吉林台一级水电站混凝土面板砂砾堆石坝安全监测设计.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第6期 吉林 台一级水 电站 混凝 土 面板 砂砾 堆 石坝 安全监 测 设计 杨 国华 ，郭 霞辉 ，高 闻 ，马宇燕 ( 1 北京华可实工程技术有限公司，北京1 0 0 0 2 5 ；2 国电新疆吉林台水电开发有限公司，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 2 ) 关键词 ：面板堆石坝；监测设计 ；吉林 台一级水电站 中图分类号 ：T V 6 9 8 1 ( 2 4 5 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 2 8 0 3 1 引言 吉林台一级水 电站处 于高寒 、高海 拔 、高地震 烈度区 ，在这样的环境建 1 5 7 m高的面板堆石坝 尚 属首次。挡水 建筑 物、泄水 建筑 物 均 为 1级建 筑 物，引水发电建筑物 和发 电厂房均 属 2级建筑物 ， 安全监测设计的原则 为突 出重点 ，兼顾全 面。结合 建筑物结构特点 、薄弱地 质条件和关键部位进行重 点监测。 2 工程概况 吉林台一级水 电站 以发 电为主，兼顾灌溉和 防 洪 ，属大( 1 ) 型 I等工程。电站装机 容量 4 6 0 MW， 水库总库容 2 5 3亿 m ，调节库容 1 7 0亿 m ，调洪 库容 1 5亿 i n ，死库容 6 8亿 IT I ，调节特性为不完 全多年调节。由混凝 土面板砂砾堆石 坝、深孔 泄洪 洞、表孑 L 泄洪洞 、引水发电建筑物、发电厂房等建筑 物组成。混凝土面板砂砾堆石坝最大坝高 1 5 7 m，抗 震设计烈度为 9度。 3 设计原则和监测项目 3 1 设计原则 设计原则如下 ：( 1 ) 吉林 台一级水 电站工程 以 安全监测为主，兼 有设计反馈 等作用 ；( 2 ) 监测仪 器设备的选择与布置力求能够较全 面地反映工程建 筑物的工作状况 ，其监测项 目应满 足监控建筑物施 工和运行的安全 、指导施工和管理 的要求 ，监测仪 器设备测点 的布置应具有代表性 ；( 3 ) 根据本工程 特点 ，选择对建筑物安全有控制性影响的项 目并结 合结构受力和地 质条件 复杂部位进行重点监测 ，采 用不同监测手段 ，互为校核和补充 ，以保证成果 的 准确可靠性 ；( 4) 按 规范规定并根据工程建筑物布 置 、结构型式及地形 、地质条件等 ，在 满足工程安 全监测需要的前提下 ，其监测项 目和仪 器设备 的布 置力求少而精 ，并 尽量减少施 工干扰 ；( 5 ) 用于施 工期 临时监测和运行期永久监测的项 目或仪器设备 应综合统筹布置 ，以保证不同阶段监测成果 的连续 性 ；( 6 ) 监测仪器设备 必须满足精度 、可靠性 和耐 久性要求 ，并便于观测 、管理 和工程 自动化监测 系 统的整体配套实施。 3 2监 测项 目 根据招标文件要求并结合本工程特点，对于钢筋 混凝土面板砂砾石坝，重点加强坝体、坝基和面板的 位移变形及渗流监测 ，主要包括：( 1 ) 坝体表面水平竖 向位移变形监测( 表面变形 ) ；( 2 ) 坝体内部水平、竖 向位移监测；( 3 ) 坝体 内部应力监测；( 4 ) 面板周边 缝 、垂直缝 、坝顶水平缝接缝位移监测 ；( 5 ) 面板法线 方向挠曲变形监测 ；( 6 ) 面板混凝土应力应变 、钢筋应 力及温度监测；( 7 ) 坝体、坝基及两岸绕坝渗流监测 ； ( 8 ) 地震反应监测( 地震强震) ；( 9 ) 库水位监测。 4 原型观测设计方案 4 1 坝体表面变形 坝体表面变形监测主要包括施工控制网和坝体观 测纵断面组成。施工控制 网根据两岸地形、地质和通 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 2 6 作者简介 ：杨国华 ( 1 9 6 2 一 ) ，男 ，教授级高级工程师。 W a t e rRe s o u r c e s a n dHy d r o p o wer En gin e e r i n g V o 1 4 1 No 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 视条件等分别设置工作基点和校核基点，共设置工作 基点 1 0个 ( 包括水准基点 ，下 同) ，校核基点 1 6个 ， 基准点通过 国家大地测量控制 网点 (I等 ) 引测和校 测 ，工作基点和校核基点 自基准点用活动觇标法和精 密水准法测量和校测。坝体观测纵断面为上下游 6条 平行于坝轴线的观测断面 ，分别为上游坝坡半坝高 1 条( 用于施工控制) ，坝顶 下游侧 1条 、下游 坝坡 半 坝高以上 2条 、下游坝坡半坝高以下 2条。坝体上游 面板和下游坡面测点均按 网格状布置 ，上 、下游方向 构成监测纵横断面。 4 2坝体 内部变形 坝体内部变形监测设两个观测断面，具体位置在 原河床的坝体最大坝高断面附近桩号坝 0+2 0 3 0断 面和左岸坝 0+1 1 9 8 4 7断面，最大 坝高断面为主监 控断面。在 主副监测 断 面 内，沿 各 自的 1 4 、1 2 、 3 4坝高各设置 3层水平竖 向位移测点。沉降仪测点 形成观测垂线 ，以确定其 间堆石体的压缩变形模 量。 两剖面共设置水管式沉降仪测点 3 3个；引张线式水平 位移计测点 3 O个 。在坝顶下游 0+ 0 0 8沿坝轴线桩号 0+1 8 2 4 、0+ 2 8 7 0设置了2根电磁式沉降测斜管。 4 3坝体 内部应力 坝体内部应力采用在堆石体 ( 砂砾石 ) 内设置土 压力计( 介质式 ) 进行监测 ，在坝体最大坝高横断面 和左岸坝 0+1 1 9 8 4 7断面设置 2个监测断面，布置 8 个测 点 。 4 4混凝 土面板 接缝 位移 监测 4 4 1 周 边缝接 缝位 移监 测 面板与趾板之间的周边缝是坝体 防渗结构 的薄 弱环节 ，其 缝 间位 移 的发展情 况 ，止水 可靠 与否 ， 直接影响到坝体的防渗效果 ，因此 ，需加强 面板周 边缝的位移变形 监测。在主控监测断面 、河床两 岸 起坡位置 、两岸坡 约 1 3 、1 2 、2 3坝 高处 以及 岸 坡突变和地质 条件差 的部位 相应 布置 三 向测缝 计 ， 共设置 1 1个测 点 ，观测不 同部位 面板 与趾板 之 问 周边缝 的开合度 、垂直 面板方 向的相对沉 降及沿缝 向的剪切位移。 4 4 2垂 直缝 、坝顶 水平缝 接 缝位 移监 测 根据坝体应力、变形计算成果分析，靠近两坝肩 部位面板垂直缝 为张性缝 ，河床 中间部位为压性缝 。 具体在坝体最大断面附近桩号坝 0+2 0 3 0及两侧坝 0+ 1 1 9 8 4 7、坝 0+2 8 8 2 8 1 ，沿不 同高程分 别设 置 单向测缝计 l 5支 ；在靠近两坝肩部位面板受拉垂直 缝 ，分别从变宽度面板分缝开始间隔设置 3条监测垂 直缝 ，布置单向测缝计 1 6支 ；在坝顶水平缝设 置单 水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第 6期 杨国华， 等吉林台级水电站混凝土面板砂砾堆石坝安全监测设计 向测缝计 4支。面板垂直缝和坝顶水平缝共设置单向 测缝计 3 5支。 4 5 面板法线方向挠 曲变形监测 不 同于国内其他面板堆石坝埋深斜面测斜仪观测 面板法线方 向挠度 的布置 型式 ，本工程选择桩 号坝 0+ 2 0 3 0 及两侧坝 0+1 1 9 8 4 7 、坝 0+2 8 8 2 8 1 ，在 面板表面( 或底部 ) 设置测倾计 ( 电平器 ) ，其中主控 监测断面设置 1 1个测点 ，靠近左 、右岸 的两个断面 分别设置 7个 、9个测点。 4 6面板 脱 空变形 监测 坝体面板下脱空采用大量程位移计 ( 脱 空计 ) 进 行监测 ，具体结合坝体表面、内部变形和面板挠曲变 形监测及面板施工分期 ，选择和挠度变形一致的监测 断面，在面板混凝土与基础间安装埋设大量程位移计 进行监测 。其中在主控监测断面设置 4个测点，在靠 近左 、右岸的两个断面分别设置 3个测点。 4 7 面 板混 凝土 应力应 变 、钢筋 应 力及温 度监 测 4 7 1 面板 混凝 土应 力 、应 变监 测 根据坝体和面板应力 、变形计算成果 ，并结合坝 体和面板变形监测布置 ，在主控监测断面受压区和靠 近两坝肩部位受拉区面板分缝 中间位置 ，共设置 3个 监测断面，设置三向应变计组 ，并在其附近设置无应 力计。其中对于主控断面布置 6组 ，左右副观测断面 各布置 3组 。 4 7 2 面板钢 筋应 力及 温度 监测 坝体 防渗采用变厚度 钢筋混凝土 面板 ，根据 坝 高面板应 采用单层 配筋 。对 于面板钢 筋应力 监测 ， 结合坝体和面板变形及应力 、应变监测 ，在桩号坝 0+ 2 0 3 0及两侧坝 0+1 1 9 8 4 7、坝 0+2 8 8 2 8 1 ，以 及靠近两坝肩的窄面板受拉区坝 0+ 0 6 2 2 7 8 、坝 0+ 3 6 8 2 7 8断面面板钢筋 上 ，沿 坡 向不 同高程 设置钢 筋应力计 ，并如前述按面板承受弯矩 ，各测点 均在 面板钢筋上设置 1支钢筋应力计 ，不 同监测断 面测 点原则上按等高程设置 ，以利于观测资料 的对 比分 析 ，5个监测断面在面板钢筋上共设置 2 0个 测点 。 考虑面板及库水温度监测的重要性 ，在坝体主控 监测断面附近 ( 最大坝高断面) 桩号坝 0+ 2 1 5 2 7 8设 置 1 个监测断面，在防渗面板上层钢筋以下靠近面板 表面设置电测温度计 ，进行面板温度监测 ，共设置电 测温度计 8支。 4 8渗流 监测 4 8 1 渗流汇集流量监测 在下游坝脚河槽最低部位布置渗流汇集引渠 ，在 引渠内设置 1个三角量水堰 ，并在堰前设置 1 支精密 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m