水库面板堆石坝原型观测设计

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摘要：由于面板坝的设计和施工迄今仍以经验性为主，原型观测可视为经验的源泉，受到国内外专家的广泛重视。本文详细介绍了黄石滩水库钢筋混凝土面板堆石坝原型观测设计，在资金非常有限的条件下，紧密结合本工程特点，力求监测仪器少而精，监测重点突出，观测项目全面，为工程安全运行提供可靠依据。

　　关键词：黄石滩 面板坝 原型观测 设计

　　1.工程概况

　　黄石滩水库位于陕西省安康市以北付家河上，距离安康市约31km.水库控制流域面积348km²，总库容4177万m³.是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖的三等中型水利工程。整个工程由拦河坝、岸坡溢洪道、输水洞、导流排砂泄洪洞等建筑物组成。水库坝址河床为狭窄的“V”形河谷，底宽仅40m，岸坡陡峻，两岸基本对称，库区地震基本烈度为Ⅵ度。河床内砂卵石层厚度5～8m，基岩为绢云母石英片岩，岩层倾向上游。两岸岸坡基岩裸露，两岸山体上部岩体风化强烈，构造发育，山体单薄，存在绕坝渗漏问题。拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高坝高75.6m，坝顶长210m，坝顶宽8m.

　　上游坝坡为1：1.4，下游坝坡为1：1.25～1：1.4.下游面405m高程设上坝道路。坝体填筑总方量为68.5m³.坝体填筑料从上游向下游依次为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区。垫层区、过渡区水平宽度均为3m，次堆石区布置在坝轴线下游，顶部高程为420.43m，顶宽为3m，底部高程为360m，上游面为1：0.1的倒坡，下游坡比为1：1.4.坝体垫层区、过渡区、主堆石区填筑料采用辉长-闪长岩，其饱和抗压强度为98.2MPa、软化系数平均为0.65；次堆石区填筑料采用绿泥石片岩，其饱和抗压强度为76.9MPa、软化系数为0.52.面板为等厚度，厚0.3m，混凝土强度标号C25，抗渗标号W8，面板截面中间设单层钢筋。趾板基础为娟云母石英片岩，河床趾板处有F9、F19断层相交通过，开挖后对两断层交汇地段用砼进行了置换。对趾板基础进行固结灌浆处理，趾板下及两岸单薄山梁设防渗帷幕。

　　2.观测目的及内容

　　黄石滩面板坝安全监测的主要目的是监测大坝在施工期和运行期间的工作实态，为大坝安全运行服务。在确定观测项目时，依据《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218-84）及《土石坝安全检测技术规范》（SL60-94），并结合本工程特点来确定。本面板坝安全监测的重点是变形和基础的渗流状况。对地质条件复杂的地区，重复设置了仪器，以获得重要而全面的资料；而且采用一仪多用，扩大了监测范围，尽量做到监测仪器少而精。

　　工作基点和校核基点要求位于坚实的基础上，并且与枢纽控制网相连，便于对其进行校核。在坝顶和下游边坡上布置了视准线4条，共13个测点、8个工作基点、8个校核基点。4条视准线有2条位于坝顶，距坝轴线的距离分别为坝上4.85m（高程420.93m）和坝下5.0m（高程423.6m）；另外2条视准线位于坝下游坡，距坝轴线的距离分别为37.7m（高程400.0m）和66.165m（高程380.0m）。坝体内部变形观测坝体内部变形观测包括坝体内部水平位移、竖直位移观测。水平位移采用引张线式水平位移计观测，竖直位移采用水管式沉降仪观测。

　　考虑到坝址处河谷狭窄，坝顶长度较短，结合两岸岸坡及坝脚地形，本大坝选择一个横断面即最大断面0+107.00剖面为内部水平及竖直位移监测横断面。设计在坝桩号0+107.00剖面，高程380.9m（1/3坝高）设一套4个测点的观测仪器，高程400.9m（2/3坝高）设一套2个测点的观测仪器。各测点分别用于观测反滤垫层、主堆石区及次堆石区内的水平及垂直位移。位移观测设施安装于下游坝坡的观测房内，并且与下游坝坡视准线位移测点相结合以确定坝体内的位移变化量。面板表面变形观测面板表面变形观测包括面板周边缝、垂直缝和挠度观测。周边缝采用三向测缝计，垂直缝采用单向测缝计监测。面板挠度用紧靠面板下垫层中测点的沉降与水平位移间接测定。根据面板周边缝计算结果，本工程面板周边缝变形都不大，设计共安设三向测缝计6个，均布置于水库运行时面板切向、沉陷、张拉变形较大的部位。根据面板垂直缝计算结果，面板垂直缝有拉有压，总体而言，靠近两岸垂直缝为拉缝，河床部位面板垂直缝基本为压缝。对垂直缝的监测，共安设单向测缝计4个，均布置于水库运行时面板张拉变形较大的部位。渗流监测渗流监测包括渗透压力观测和渗流量观测两部分。

　　渗透压力观测渗透压力采用钢弦式孔隙水压力计进行观测。渗透压力观测主要包括坝基河床底部渗透压力观测和坝肩绕坝渗流渗透压力观测。本工程共埋设了10支渗压计。0+107.00剖面埋设了5支渗压计，其中4支埋设于坝基沿河床底部，用于对坝基沿河床底部渗透压力的观测，一支埋设于380.5高程面板下垫层料中，用于对坝体孔隙水压力的观测。根据本工程地形特点和地质情况，右岸为绕坝渗流观测的重点部位。坝体右岸与河道上游仅隔一单薄分水岭，岩性为娟云母石英片岩，其抗压强度低，软化系数小，岩层从上游通向坝内，水库建成后，易发生渗漏，从而影响大坝安全。因此右岸坝肩共埋设渗压计4个、左岸坝肩埋设1个渗压计。渗流量观测渗流量采用设在坝下游的不锈钢三角量水堰进行量测，共设量水堰1个。水库水位观测上游库水位观测与导流泄洪洞放水塔前水位观测相结合，采用电测水位计量测，下游库水位观测设于下游量水堰处，采用水尺测量。

　　结语

　　尽管受资金条件限制，黄石滩水库大坝按规范要求采用较少的仪器设计了比较齐全的监测项目，随着工程施工的全面展开，观测仪器的安装将逐步到位，有很多技术问题将通过仪器的观测结果逐步得到验证。观测系统的运行，必定会为该坝安全运行起到重要作用，并为改进和提高设计、施工和管理的技术水平提供重要的科学依据。