水布垭大坝安全监测设计与新型仪器应用（季凡 赵卫）

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1、水布垭大坝安全监测设计与新型仪器应用（季凡赵卫）　　摘要:水布垭混凝土面板堆石坝最大坝高233m，在设计、施工等方面均存在超常规的技术问题，无先例和经验可借鉴。为此，针对水布垭地形、地质条件和建坝材料的特点，将水布垭堆石坝混凝土面板应力变形分析作为专题，列入了国家“九五”科技攻关项目。研究表明，高面板坝可能存在的主要问题是:坝体变形大导致接缝张开、止水失效或面板断裂而造成大量漏水，影响大坝及水库的正常运行。 　　关键词:安全监测;设计;新型监测仪器应用;水布垭水利枢纽 中图分类号:TV698.1文献标识码:A 　　安全监

2、测是直接对工程原型进行观测，比模型试验、有限元分析等更加真实、客观地反映大坝的运行性态。因此，针对水布垭高面板堆石坝，在混凝土面板及堆石坝的关键部位进行全面的安全监测，对监视工程安全、指导施工及验证设计均具有重要的实际意义。本文针对面板堆石坝的安全监测设计和采用的新型监测手段进行介绍，供相关工程参考。 1监测系统总体设计 1.1设计原则 　　安全监测包括两种措施，即仪器监测和巡视检查。针对水布垭工程的特点，按照国家有关规范，本工程监测系统总的设计原则是: 　　目的明确，突出重点。安全监测系统应根据监视枢纽安全运行和及时对

3、工程作出安全评价的需要来设置监测项目和监测仪器。监测系统的重点放在两个效应量:变形和渗流。从影响工程的安全度考虑，按照重要、一般两个层次布置监测部位。 　　统一规划，分期实施。根据水布垭工程建设期长达8a的特点，监测系统不可能一次建成，特别是施工期必须采集到完整的资料，不可能等监测系统完成后进行，因而必须根据施工计划和监测规划分期实施。设计中既要考虑到监测工程的整体性和系统性，同时又要保证监测设备能与主体工程建设同步施工，按时运行，适时采集，及时处理和分析。 　　一项为主，互相检校。各种监测项目要互相检校，以便在资料分析

4、和解释时相互印证。在系统布置方面同样考虑自动化监测和人工监测功能互相检校。确保监测资料的完整性，防止因设备故障而造成漏测和资料系列被中断。 　　性能可靠，操作简便。监测仪器的选择应满足“技术成熟、性能可靠、操作简便”的原则，其次，监测仪器还应具有先进性、经济性和长期稳定性，能反映出现代大坝安全监测的技术和水平。 　　永临结合，节约投资。永久监测设备的布置适当结合施工期监测的需要，在施工期及时观测，为施工安全监测服务，以减少施工期临时监测仪器的数量，节约工程投资。 1.2主要监测项目及内容 　　水布垭高面板堆石坝堆石体的变

5、形、混凝土面板的变形和蓄水后大坝渗漏量的变化是工程安全运行重点关注的问题。有限元计算成果表明，大坝的最大沉降为坝高的0.76%～0.98%，面板的最大挠度值为79.0cm。周边缝变形的设计确定值为:张开5.0cm，沉降5.5cm，剪切3.0cm。由于模型试验和有限元分析不可能完全模拟所有的边界条件，工程中受堆石料的密实度、施工程序、施工工艺等因素的影响，实际情况比计算情况要复杂得多，只有通过对原型进行全面监测，才能掌握工程的运行性态，了解工程的安全状况。 　　变形监测。面板堆石坝的变形监测包括面板、堆石体和坝基3部分的变

6、形监测。 　　渗流监测。渗流监测包括坝基渗透压力、坝体及坝基渗漏量、渗漏部位和绕坝渗流的监测。 　　面板应力和温度监测。通过埋设的光纤应变计、弦式应变计、钢筋计、温度计等，观测面板的应力应变和温度。 1.3主要监测断面 　　面板堆石坝的主要监测断面包括3个重要监测断面和1个一般监测断面，大部分测点主要布设在这些断面上。3个重要监测断面桩号分别为0+124、0+220m和0+364m。重要监测断面上将综合布置各类监测项目的测点，对混凝土面板和堆石体变形、渗流、面板应力等重要物理量进行监测。一般监测断面布设在桩号0+448m

7、处，该部位的面板均处于横向拉应力区，主要布设周边缝和板间缝开度测点。 2主要监测设施设计布置 2.1变形监测设施的布置 　　水平位移监测控制网。根据水布垭枢纽坝区地形及坝后滑坡分布情况，平面位移监测控制网由基本网和扩展网两级构成。基本网为首级网，由5点组成;扩展网为二级网，由13点组成。两级网的测边、测角观测精度要求完全一样，扩展网还可根据观测的需要补充网点。各网点的点位精度控制按最小二乘法进行估算，满足各点误差椭园长半径不大于1mm的要求。 　　垂直位移监测控制网。垂直位移监测控制网的基准点埋设在右岸大坝下游，距坝轴线

8、约3km的黑马沟处，并在大坝下游距坝轴线约7km处设1座校核基点，基准点成组埋设3座水准标石，水准路线沿两岸上坝公路、坝顶和水布垭大桥布设，组成一等水准环线。水准路线总长约12km，水准网点约20个。垂直位移监测控制网要求严格按《国家一、二等水准测量规范》中一等水准测量精度要求施测。 　　大坝基础变形监测。在河床中部