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1、新疆北疆引水工程500 平原水库大坝安全监测系统设计 中国电力网 2007年11月9 日11:22 来源：?点击直达中国电力社区?摘?要新疆北疆引水工程500平原水库库容2, 81亿m3，为大(2)型水利工程，是整 个引水工程的尾部调节水库。坝轴线长约17km，最大坝高28. 0m,坝基为深厚覆盖层软基， 由于地形限制，在坝身设有放水兼放空涵洞，其工程性态复杂。为确保工程安全运行，在大 坝上设计了较为全面的安全监测系统。并从设计原则、监测项目、仪器选型仪器布置及监测 成果等方面，介绍该水库大坝的安全监测系统。图1 幅。关键词 平原水库?均质土坝?涵洞?安全监测设计1 工程概况新疆北疆引水工程5
2、00平原水库是引水工程的尾部调节水库，坝址位于天山北缘山前冲洪积 下部细土平原区，北部为中主坝，东、西、南三面为副坝。工程自2002年4月开工建设，目 前主体工程已经完成，并已于2005年9月底通水成功并开始蓄水。 500水库库容为 2.81 亿 m3,属大(2)型水库，工程等别为II等,其主要建筑物为粉质壤土均质土坝和钢筋混凝土涵洞。坝顶高程503. 00m，最大坝高28m,上游坝坡坡比为1： 3. 0,下游坝坡坡比为1： 2. 5,圆 弧段490. 00m高程以下放缓为1： 2. 75,下游坡在490 m高程处设一级2m宽的马道，坝体 内部设“L”型排水体与下游坡脚排水棱体相接。涵洞为双孔
3、城门洞型。水库主、副坝典型削 面(见图1)。该水库均质土坝有如下3个特点：一是坝轴线长；大坝全长约17. 6km，其中主坝(中坝段) 长8. 264km，东副坝长3. 038km，西副坝长3. 27km，南副坝长3. 104km；二是坝基为深覆 盖层软基；其中东、西、南副坝坝基埋深24m处还存在厚24m的软弱夹层；三是工程的 泄水建筑物因地形限制采用在坝内埋涵洞的设计方案，均质土坝上有钢筋混凝土结构的涵洞 贯穿主坝坝身。按碾压式土石坝设计规范(S1274-2001)要求，在软基上布置泄水建筑物 时需要进行技术论证，除了在建坝前进行试验研究论证外，为确保工程运行安全，还要在大 坝上设计较为全面的
4、监测系统，仪监控工程安全。图 1?大坝典型断面监测仪器布置图2 水库大坝安全监测系统设计原则与依据为确保500平原水库的大坝安全，在水库大坝上设置了原型观测系统。在施工期，监测大坝 填筑质量；在运行期，监测大坝的运行状态，用以保证水库大坝的安全运用，充分发挥工程 效益；同时，通过积累第一手的原型观测资料，对大坝的变形、渗流以及接触土压力性状和 规律进行研究。根据碾压式土石坝设计规范(SL274-2001)、土石坝安全监测技术规范(SL60-94)的相 关要求，大坝表面变形、坝体及坝基渗流是必须观测的项目；大坝内部重点部位的变形可进 行选择性观测；大坝应力观测是选择性观测项目。就工程本身而言，本
5、工程在坝下有放水(兼 放空）涵洞穿过坝体，涵洞周围土体与涵洞的接触变形、接触渗流状态是本工程的观测重点。3 监测系统仪器布置根据土石坝安全监测技术规范（SL60-94）的相关要求并结合本工程的具体情况，500水库 大坝设置有变形观测、渗流观测、接触土压力观测以及库水位水质观测等项目。31 变形现测大坝的变形观测包括大坝表面变形、大坝内部变形（沉降和水平位移）、涵洞与周围土体接触 部位变形观测和涵洞结构缝变形等内容。表面变形：大坝的表面变形观测布置在中主坝和东、西副坝上。中主坝每隔约200m设1个观 测断面，每个断面设4 个位移观测标点，水平位移和竖向位移观测共用。位移标点具体布置 为：上、下游
6、坝肩各1 个，下游坝坡2 个。总计42 个断面，共设168个标点。东、西副坝每 隔约300m设1个观测断面，每个断面设3个位移观测标点，水平位移和竖向位移观测共用。 位移标点具体布置为：上、下游坝肩各1 个，下游坝坡1 个，总计14 个断面，共设42 个标 点。表面竖向位移，采用水准法测量；表面水平位移垂直坝轴线方向分量，采用视准线法与 三角网法联合观测。内部变形观测：大坝的内部变形观测包括竖向位移（沉降）和水平位移观测。竖向位移采用干 簧管式沉降仪观测，水平位移采用伺服加速度计式测斜仪观测。中坝和东副坝分别设置2 个 内部变形典型观测断面，西副坝设置1个典型观测断面，其桩号分别为中坝4+08
7、0、中坝4+300、 东副坝 0+600、东副坝 1+800 和西副坝 1+161376。中坝两个观测断面以及东副坝1+800 观 测断面在二步坝轴线处各布设1 条观测剖面，东副坝 0+600 和西副坝 1+161376 观测断面在 一步坝轴线处各布设1 条观测剖面，埋设沉降测斜管和沉降环，竖向位移与水平位移观测结 合使用，观测中将坝基沉降与坝体沉降分开观测，同时观测东、西坝段坝基软弱夹层的水平 位移。每条观测剖面上沿高程方向每间隔约2m布置1个沉降测点，间隔0. 5m布置1个水平 位移测点。涵洞与坝体接触部位变形： 500 水库大坝下埋有钢筋混凝土结构的放水（兼放空）涵洞，用来 输水和放空水
8、库。由于涵洞为刚性建筑物且穿过坝体，涵洞与坝体接触部位容易产生差异沉 降，因此沿涵洞轴线布设位移计观测涵洞与坝体间的相对变形是必要的。根据涵洞结构，沿 涵洞轴线设 3 个观测断面，每个观测断面布置4 组两向位移计，共计24 支位移计。涵洞结构缝变形：由于涵洞建在软基上，地基变形对涵洞变形的影响主要反映在对结构缝变 形的影响上，因此沿涵洞轴线选择3 个断面在结构缝下面埋设测缝计，用来观测结构缝的变 形，每个断面设有2 个测点，共 6 支仪器。3. 2 渗流观测渗流观测是本工程的重点，观测内容主要包括坝体和坝基的渗透压力和围坝下游地下水位及 水质观测。渗透压力包括坝体、坝基的渗透压力和坝下放水放空
9、涵洞沿线渗透压力观测。坝基、坝体的渗透压力观测，主要观测水库大坝坝基、坝体的渗流情况。大坝共布置 11 个观 测断面，共计125支 GKD 型钢弦式孔隙水压力计。其中，东、西副坝各设1 个观测断面，桩 号为东坝0+600、西坝 1+161376，这2 个断面均在坝基软弱夹层处设有2 支仪器，用来观 测施工期软弱夹层孔隙水压力消散情况；中坝两个圆弧段各设 1 个观测断面，桩号为中坝 2+000、中坝6+200，这两个断面的仪器主要用来观测圆弧段坝基坝体的渗流状态；在涵洞两 厕各设3 个观测断面，桩号为中坝3+600、中坝3+850、中坝4+080、中坝4+300、中坝4+600、 中坝 4+79
10、7794，主要用来观测涵洞两侧坝基、坝体的渗流情况。涵洞沿线渗透压力观测，是在沿涵洞轴线的重点结构缝布设观测断面，以监测沿涵洞轴线的 渗流情况。沿涵洞轴线共设置6个观测断面，每个断面布置6 支孔隙水压力计（涵洞上、下、 左、右、左上角、右上角各布置1 支）。共计36 支孔隙水压力计。坝体渗透水位观测：为了和孔隙水压力计的观测结果相比较，在高坝的两个圆弧段渗透压力 观测断面附近各设1 个观测断面用测压管观测坝体渗透水位，这两个断面的桩号分别为中坝 2+010、中坝6+210，每个断面各布置4支测压管，共计8 支。围坝下游地下水位及水质观测： 为监测围坝下游地下水位及水质变化情况，在中坝共设置5
11、个观测断面，其中，中坝直线段 设3 个观测断面，中坝的两个圆弧段各设1 个观测断面，每个观测断面设5个监测孔，以了 解水库蓄水前后下游地下水位及水质的变化情况。土压力观测：为了观测涵洞与周围土体的接触情况，沿涵洞轴线布置3 个断面埋设界面式土 压力计进行观测。每个断面埋设6 支土压力计，共计18 支。库水位观测：为观测库水位，设水位观测点1 个，用水位计进行观测。4 监测系统取得的初步成果监测系统设计完成后，工程施工过程中严格设计要求进行埋设施工。施工期监测到的大坝最 大沉降量（含坝基）为715mm，其中坝基沉降量占87%左右，表明大坝沉降主要有坝基引起， 监测成果为正确、客观评价工程质量发挥
12、了十分重要的作用。涵洞部位的变形监测成果表明，涵洞部位坝体与涵洞别之间的接触情况良好，为判断大坝工 作性态提供了十分重要的资料，表明涵洞部位的土料选择、压实标准等是合理、科学的。坝体内部水平位移观测成果表明，尽管坝下又软如夹层存在，由于选择了合理的施工方法，大坝施工期的水平位移均较小，最大值均没有超过20mm，沿深度方向变化不大，且有收敛的 趋势。孔隙水压力观测结果表明，大坝施工期，除个别埋设较低的孔隙水压力计测值受地下水影响 外，大部分孔隙水压力计所测结果为填土固结产生的孔隙水压力，其测值均不大。5 结 ?语 新疆北疆引水工程 500 平原水库大坝的监测成果表明，监测系统设计方案是合理的。仪
13、器布 置方案及仪器数量既满足了规范要求，又根据工程特点进行了重点观测，充分体现了照顾一 般，突出重点的设计理念，观测成果具有很强的针对性和实用性，对评价工程安全起到了重 要作用。安全监测系统在工程建设中，是一个较小的工程，但其作用十分巨大，许多工程的失事就是 没有科学、完整的监测系统，当工程出现问题时不能及时发现所致。因此，设计一套完整、 合理的监测系统，对确保工程安全是十分重要的。参考文献：1 ?SL274-2001,碾压式土石坝设计规范S.2 ?SL60-94，土石坝安全监测技术规范S.3 ?陈生水，霍家平等.新疆引额济乌工程500水库大坝施工期原型观测及资料分析R.南 京水利科学研究院， 2005， 6.
