传-小井沟水利工程土石坝施工期监测(1)

小井沟水利工程土石坝施工期监测

一、工程概况

小井沟水利工程位于自贡市荣县境内的越溪河小井沟峡谷，该水库的正常蓄水位为429m，水库总库容量为1.6595亿m3，大坝为砼面板堆石坝，最大坝高度数为87m。主干渠渠首流量为10m3/s，灌溉面积为14.56万亩，供水设计引用流量为4.0m3/s。该工程为Ⅱ级工程，施工中的挡水建筑物（主、副坝）、溢洪道、取水洞进水口以及主要建筑开挖边坡工程皆按照Ⅱ级设计方案执行。

小井沟水利工程主要建筑物包括砼面板堆石坝、溢洪道、右岸泄洪放空隧洞、左岸取水隧洞、副坝及排洪渠等主要建筑物组成。监测系统在砼面板堆石坝、溢洪道、泄洪放空隧洞、边坡、副坝和排洪渠布置了监测仪器。主坝区域设置了内部变形监测和外部变形监测；溢洪道主要针对闸室及屋奇段进行监测；泄洪隧洞布置3个观测断面；在库岸边坡设置地下水位观测管及渗流监测；副坝设有外部变形和水位监测。

二、工程施工监测设计要点

小井沟水利工程的施工安全监测主要分为巡视检查和仪器监测两部分，其中巡视检查环节主要包括以下责任区：（1）主坝及主坝基础；（2）溢洪道；（3）泄洪放空洞；（4）副坝；（5）排洪渠；（6）取水洞进水口；（7）枢纽边坡。

仪器监测环节主要包括以下责任区域：（1）大坝，根据《土石坝安全监测技术规范》（SL/551-2012），面板坝主要布置有以下观测项目：表面变形、内部变形、面板缝间位移、面板应力应变及温度测、渗流、水质分析、库水位监测等；（2）左岸取水隧洞，左岸

取水隧洞在闸室布置表面变形和水位监测；（3）右岸溢洪道，溢洪道布置有以下观测项目：变形、应力、基础扬压力、水位、雾化监测等；（4）右岸泄洪隧洞，泄洪放空洞布置有以下观测项目：变形、应力、外水压力监测等。（5）绕坝渗流监测，主要布置有以下观测项目：地下水位观测管进行监测。；（6）简易气象站须观测的项目包括：气压、空气的温度和湿度、风向和风速，降雨等。要求采用自动观测记录；（7）副坝布置有以下观测项目：变形、渗透压力、渗流量、水位监测等；（8）排洪渠布置有水位监测。

三、工程施工监测具体措施

（一）主坝监测

在主坝监测工作中，首先要对断面布置进行监测，根据《土石坝安全监测技术规范》规定，在上游坝坡正常蓄水位设置临时监测断面，具体为在下游坝坡1/2坝高处布设1至3个，在1/2坝高以下布设1至2个。监测断面布置如下：在最大坝高处、左右岸地形突变以及地质条件复杂部位共布置3个监测横断面，桩号分别为坝0+099.08 m、坝0+135.10m和坝0+183.08m，其中坝0+135.10m断面位于最大坝高处。同时在上游面板正常蓄水位以下385.00m、400.00m、415.00m高程各布置1个临时监测纵断面。

其次要针对主坝的变形情况进行监测，分为坝体外部变形监测、坝体内部变形监测以及面板缝位移监测等。

（1）大坝表面变形分为水平位移和竖向位移，为监测其变形情况，在大坝坝顶和下游坡面设置水平竖向位移测点进行观测。并且采用多点边角交会法来监测坝体的水平位移情况，精密水准法监测坝体的垂直位移。

（2）选择主坝最大横断面(桩号坝0+135.10m)作为主要监测控制断面，另选主坝桩号坝0+099.08m作为校核监测断面布置仪器设备，进行坝体内部监测。

（3）根据水库主坝布置及趾板部位地质条件，选择在最大坝高与两岸坡约1/3、1/2、2/3坝高处的周边缝上布置三向测缝计，针对不同部位面板周边缝的变化情况进行监测。

（二）副坝监测

在副坝监测工作中，需要结合坝基地质条件及坝高对施工中的位移情况进行检测，具体选择4#、7#、8#、9#、10#副坝进行变形监测，在坝顶沿坝轴线方向各布置1条测线，分区域布置监测点位对副坝进行表面变形监测。此外，还可以采用视准线法或边角交会法进行水平位移监测，针对各土石坝坝体的垂直位移进行监测时采用二等精密水准进行施测。

