基本剖面为中央直立心墙形式，心墙两侧为反滤层，反滤层以外为堆石体坝壳。坝顶宽度为18 m，心墙基础最低建基面高程为560.0 m，上游坝坡坡度为1∶1.9，下游坝坡坡度为 1∶1∶8。

糯扎渡工程导流洞于2006年1月开工，心墙堆石坝从2008年11月开始填筑，2011年11月6日开始下闸蓄水。目前大坝已累计填筑2 923.62万m3，心墙填筑至高程774.1 m，上游坝壳填筑至高程773.3 m，下游坝壳填筑至高程773.6 m，上、下游水位分别为681.64 m和601.41 m。

2 监测设计概况

糯扎渡心墙堆石坝主要监测项目包括变形、渗流、应力等。监测仪器布置呈 “3125”的布置格局，即分别在左岸、河床中部、右岸坝体布置3个横断面，沿心墙中心布置1个纵断面，在最大坝高和地质条件较差部位布置2个辅助断面，坝体共分5个高程进行监测。整个心墙堆石坝安全监测共布有各类监测仪器 （按测点数）约1 283支，目前心墙堆石坝共安装埋设各类监测仪器907支。

3 设计创新与实践

3.1 上游堆石体沉降监测

在心墙堆石坝常规的监测设计布置中，堆石体位移监测较为注重下游堆石体变形情况。受上游堆石体施工及蓄水的影响，上游堆石体位移监测难度较高，根据文献资料，已完工的鲁布革[1]、小浪底[2]、瀑布沟[3]等水电站均未监测上游堆石体内部变形。从工程的重要性来看，上游堆石体蓄水后大部分位于水下，可能产生湿陷变形，运行期水位变化对上游堆石体变形影响较为直接，反而下游堆石体水位相对较为稳定，上游堆石体监测的重要性应高于下游堆石体。

为此，糯扎渡在上游堆石体位移监测上进行了探索。考虑到上游堆石体监测的难度，糯扎渡将上游堆石体位移监测分为施工期和蓄水期两个阶段。在施工期主要采用在堆石体内部布置弦式沉降仪监测内部变形，在堆石体表面布置视准线监测表面变形。由于弦式沉降仪最大测量范围有限 （小于70 m），蓄水后底部高程观测房将位于水下。为保证监测数据的完整性，分别在沉降测头对应位置布置渗压计，在岸坡稳固岩体相同高程对应布置渗压计，通过岸坡渗压计与堆石体渗压计测值之差得到堆石体沉降值。

图1 最高河床断面坝体沉降等值线分布（单位：m）

最高河床断面坝体沉降等值线分布如图1所示，上游堆石体最大沉降出现在高程660 m靠近心墙测点，沉降测值为2 322.57 mm，该测值占目前上游堆石体最大高度213.3 m的比例为1.1%。从位移分布来看，上游堆石体最大位移区出现在靠近心墙的堆石体中部，顶部和底部位移由中部向四周逐步递减，位移分布符合一般规律。

3.2 心墙沉降监测

心墙沉降对评价大坝工作状况具有重要价值，是大坝最重要的监测项目之一。心墙沉降监测通常采用电磁沉降仪。电磁沉降仪具有原理简单、测值可靠等优点，在土石坝中应用广泛。但传统电磁沉降仪主要有两大缺点：①电磁沉降仪对测斜管的埋设精度要求高，测斜管受挤压、过度弯曲、卡孔等因素都可能导致无法正常观测，高心墙堆石坝表现更为明显；②电磁沉降环为磁性体，蓄水后长时间位于水下可能导致磁性体消磁，不利于永久监测。

针对上述问题，糯扎渡在电磁沉降上主要进行了如下改进：①提高测斜管与周围土体变形协调性，采用每2节测斜管设置1个伸缩节以适应坝体变形，每个伸缩节外设置一根等长度PVC保护管以提高伸缩节的强度，埋设方式采用预留坑和人工回填，埋设过程中严格控制导槽方位角，较好的解决了测斜管的埋设问题。②提高耐久性，针对磁性沉降环长期监测可能会消磁的情况，糯扎渡将磁性沉降环改进为不锈钢环，测头通过感应不锈钢体时电流信号改变监测沉降，具有测量精度高、长期可靠性好的优点。

糯扎渡心墙沉降监测典型过程曲线见图2，位移分布如图3所示。由图2可以看出，心墙位移变化与坝体填筑过程具有高度相关性，主要位移发生在填筑期，坝体位移随填筑高度增加而增加，雨季停工期间，位移变化趋缓。第1填筑期最大沉降为384 mm，第2填筑期最大沉降为951 mm，第3填筑期最大沉降为1 985 mm，目前实测最大沉降为2 763 mm，发生于心墙中部688.30 m高程，最大累计沉降量约为心墙填筑高度214.1 m的1.29%，处于正常状态。由图3可以看出，心墙纵向位移分布呈河床中部大、两岸岸坡小的特征，最大沉降发生在最大坝高断面，沉降在横断面内分布呈中部大、顶部和底部小的特征。

图2 最高河床断面心墙典型测点沉降过程曲线

图3 心墙沉降沿纵向分布

3.3 心墙空间应力监测

在DL/T 5259—2010《土石坝安全监测技术规范》[4]中坝体应力为选测项目，其重要性在变形和渗流之后。但对于超高坝，因坝高带来的材料、力学等问题往往超过人们的一般认识。除了关注变形和渗流外，研究心墙应力分布可以为反演分析中本构模型优化调整提供依据，因此心墙应力也应作为重点关注对象。

