500水库大坝安全监测优化方案

“500”水库大坝监测项目包括变形监测、渗流监测、涵洞周围接触土压力监测以及库水位、水质监测等。其中变形监测包括大坝表面变形、大坝内部变形（分层沉降和分层水平位移）、涵洞与周围土体接触部位变形、涵洞洞身结构缝变形以及涵洞左右洞室轴线沉降等监测项目。渗流监测是本工程的重点，监测内容包括坝体、坝基的渗透压力和围坝下游地下水位、水质监测。渗透压力包括坝体、坝基的渗透压力和坝下放水兼放空涵洞沿线渗透压力监测。

4.2.2.1　“500”水库大坝安全监测设计和仪器布置

1.变形监测

（1）坝面变形。中坝每隔200m设1个观测断面，每个断面4个综合位移观测标点（水平位移和竖向位移观测共用），分别布置坝顶上下侧、下游坝坡马道和坡角，总计42个断面，共设168个标点；东、西副坝每隔300m设1个观测断面，每个断面3个综合位移观测标点，分别位于坝顶上下侧和坡角，总计14个断面，共设42个标点。监测断面位置见图4.10。

图4.10　“500”水库大坝变形监测断面布置图

（2）内部变形观测。分别在中坝4+080（见图4.11）、中坝4+300（见图4.12）、东副坝0+600、东副坝1+800和西副坝1+161断面各设置1根测斜（沉降）管，共5根。中坝两个断面布置在二步坝轴线处，东副坝1+800断面在二步坝轴线下游4m处，东副坝0+600和西副坝1+161.376断面在一步坝轴线处。

（3）涵洞与坝体接触部位变形。沿涵洞轴线设3个观测断面，桩号分别为洞0+037、洞0+058和洞0+079，每个观测断面布置4组两向位移计，共计12组24支位移计。仪器布置见图4.13。

（4）涵洞结构缝变形。沿涵洞轴线选择3个断面在结构缝间埋设测缝计，断面桩号分别为洞0+037.5、洞0+058.5和洞0+079.5，每个断面设有2个测点，共6支仪器，仪器布置见图4.13。

2.渗流观测

（1）坝基、坝体的渗透压力观测。坝体共布置11个监测断面。东坝0+600、西坝1+161断面，这2个断面均在坝基软弱夹层处设有2支渗压计；中坝两个圆弧段，桩号为中坝2+000、中坝6+200；涵洞两侧，桩号为中坝3+600、中坝3+850、中坝4+080（见图4.11）、中坝4+300（见图4.12）、中坝4+600、中坝4+797断面，用来观测涵洞两侧坝基、坝体的渗流情况。

沿涵洞轴线设置6个监测断面，每个断面布置6支孔隙水压力计，共计36支，仪器布置见图4.13。

（2）坝体渗透水位观测。为了和孔隙水压力计的观测结果相比较，分别在中坝2+010、中坝6+210设2个监测断面，每个断面各布置3根测压管，共计6根。

（3）围坝下游地下水位及水质观测。在中坝设5个断面。其中，中坝直线段3个，中坝的两个圆弧段各设1个，每个观测断面设5个监测井，以了解水库蓄水前后下游地下水位及水质的变化情况。

3.土压力观测

沿涵洞轴线布置3个断面埋设界面式土压力计，即洞0+037、洞0+058和洞0+079，每个断面埋设6支土压力计，共计18支。仪器布置见图4.13。

埋设在坝体内部的电测类仪器总计有211支，其中电位器式位移计有26支，全部完好；测缝计6支，已坏2支；钢弦式土中土压力计有18支，全部完好；钢弦式渗压计有161支，已坏2支；至目前完好率为98％，施工期和初运行期仪器完好率保持水平还是很高的。

4.2.2.2　监测成果分析

1.坝面、坝体变形分析

（1）坝面变形。“500”水库大坝坝面变形监测于2005年9月进行首期观测，并分别于2006年3月、6月、8月和11月共完成五期观测，根据这五期监测成果进行分析。

总观全坝，大坝监测点累计横向水平位移最大点为Z312（中坝5+061.268断面，上游坝顶测点），向下游位移47.2mm；累积纵向水平位移最大点为Z1216（中坝2+799.485断面，下游坝顶测点），向左岸位移64.9mm；竖向位移最大点为Z214（中坝4+001.377断面，涵洞右侧最近断面，上游坝顶测点），累计沉降209.03mm，2005年9月～2006年3月期间沉降量为89.4mm，2006年3～6月期间沉降量为49.26mm，6～8月期间沉降量为27.2mm，8～11月期间沉降量为43.9mm，沉降速率基本稳定。竖向位移与横向水平位移较大点基本集中在水库放水涵洞附近位置，纵向水平位移较大点集中在中坝两个弧线坝段。

图4.11　“500”水库中坝4+080断面监测仪器布置图（换填砾质土断面）

图4.12　“500”水库中坝4+300断面监测仪器布置图（非换填断面）

图4.13　“500”水库涵洞监测仪器布置图（尺寸单位：mm）

（a）涵洞观测仪器布置横剖面图（2—2，5—5，8—8）；（b）1—1剖面（3—3，4—4，6—6，7—7，9—9）(www.xing528.com)

大坝竖向位移整体趋势向下，沉降较为均匀，坝上各点横向水平位移多表现为向下游位移。中坝3+000～中坝5+000段，由于水库蓄水主要集中在放水涵洞前，此坝段竖向位移较大。