在库水位监测时需要在4#副坝上下游各设置一副水尺，在7#副坝至10#副坝上游与下游各设置水尺。在渗流量监测时，由于4#副坝下游水位较高，没有设坝底排水沟，因此没有设置量水堰。可以在7#副至10#副坝下游坝底排水沟内设置量水堰，以此来监测各副坝总渗流汇集流量。

此外在进行副坝监测时，还要重视水质监测工作，需要在量水堰及渗水的出口处取水样进行透明度水质分析，通过对渗透水样和对比水样的分析，可以准确得到坝体开裂与产生的化学侵蚀作用，以此来判断排水设备与防渗结构的实际情况。

（三）右岸溢洪道监测

在右岸溢洪道监测工作中，需要对闸室的变形情况进行监测，也就是其产生的平面位

移和竖向位移，通过观测设置在闸墩顶部的观测点对外部变形、内部变形以及应力应变数值等进行监测。具体如下：在外部变形监测环节，需要在溢洪道闸室及边墙设置12个测点，边坡马道上设置17个测点，总共设置29个测点进行水平竖向位移观测，采用精密水准法进行垂直位移监测。在内部变形监测环节，为验证溢洪道在外荷载作用下是否产生了相对位移，需要在闸室、屋奇段、陡槽段等结构混凝土与基岩之间设置8支单向测缝计，以此来对闸墩接触面进行裂缝监测。在应力应变监测环节，工作门采用一扇弧形门，沿两侧闸墩受推力方向，即沿辐射状的受力钢筋上共布置20支钢筋计，用以分析闸墩的受力状态。

（四）右岸泄洪放空洞监测

该水利工程中泄洪隧洞的最大流速为32.9m/s，为高流速的水工隧洞，因此选择代表性的洞段设置安全监测设备。

主要针对围岩变形情况进行应力监测，具体为在帷幕前A-A监测断面上布置3套多点位移计，分别设置于顶拱和两边墙区域，同时还要在帷幕后B-B监测断面的右边墙上布置1套三点式多点位移计。在洞身外水压力监测环节，需要在3个洞身监测断面各布设2支渗压计，分别设置在洞顶与底板下。在各洞身监测断面分别选择3个结构应力特征位置（底板中部、直墙中部、顶拱）进行监测，总共需要布设18支钢筋计。

（五）排洪渠监测

该工程项目中瓦滓排洪渠方案从4#副坝上游约400米处开始监测，第一段为明渠段桩号0+000～0+923.275段，整体长度为923.275m；第二段为排洪隧洞段长度1305.583m；第三段为陡槽、消力池与月坡河连接段长度491.542m；第四段为月波河改

造段长度5729.221m。瓦滓排洪渠渠线总长8449.621m，沿排洪渠渠内在左右坡面设水尺进行水位监测，总共需要布设6一副水尺。

（六）环境量监测

在进行环境量监测时，主要开展以下工作内容：（1）水位监测与水库水位监测，其监测布置为上游淤积断面-350.00处，需要在取水隧洞进口闸墩与主坝上游坡面设置水尺，同时在取水洞进水闸室及面板坝下游各设置1套遥测水位计进行监测；（2）项目库水温监测，利用在典型断面的面板设置的温度计监测库水温；（3）气温等环境量监测，针对简易气象站观测的项目例如空气温度与降雨等数据信息进行监测；（4）坝前淤积情况监测，在近坝区布置一个观测断面，具体可以采用水下摄影与水下地形测量的方式对坝前淤积进行观测；在施工前期与施工中期还要针对此数据进行不定期复查。

（七）输水干渠监测

在对输水干渠进行监测时，需要分别在干渠始端与末端设置水位标尺，同时在隧洞、渡槽以及暗渠的始端与末端也都要进行相应的人工监测，在本监测环节需要布置36把水位标尺。选用精密水准发对槽身沉降数值进行观测，以此来推算出支承拱的变形程度，在古楼口与嗅水河渡槽分别设置10套与14套垂直位移监测点位。利用工作基点对渡槽身的实际位置与相应沉降值采取日常观测的措施，以此来促进监测结果的准确性。

