淺談混凝土面板堆石壩原型觀測(cè)設(shè)計(jì)及分析
摘要：由于混凝土面板堆石壩的設(shè)計(jì)和施工迄今仍以經(jīng)驗(yàn)性為主，原型觀測(cè)可視為經(jīng)驗(yàn)的源泉，受到國(guó)內(nèi)外水電專家的廣泛重視。本文詳細(xì)介紹了積石峽混凝土面板堆石壩原型觀測(cè)設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合本工程特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)突出，觀測(cè)項(xiàng)目全面，為工程安全運(yùn)行提供可靠依據(jù)。
關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩,原型觀測(cè),設(shè)計(jì),分析
1工程概況
積石峽水電站位于青海省循化縣內(nèi)積石峽出口處，是黃河上游“龍青段梯級(jí)規(guī)劃”的第五個(gè)大型梯級(jí)水電站，距青海省西寧市公路里程為206km，地理位置適中，對(duì)外交通便利。
積石峽水電站工程樞紐建筑物由砼面板堆石壩、左岸表孔溢洪道、左岸中孔泄洪洞、左岸泄洪排沙底孔、左岸引水發(fā)電系壩后廠房組成。工程規(guī)模為二等大（2）型，主要任務(wù)是發(fā)電，總裝機(jī)容量1020MW。
混凝土面板堆石壩壩頂長(zhǎng)度為324.0m，壩頂寬度為10.0m，最大壩高101m，上游坡1:1.5，下游坡1:1.4～1：1.3，防浪墻為“L”，高5.2m，壩頂高程1861.0m。
面板為不等厚，厚度t=0.3+0.003H，面板間設(shè)垂直縫；面板與趾板、壩前塔式電站進(jìn)水口、左岸表孔溢洪道右側(cè)重力式擋墻間設(shè)周邊縫，發(fā)電引水鋼管外包混凝土右側(cè)邊緣頂部對(duì)應(yīng)的面板垂直縫設(shè)周邊縫；壩頂防浪墻與面板和左岸溢洪道混凝土邊墻間設(shè)伸縮縫。壩體填筑總量295萬m3。
2觀測(cè)目的及內(nèi)容
混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)的主要目的是監(jiān)測(cè)大壩在施工期和運(yùn)行期間的工作實(shí)態(tài)，為大壩安全運(yùn)行服務(wù)。
在確定觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合本工程特點(diǎn)來確定。本混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是變形和的滲流狀況。對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，重復(fù)設(shè)置了儀器，以獲得重要而全面的資料，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：堆石體表部及內(nèi)部變形、面板變形及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、堆石體壓力監(jiān)測(cè)、周邊縫和板間縫位移監(jiān)測(cè)、強(qiáng)震監(jiān)測(cè)以及岸坡位移和錨固應(yīng)力監(jiān)測(cè)。
3分項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)及分析
3.1變形監(jiān)測(cè)
3.1.1壩體表面變形觀測(cè)
壩體表面變形觀測(cè)包括壩頂面和下游坡面水平位移、垂直位移觀測(cè)。水平位移采用視準(zhǔn)線法和交會(huì)法進(jìn)行觀測(cè)，垂直位移采用水準(zhǔn)測(cè)量法觀測(cè)。主要監(jiān)測(cè)設(shè)施為表部水平位移測(cè)點(diǎn)與垂直位移測(cè)點(diǎn)，以及相應(yīng)的工作基點(diǎn)。水平與垂直位移共同使用一個(gè)觀測(cè)墩。每條視準(zhǔn)線設(shè)兩個(gè)工作基點(diǎn)及兩個(gè)校核基點(diǎn)。工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)與樞紐控制網(wǎng)相連，便于對(duì)其進(jìn)行校核。
