江南水利水電工程公司馮海軍
【內容提要】盤石頭水庫是我國北方地區新建壩高最大的鋼筋混凝土面板堆石壩，壩址河谷寬闊，兩岸陡峭，具有「u」型河谷特點。本文結合盤石頭水庫工程及地質特點，著重介紹了監測系統的布置和施工，闡述了監測布置的合理性，討論了堆石壩監測施工的特點。
【關鍵詞】混凝土面板堆石壩監測設計施工
1 工程概況
盤石頭水庫是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電和養殖的大型綜合利用型水利樞紐工程。總庫容6.08億m3，水庫為二等工程，主要建築物大壩、洩洪洞、溢洪道等按2級建築物設計，電站及其它次要工程按4級建築物設計。
**設防烈度7度。擋水建築物混凝土面板堆石壩為2級建築物，抗震設計烈度為8度。最大壩高102m，壩頂高程275.
0m，正常蓄水位254.0m，壩頂寬12m，上游壩坡坡度為1:1.
4，下游戧台間壩坡為1:1.35，組合壩坡為1：
1.5。壩體設計總填築548萬m3，面板砼總量3.
49萬m3。盤石頭水庫混凝土面板堆石壩的主要工程特性為河谷平坦開闊，兩岸陡峻，趾板水平段長，壩區地質條件複雜。
原型監測系統具有指導設施工、監測執行、校核設計和為科研積累資料的重要目的和功能。通過定期觀測了解建築物在施工和執行期的工作狀態。通過工程執行實態分析評價，確保工程的安全執行。
盤石頭水庫工程安全監測系統包括砼面板堆石壩、非常溢洪道及庫區等主要工程部位，專案齊全裝置先進。大壩工程，重點突出壩體、壩基和面板的位移變形以及滲流監測；左岸埡口非常溢洪道則主要進行結構變形和基礎滲流監測。
2 原型觀測設計及系統布置
通過在壩面設定水平、垂直位移標點，在壩內安裝埋設水平位移計和水管式沉降計，監測壩體內、外部水平、垂直位移；通過在壩體基礎埋設滲壓計，在壩肩設定測壓管、在下游壩腳設定量水堰進行壩體滲流量及繞壩滲流專案的監測。並通過在面板周邊縫設定三向測縫計以了解垂直、水平及剪下變形；通過在混凝土面板表面及內部埋設安裝鋼筋計、應力計、測縫計、傾斜計、溫度計及大量程位移計等儀器，進行面板混凝土的應力、應變、溫度、鋼筋應力、面板撓曲變形及面板脫空等。
壩體內部變形觀測設計共布置了1個主斷面和2個輔助斷面，主斷面布置在最大的壩高處（0+310），沿主斷面壩基底堰埋設5支滲壓計；壩體內部共分三層埋設水平、垂直位移計；面板埋設鋼筋計和溫度計；並在面板垂直縫上，安裝測縫計；面板脫空及撓曲變形監測。面板下埋設大量程位移計；在面板表面設定了電平儀。2個輔助斷面布設在兩岸的陡坡段，樁號為0+545和0+ 主要設定了少量滲壓計以觀測兩岸的滲流，通過在面板上埋置測縫計以觀測兩岸陡坡段的面板變形規律，結合主斷面了解拉應力區和壓應力區集中面板縫的變形規律，進而了解面板的工作性態，保證工程安全。
盤石頭水庫混凝土面板堆石壩觀測儀器埋設布置詳見布置圖1,圖2和觀測儀器一覽表。
盤石頭水庫混凝土面板堆石壩觀測儀器設施一覽表
3 原型觀測系統施工
大壩安全監測系統一般可分為儀器埋設安裝（含儀器採購及埋設前的準備）、施工期觀測及竣工驗收移交三個階段。隨著工程的進展，盤石頭水庫大壩壩體及面板部分觀測專案已進入埋設安裝和施工期觀測階段。由於大部分專案尚未實施，這裡僅就儀器安裝埋設施工的一般設計技術要求分述於後。
工程安全監測實施按分部位、分時段進行，大壩儀器安裝指導原則為：盡早獲取大壩岸坡地下水文資料、儘量減少施工干擾與有效保護儀器三者之間的有機協調。本節主要說明大壩儀器的安裝埋設方案。
其他部位儀器安裝埋設屬常規儀器安裝，工序控制較為常規，與土建作業干擾小，一般均依照《土石壩安全監測技術規範》（sl 60-94）和《混凝土大壩安全監測技術規範》（sdj336-89）進行。
3.1變形監測網的設計建網要求
3.1.1大壩平面變形控制網及高程控制網
根據兩岸地形、地質和通視條件等分別設定工作基點和校核基點，共設定工作基點3個（包括水準基點、下同），校核基點1個。壩體共設定表面變形測點35個，其中面板表面測點15個，壩坡表面測點20個，另為壩體內部變形監測提供基準需在壩下游坡面觀測房頂部設定3個測點。
壩體表面變形監測，水平位移採用視準線法測量，豎向位移採用水準法測量。表面變形測點的位移通過測線兩端的工作基點和校核基點進行觀測。
平面變形控制網平行壩軸線方向共設8條測線，覆蓋大壩、壩坡整個區域。高程控制網網形布成閉合環形。變形觀測的精度。參照《土石壩安全監測技術規範》（sl 60-94）執行。
平面控制網監測按一等三角測量精度進行觀測，採用徠卡tc2003全站儀（0.5〞，1+1ppm）進行測角和測距。
對平面網的監測，每年進行一次（或兩次），並在下閘蓄水前取得2～3次測值，以後盡可能固定月份，即選擇外輸送環境相近的情況下進行觀測，以減少外界條件對觀測成果的影響。
高程控制網點監測採用精密數字水準儀dna03及銦鋼測尺進行施測，作業方法按一等水準測量規定進行。由水準基點到工作基點的聯測，每年進行一次（或兩次），並保證下閘蓄水前取得2～3次測值，盡可能固定月份，即選擇外界環境相近的情況下進行觀測，以減少外界條件對觀測成果的影響。
3.2 滲壓計的安裝埋設
壩基滲流壓力觀測包括天然巖土層、人工防滲和排水設施等關鍵部位滲流壓力分布情況的觀測。沿趾板後不同高程布置了9支滲壓計以監測人工防滲體的滲流壓力；在壩體內部按地形條件分3個斷面，布置寬闊的河谷段布置了乙個主斷面共5支，兩岸分別布設了乙個斷面，每個斷面2支滲壓計。在施工中，壩基開挖後，為監測揭露斷層中的地下水活動情況，在兩岸斷層出露處各增加埋設了2支滲壓計，鑽孔埋設，孔深按實際地質情況確定，深度平均約20m。
壩基滲壓計的安裝埋設採用坑式埋設法。在設計測點處壩基上挖坑，坑深約40cm,採用砂包裹體的方法，形成透水室將滲壓計在坑內就地埋設。砂包裹體由中粗砂組成，並以水飽和。
趾板後的滲壓計埋設，則在儀器位置鑽φ100mm深50cm的孔，按孔內滲壓計的埋設方法安裝儀器。但由於趾板後期人工固結灌漿，所有孔內均被水泥漿填充，導致鑽孔被封堵，再次鑽孔存在很大困難，最後採取砂包裹法將滲壓計埋設在趾板後的小區料中。儀器電纜沿庫底穿保護管集中引入臨時或永久性觀測站。
3.3垂直、水平位移計及觀測電纜的安裝埋設
垂直、水平位移計及觀測電纜的安裝埋設將成為本工程儀器安裝的重點。當壩體填築到儀器高程時，根據施工安排或工程實際採用挖槽法或表面堆填法安裝、埋設。為避免沉降過大對電纜造成較大的損壞，在溝槽內按下述方法施工：
回填過渡料—混合料—鋪填粗砂—安裝儀器或電纜—鋪填粗砂—混合料—回填過渡料—回填石碴至表面平整。在規定填築厚度內儀器線路，禁止振動碾壓和大型機械裝置通行。
水管式沉降儀必須隨壩體填築埋設,採用挖溝槽法埋設或堆填法埋設，溝槽法埋設工序為：（1）基槽開挖，當壩面填築到測點以上約1.2m高程時，沿埋設線開挖埋設溝槽；（2）基床的製備，以反濾形式人工壓實整平基床；在埋設測頭處砌築漿砌石平台，測量測頭的標高，並同時水準儀校測管路基床坡度。
（3）測頭和管路的安裝。將測頭置於平台上，連線各管路，在其周圍立大於測頭外徑10cm的砼模板，模板頂面鋪設一層鋼筋網，砼澆築至頂面抹平。砼澆築前對測頭效能進行測試，確認合格後方可始澆築。
管線沿設定好的基槽埋設。（4）量測系統安裝。將各測頭的管路對號就位到量測板上，開啟各測頭通氣管路上閥門，依次用脫氣水給各測頭的量測管充水排氣，氣泡排盡後開通向玻璃量管的閥門，使管內水位穩定後，讀出水面刻尺數值，此值即測頭起始讀數，同時測出量測管安裝基面高程，記錄安裝埋設表。
（5）回填及碾壓。除錯完畢後進行回填以埋設管線和測點的施工。埋設嚴格控制高度和禁止振動碾壓，細心保護管線和測頭，確保儀器安裝的完好率。
水平位移計採用南科院生產的ndcy-1新型可分段埋設和測量的水平位移計。盤石頭水庫大壩2023年汛前的填築為保證汛前面貌的實現採用經濟斷面填築，按土建實際進度，已分2次分段安裝了第一層水平位移計。埋設過程中均做到細心整平埋設基座，各機械件連線牢固可靠。
特別是對的連線應保證牢固，埋設的錨固板周圍應回填密實並澆築混凝土。
埋設步驟：（1)定位,測量出埋設的管路和測點位置；(2)細心整平埋設基座成水平,在粗顆粒料中以反濾層形式填平補齊壓實達到埋設高程；(3)水平位移計安裝；(4)檢查安裝各個環節,並進行一次試測,正常後回填.首先在錨固板處(即測點處)立模板澆築錨固板的砼塊體,澆築時切忌砂漿進入伸縮接頭與保護管之間的縫隙,以不便影響其靈活滑動。
(5)人工細心回填管線周圍，並壓實到壩體的設計密度，回填壓實時勿衝擊管身，回填超過儀器頂面以上約1.8m時即可進行振動碾壓恢復大壩的正常填築施工。
3.4三向測縫計的安裝
測點的測量定位，設定予埋件和電纜溝槽，電纜均編號標誌。
儀器埋設前檢查感測器和電纜的防水效能和電器效能。
根據事先設計確定的感測器在座標板的位置，檢查其相應的讀數是否在預定的範圍內，否則調整。
將三個感測器分別固定在座標板相應的位置上，並將座標板固定埋件螺絲固定在趾板上，三個感測器的鋼絲引到面板的測量標點上加以固定。
在趾板水平段的三向測縫計需要澆築混凝土保護體以防止壩前鋪蓋對儀器的損壞。
3.6溫度計的安裝
為配合大壩混凝土面板施工，監測混凝土內部溫度以保證面板澆築質量，我專案部嚴格按設計要求，進行了混凝土內部溫度觀測，並同時記錄了氣溫的變化。
3.7儀器電纜的標識與保護措施
儀器與電纜安裝或敷設後，根據需要將儀器電纜引入臨時或永久性觀測站內，採用鋼製品（如鐵箱、鋼筒等）上鎖加以保護，以免受到施工破壞。
儀器電纜安裝或敷設後，即進行標識並繪製儀器座標、電纜走線圖，並及時報送監理工程師與土建承包商。儀器電纜部位的混凝土拆模後，在其表面用紅漆標識儀器及電纜位置，以免灌漿鑽孔等破壞儀器與電纜。
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