四、小井沟水利工程土石坝施工期监测的设计与实施

（一）坝体外部变形监测设计

安全监测体系以面板堆石坝监测为核心，监测设计的部位和测点布置考虑各种内外因素引起的相互作用。布置平面、高程监测控制网，在坝顶和下游坡面设置水平竖向位移测点。图1-3分别为平面监测控制网、高程监测控制网、监测测点布置图。

图1 平面监测控制网

图2 高程监测控制网

图3 监测测点布置图

（二）坝体内部变形监测设计

水平垂直位移监测：以大坝最大横断面（桩号坝0+135.10m）作为主要监测控制断面，桩号坝0+099.08m作为校核监测断面。在0+135.10监测横断面的401.60m、371.60m高程和0+099.08监测横断面的高程401.60m各布置一层观测条带（钢丝水平位移计和水管式沉降仪）。对垫层区、过渡区及堆石区进行水平、垂直位移监测。同时在每个观测条带下游坝坡观测房顶部布设观测墩，用外部变形观测值进行基准校核。

五、小井沟水利工程土石坝施工期监测成果分析

（一）坝体外部变形监测成果

1.坝体表面垂直位移

坝顶表面沉降观测3个月累计最大值为3.82cm。通过对坝顶部位、401马道、371马道共18个观测点进行测量统计，大坝表面沉降最大为23.41cm，沉降较大测点主要分布于坝顶部位，且具有河床沉降大，两岸小的分布特点。401马道和371马道测点总体沉

降较小，目前大坝表面变形速率趋缓，月变形均小于3mm，详见图4。

图4 坝体表面垂直位移

2.坝体表面水平位移（上下游）

坝体上下游表面水平位移情况如图5所示，坝体表面水平位移最大累计位移上下游方向表现为向下游位移为主，最大位移96.44mm，发生在坝顶中部测点。

位移(mm)上游方向为正最大值最小值当前值高程高程(m)40200-20-40-60-80-100-120440420400380360防浪墙坝顶401马道371马道Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18340 图5 坝体表面水平位移（上下游）

（二）坝体内部变形监测成果

1.坝体内部水平位移（左右岸）

施工期内，坝体的整体变化趋势为坝顶左岸向右岸位移、右岸向左岸位移，坝顶向左岸累计最大位移变化量为45.6mm、向右岸累计最大位移变化量为22.5mm,马道整体变化趋势为向左岸位移，最大位移变化量为55.36mm 、最小位移变化量为7.7mm。变化趋势与基岩面地形有关，符合一般规律，目前位移过程趋于稳定，详见图6。

位移(mm)右岸方向为正最大值最小值当前值高程高程(m)3020100-10-20-30-40-50-60440420400380防浪墙坝顶401马道371马道360340Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18 图6 坝体内部水平位移（左右岸）

2.坝体内部垂直位移

在施工期内，随着大坝填筑的不断升高，坝体自重增加，累计沉降变形也逐渐加大，且前期发展较为迅速，后期缓慢增长；并且，填筑速率越高，沉降速率越快，在此期间的累计压缩率也较大，说明大坝变形过程明显，软岩堆石体处于变形压缩状态。填筑期间371.6m高程的最大沉降为474mm，401.6m最大沉降381mm，压缩率分别为1.71%，0.66%。

根据监测成果可知，坝体最大沉降量总是位于坝体中部，这是由于大坝底部堆石体承受的荷载最大，但承受的可压层厚度较小，相反，堆石体上部承受的荷载相对下部要小，

但承受的可压层厚度较大；这种组合关系使得大坝在中部的荷载与可压层厚度相对适中，最大沉降在坝体中部表现明显。坝体内部最大累计沉降为693mm，且在大坝轴线上，小于设计警戒值800mm，沉降量为整个坝高的0.79%，在全国大坝沉降统计范围之内，详见图7。

图7 坝体内部垂直位移情况

五、结论

综上所述，文章以小井沟水利工程土石坝项目为例，针对其施工中的监测环节进行研究，首先阐述了工程案例，其次介绍该工程施工监测设计要点，指出仪器监测的主要区域，最后针对各施工区域提出具体的监测措施，具体为主坝、副坝、右岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、排洪渠、环境量以及输水干渠等区域，只有保证各区域监测数据的准确性，才能为水利工程项目施工质量与安全提供保障。