2006年3～11月期间，横向、纵向、竖向位移量均比2005年9月～2006年3月期间变化量略大，水平向位移量总体不大，竖向最大沉降量占坝高的0.75％。2006年6～8月间坝角处各点表现有上升的趋势，趋势的变化说明坝面位移与水库蓄水有关。从监测资料上看，大坝坝基较稳定，大坝各变形点竖向位移较有规律性，水平位移量不大，整个大坝处于稳定沉降期。

（2）坝体内部沉降和水平位移。

1）坝体沉降。五个断面的沉降特性见表4.2，资料截止到2006年11月1日。

表4.2　五个断面沉降特征参数表

“500”水库大坝的沉降主要由坝基压缩引起。坝基压缩是“500”水库大坝沉降的最主要原因。5个断面间沉降量相差较大的主要原因是“500”水库坝轴线很长，不同断面的坝基地质情况不尽相同，5个断面间填筑厚度相差较大，但沉降量与填筑厚度的比值基本一致。涵洞基础采用砾质土置换的工程措施，中坝4+080断面坝基为换填后的砾质土，换填后基础沉降量减小了155mm，表明坝基进行砾质土换填处理后有一定的效果，但该断面的沉降量仍然较大。

水库蓄水前后坝体内部沉降均不大，2006年4～6月蓄水前坝基面最大沉降量为12mm，蓄水后至11月底最大沉降量为20mm；4～6月蓄水前坝体相对坝基面最大沉降量为5mm，蓄水后至11月最大沉降量为6mm。坝体沉降几乎不受水库蓄水影响，这是因为水库水位目前仍然很低，对坝体还没产生影响。

2）水平位移。“500”水库的水平位移符合土坝变形规律，5个断面所测的坝轴线方向水平位移都很小，均没有超过25mm，且沿深度方向变化不大。中坝两个断面上下游方向水平位移也不大，和所在断面的坝轴线方向水平位移相差不大，在同一个数量级范围内。东、西副坝尤其是西副坝上下游方向水平位移较大，这和东、西副坝坝基存在软弱夹层有关。

2.坝体渗流状态分析

从中坝4+080断面孔隙水压力过程线看（图4.14），2005年9月26日水进库后，P049和P050渗压水位就开始一同上升，同时两点间水位差逐渐增大。2006年6月通水前两点间水力坡降为0.06，2006年10月两点间水力坡降为0.11。该断面埋设在换填砾质土顶层的P51、P52、P53三个测点的渗压力测值在通水后略有上升，其中下游两点（P52、P53）渗压水位高于上游测点（P51）。

图4.14　库水位和中坝4+080断面换填基础部位渗压水位过程线图

从涵洞左侧非砾质土换填断面中坝4+300断面孔隙水压力过程线看（图4.15），2005年试通水对该断面没有影响。2006年6月水库开始蓄水后不久，坝基础各测点即表现出受蓄水的影响，P97、P98的渗压水位随库水位开始上升，表现出明显的相关性，滞后10天左右。截渗槽后的测点渗压水位在水库蓄水后也略有上升，与库水位相关性不明显，其中P100高于P98的渗压水位。

中坝其他断面坝基础部位测点的渗压水位变化情况与中坝4+300断面相似，不同的是其他断面坝基础部位各测点渗压水位随库水位上升的幅度和滞后时间。

从以上监测资料分析，砾质土底部基础已受库水位影响，与水库蓄水、水库渗漏存在相关性。水库蓄水提高了坝基础原地下水位，地下水位与蓄水过程有一定相关性。原地下水位本身就较高，当库内蓄水垂直下渗或通过其他薄弱部位渗透时，容易与地下水建立补给关系。因水库蓄水仅一年多一点，水位抬高区域不大，随着时间延长，影响范围会逐渐扩大。换填区砾质土起到了一定的阻渗作用，截渗槽起到了明显的阻渗作用，坝基础和截渗槽部位渗透是稳定的，不至于产生渗透破坏现象。坝体处于非稳定渗流期，进入水库的水目前尚在抬升地下水位。

图4.15　中坝4+300断面孔隙水压力过程线图

3.涵洞监测成果分析

（1）涵洞与坝体接触部位变形。各测点位移过程线在填筑至坝顶后趋于稳定，但自2006年6月水库蓄水以来，洞0+037和洞0+058断面的位移计测值出现了少量增长，其中洞0+037断面TS4-2增量最大（见图4.16），其值约为3mm，说明蓄水对涵洞与周围土体之间的变形有明显影响。

图4.16　涵洞0+037断面484.73高程接触面剪切位移过程线

（2）涵洞结构缝变形。洞0+058.5断面的两支测缝计（J3、J4）测值一正一负，说明该断面结构缝一端张拉，一端受压，表明该结构缝受力及变形情况比较复杂。除J3达5.84mm以外，其余3支测缝计位移测值最大不超过0.25mm，各测缝计所测位移值不大。

（3）土压力观测。埋设于涵洞底部的土压力均明显小于理论值，尤其是E1和E8这两只土压力计自2005年4月8日后的测值趋于零。很可能是由于涵洞沉降量偏大，涵洞周围土体与涵洞间的变形不协调，从而涵洞和周围土体接触不紧密所致。

2006年通水前后土压力没有明显变化，通水期间库水位很低，尚未对土压力造成影响。

（4）渗流监测。因目前水库蓄水位很低，除涵洞洞身底板下布置的部分渗压计随蓄水略有变化外，其中第一节洞身底板下的P61波动幅度较大，其余测点均没有变化，还没有表现出受库水影响。