壩頂和下游邊坡布置了視準(zhǔn)線4條，共21個(gè)測(cè)點(diǎn)，13大壩水平位移與垂直位移綜合標(biāo)點(diǎn)（其中6個(gè)位于觀測(cè)房頂部）、8個(gè)臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)。
3.1.2壩體內(nèi)部變形觀測(cè)
壩體內(nèi)部變形觀測(cè)包括壩體內(nèi)部水平位移、豎直位移（沉降）觀測(cè)。水平位移采用引張線式鋼絲水平位移計(jì)、滑動(dòng)式測(cè)斜儀和振弦式位移計(jì)觀測(cè)，豎直位移采用水管式沉降儀和電磁沉降儀觀測(cè)。
考慮到壩址處河谷，并結(jié)合兩岸岸坡及壩腳地形，本工程選擇5個(gè)橫斷面、3個(gè)縱斷面水平及豎直位移監(jiān)測(cè)橫斷面。壩右0+88.36、0+168.36、0+248.36設(shè)內(nèi)部水平位移橫向監(jiān)測(cè)，分別在高程1800m、1820m、1840m共設(shè)7套引張線式鋼絲水平位移計(jì)。壩右0+167.36（4套電磁沉降儀）、壩右0+88.36、0+168.36、0+248.36（水管式沉降儀）設(shè)豎直位移監(jiān)測(cè)，分別在高程1800m、1820m、1840m共設(shè)7套水管式沉降儀，壩0-025、0+000、0+020設(shè)水平位移縱向監(jiān)測(cè)，分別在高程1830m、1835m、1837m、1842m、1850m、1855m共設(shè)12套振弦式位移計(jì)。各位置分別用于觀測(cè)反濾墊層、主堆石區(qū)及次堆石區(qū)內(nèi)的水平及垂直位移。位移觀測(cè)設(shè)施安裝于下游壩坡的觀測(cè)房?jī)?nèi)，并且與下游壩坡視準(zhǔn)線位移測(cè)點(diǎn)相結(jié)合以確定壩體內(nèi)的位移變化量。
3.1.3壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)方法
�。�1）水平位移監(jiān)測(cè)方法:引張線式鋼絲水平位移計(jì)
鋼絲水平位移計(jì)適用于長(zhǎng)期觀測(cè)土石壩內(nèi)部的位移，了解被測(cè)物體的穩(wěn)定性�？蓡为�(dú)安裝，亦可水管式沉降儀聯(lián)合進(jìn)行觀測(cè)。
1）結(jié)構(gòu)：鋼絲水平位移計(jì)由錨固板，銦合金鋼絲、保護(hù)鋼管、伸縮接頭、測(cè)量架、配重機(jī)構(gòu)、讀書游標(biāo)卡尺等組織。
2）工作原理：當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物（大壩）發(fā)生水平位移時(shí)將會(huì)帶動(dòng)錨固板位移，通過固定在錨固板上的鋼絲卡頭傳遞給鋼絲，鋼絲再帶動(dòng)讀書游標(biāo)卡尺上的游標(biāo)，用目測(cè)方式很方便的將位移數(shù)據(jù)讀出。測(cè)點(diǎn)的位移量等于實(shí)時(shí)測(cè)量值與初始值之差，再加上觀測(cè)房固定標(biāo)點(diǎn)相對(duì)位移量。觀測(cè)房?jī)?nèi)固定標(biāo)點(diǎn)的位移量由視準(zhǔn)線測(cè)出。
�。�2）豎直位移監(jiān)測(cè)方法:電磁式連桿式分層沉降儀
1）結(jié)構(gòu)：沉降量的測(cè)量有兩大部分組成，一是地下材料埋入部分，由沉降導(dǎo)管和底蓋、沉降磁環(huán)組成；二是地面接受儀器──鋼尺沉降儀，由側(cè)頭、測(cè)量電纜、接受系統(tǒng)和繞線盤部分組成。