糯扎渡在心墙中下部701 m高程左岸岸坡、心墙中部和右岸岸坡各布置了1组六向土压力计组。监测成果显示，701 m高程心墙最大主应力σ1在1.27～1.53 MPa之间，最大主应力与竖直n1的方向余弦在0.95～0.98之间，心墙应力主要受竖直向应力控制。监测成果与计算成果对比如图4所示，从图中可以看出，计算成果与监测成果在量值、变化规律上吻合程度较高，计算反演的参数较好的反映了心墙实际情况，心墙空间应力监测为高坝工作状态分析和反馈设计提供了可靠的基础资料。

图4 心墙中部701 m高程最大主应力监测与计算成果对比

3.4 心墙与反滤之间错动变形监测

对心墙堆石坝来讲，变形协调是评价大坝工作状态的重要内容之一。变形协调分析中重要的一项内容是心墙与反滤之间的错动变形。受监测手段制约，国内对心墙与反滤之间的错动监测尚无先例，糯扎渡将剪变形计引入心墙与反滤之间的错动变形监测。

剪变形计采用土体位移计改装，在位移计两端设置上下锚固板，其中上锚固板位于心墙，下锚固板位于反滤，共分5个监测高程。监测成果显示，剪变形计相对位移在-72.32～-0.86 mm之间，最大相对变形发生在最大沉降带的660 m高程。心墙与反滤之间产生相对错动变形主要由堆石体与心墙间的变形差异导致，但剪变形计实测错动变形均为受压，即心墙沉降大于反滤沉降，表明心墙与堆石体之间的差异变形主要被反滤层进行了消解，大坝整体具有变形协调性。

3.5 心墙与混凝土垫层之间相对变形监测

心墙与混凝土垫层之间相对变形主要采用土体位移计组进行监测。通过监测心墙纵向变形可以了解心墙与垫层交界部位的拉伸变形情况和出现拉裂缝的可能性，并以此判断工程安全状况。由于在心墙与混凝土垫层交界部位变形梯度大，以往工程常常出现因变形梯度过大导致传感器失效的情况。

糯扎渡在心墙与混凝土垫层之间相对变形监测设计中充分考虑变形梯度对传感器的影响，主要采取了以下改进措施：①采用500 mm超大量程的电位器式位移计，避免仪器量程估计不足带来仪器失效；②位移计分段设置采用3、8、18、30、45 m的递增方式，使得仪器适应最大拉应变量程为16%，大大提高了仪器成活率。

心墙与混凝土垫层间土体位移计组位移分布监测成果如图5所示，左岸土体位移计组45 m范围内最大累计位移为465.70 mm，实测分段位移在3～8 m段达到最大174.16 mm；右岸土体位移计组45 m范围内最大累计位移为443.93 mm，分段位移在0～3 m段达到最大195.53 mm。目前共埋设4组土体位移计，各分段变形均在仪器量程范围之内，工作状态良好，且已经受了初期蓄水考验。

图5 心墙与混凝土垫层间土体位移计组位移分布

3.6 下游堆石体沉降监测

下游堆石体沉降监测通常采用水管式沉降仪，该仪器在土石坝中应用广泛，在300 m以内的管线中有较好的应用案例。对于高坝300 m以上的管线，水管式沉降仪在实际应用过程中常常出现因线路过长带来精度下降、观测困难等难题。

为提高仪器精度和可靠性，糯扎渡下游堆石体水管式沉降仪将传统3管式改进为4管式，即由传统1根进水管、1根进气管和1根排水管改进为2根进水管、1根进气管和1根排水管，改进后的管路具有以下优点：①2根进水管同时观测的情况下，观测房中2根水管水位之差应为恒定值，同步观测可以减少人为误差，提高精度；②2根进水管可以相互备份，即当其中1根进水管堵塞，另1根进水管可以替代，提高了仪器可靠性；③当观测系统最薄弱的环节-排气管堵塞，传统3管式便无法观测，但采用两根进水管的情况下可以将其中1根进水管作为排气管，大大提高整条管线的可靠性。

糯扎渡下游堆石体观测房为内及嵌式，埋设4层共46套水管式沉降仪，最大位移区集中于堆石体中部的660 m高程，最大沉降为1 640.03 mm，目前下游堆石体最大填筑高度为203.6 m，最大沉降占堆石高度的比例为0.81%，测值可靠性和规律性均较好，下游堆石体典型水管式沉降仪过程曲线见图6。

图6 下游堆石体典型水管式沉降仪过程曲线

4 结 论

本文针对高心墙堆石坝的大变形、高应力和高水头对监测设计布置、仪器设备选型和施工带来的难题，在糯扎渡心墙堆石坝的监测设计中，对心墙、上下游堆石体以及界面错动变形、应力监测等方面进行了一系列改进和创新，以全面适应超高坝的工作特性。从应用情况来看，糯扎渡心墙堆石坝监测仪器经历了4个填筑期的考验，初期蓄水期间各监测仪器工作状态正常，在工程安全评价、反馈设计、指导施工等方面发挥了重要作用，相关经验可作为同类工程借鉴参考。

［1］ 张启岳，熊国文.鲁布革坝的原型观测［J］.水利水运科学研究，1994（3）:211-230.

［2］ 宗志坚，林秀山等.工程安全监测设计［M］.北京：中国水利水电出版社，2005:6-58.

［3］ 涂扬举，王文涛等.瀑布沟砾石土心墙堆石坝施工期监测分析［J］.水力发电， 2010， 36（6）:71-74.

［4］ DL/T 5259—2010 土石坝安全监测技术规范［S］.