2）觀測(cè)方法及公式：測(cè)量時(shí)，使用鋼尺沉降儀，先擰松繞線盤后面的止緊螺絲，讓繞線盤轉(zhuǎn)動(dòng)自由后，按下電源按鈕，把側(cè)頭放入導(dǎo)管內(nèi)，手拿鋼尺電纜，讓側(cè)頭緩慢地向下移動(dòng)，當(dāng)側(cè)頭接觸到土層中的磁環(huán)時(shí)，接收系統(tǒng)的音響器便會(huì)發(fā)出連續(xù)不斷的蜂鳴聲，此時(shí)讀寫出鋼尺電纜在管口的深度尺寸，這樣一點(diǎn)一點(diǎn)地測(cè)量到孔底，稱為進(jìn)程測(cè)讀，用字母Ji表示，當(dāng)在導(dǎo)管內(nèi)收回測(cè)量電纜時(shí)，也是通過土層中的磁環(huán)，接收系統(tǒng)的音響器發(fā)出的音響，此時(shí)也須讀寫出鋼尺電纜在管口的深度尺寸，如此測(cè)量到孔口，稱為回程測(cè)讀，用字母Hi表示。該孔各磁環(huán)在土層中的實(shí)際深度用字母Si表示。
其計(jì)算公式：Si＝（Ji+Hi）/2
式中：i──為一孔中測(cè)讀的點(diǎn)數(shù)，及土層中磁環(huán)的個(gè)數(shù)；
Si──i測(cè)點(diǎn)距管口的實(shí)際深度（㎜）；
Ji──i測(cè)點(diǎn)在進(jìn)程測(cè)讀時(shí)距管口的深度（㎜）；
Hi──i測(cè)點(diǎn)在回程測(cè)讀時(shí)距管口的深度（㎜）；
3.1.4大壩沉降分析
沉降在混凝土面板堆石壩的發(fā)展過程中一直是被人們高度重視的問題�？刂贫咽系淖冃�，以最大限度地減小堆石體的變形，保證面板與其接縫止水防滲的可靠性。
混凝土面板堆石壩變形量的大小主要受下列因素的影響：
1)材料的物理力學(xué)性質(zhì)及粒徑級(jí)配
堆石料質(zhì)地堅(jiān)硬、軟化系數(shù)小，能承受較大的由堆石壩自重所產(chǎn)生的壓應(yīng)力，填筑體變形就較小。
使用粒徑級(jí)配良好的石料，碾壓后密實(shí)度和變形模量較大，可相應(yīng)減小施工期和運(yùn)行期的位移。
2)填筑、碾壓方法及碾壓密實(shí)度
對(duì)堆石料所采取的碾壓方法不同，壩體密實(shí)度差異較大。用振動(dòng)碾壓新工藝的堆石壩要密實(shí)得多，變形也自然小得多。
3)壩體高度
堆石壩在一定的上下游坡度、材料級(jí)配和碾壓密實(shí)度情況下，壩高愈大，水壓和自重力愈大，引起的堆石體變形也愈大。
3.2滲流監(jiān)測(cè)
滲流監(jiān)測(cè)是指對(duì)在上下游水位差作用下產(chǎn)生的滲流場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，主要包括滲透壓力觀測(cè)和滲流量觀測(cè)兩部分。本工程區(qū)滲流監(jiān)測(cè)主要為壩基、壩體滲流監(jiān)測(cè)滲流量和繞壩滲流監(jiān)測(cè)。壩基、壩體滲流主要監(jiān)測(cè)儀器為振弦式滲壓計(jì)，繞壩滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施及儀器主要為地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔及平尺水位計(jì)。滲流量監(jiān)測(cè)采用量水堰法進(jìn)行，
4.結(jié)語
觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，必定會(huì)為該壩安全運(yùn)行起到重要作用，并為改進(jìn)和提高設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)管理提供重要的科學(xué)依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
�。�1）黃河積石峽水電站混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測(cè)施工技術(shù)要求。
�。�2）《大壩安全監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化》何勇軍、劉成棟、向衍、范光亞著�！�
