碾压混凝土重力坝监测设计与施工
　　【摘要】　碾压混凝土重力坝的原型监测的设计原则为：结合坝的等级、坝高、地质、结构形式等条件提出观测及布置要求。观测项目和测点布设要考虑碾压混凝土筑坝的特点，全面反映大坝的工作状况，并做到少而精。观测坝段应选择地质条件复杂或具有代表性坝段。观测设备的选用，应做到观测方便、直观、快捷、精度符合要求，各项观测值能相互校核，并保证观测作业有良好的交通及照明条件。通过已经取得的部分观测资料的整理分析，说明了仪器布置是合理的，仪器埋设技术是成功的。
　　【关键词】　碾压混凝土　重力坝　观测设计施工
1　监测设计
1.1　监测设计原则
　　监测设计按以下原则进行：(1)监测设计应结合坝的等级、坝高、地质、结构形式等条件，提出观测及布置要求；(2)观测项目和测点布设要考虑碾压混凝土筑坝的特点，全面反映大坝的工作状况，并做到少而精；(3)观测坝段应选择地质条件复杂或具有代表性坝段；(4)观测项目的确定应根据工程的重要性、地质、结构计算或模型试验成果、温度控制等方面的要求，并参考类似工程的观测布置资料；(5)观测设备的选用应做到观测方便、直观、快捷、精度符合要求，各项观测值能相互校核，并保证观测作业有良好的交通及照明条件；(6)观测设备应有必要的保护措施，尽量排除影响观测成果的因素，仪器埋设、资料整理应适合碾压混凝土的特殊要求；(7)要采用先进的观测手段，实现遥测自动化，以适应水库观测现代化管理水平发展的需要。
1.2　布置范围和监测项目
　　根据原水利电力部，1978年颁布试行的《混凝土重力坝设计规范》规定，除了一些一般性观测项目外，还规定下列专门性观测项目：坝基应力、应变、变位观测、坝体应力、应变观测、坝体局部结构观测、水力学观测等其它观测项目。
1.3　大坝外部观测
　　外部观测包括：水平位移、垂直位移、坝体挠度、坝体倾斜、基础扬压力、绕坝渗流观测、渗流量和水位观测。
1.3.1　水准基点
　　水库设立二等水准基点。坝址左右岸各设立由3个水准基点组成的水准基点组。
1.3.2　水平位移观测
　　采用引张线法进行观测，共设二条引张线、与遥测引张线仪相配合，以实现大坝水平位移的自动监测。
第一条引张线设在观测廊道内，其中一个端点以左岸坝段设置的倒垂线作为端点，而另一个端点设置在深入岸坡基岩内的平洞中，平洞深入基岩50 m，终点设置在廊道内的引张线，在廊道壁上架设保护管保护引张线。其引张线共设13个点。溢流坝面观测井设在闸墩中间，尺寸为1.5 m×1.5 m×1.5 m，入口设爬梯，并加设盖板，穿过坝体及溢流面部分用φ30 mm塑料保护管保护。廊道内引张线保护管用φ15 cm的塑料管。
　　第二条引张线设在灌浆排水廊道内，引张线两端用倒垂线控制，共设4个测点。廊道内引张线保护管用φ15 cm的塑料管。测线用直径0.8～1.2 mm的不锈钢丝。
1.3.3　垂直位移观测
　　垂直位移设置三排共27个测点，拟采用自动化观测方法。
　　垂直位移标点设置在坝顶廊道、中部廊道和底部廊道内。坝顶设置垂直位移标点15个，使用水准仪观测。中部廊道内设置2个，垂直位移标点除了配合水平位移布设外，在重点坝段可增设测点。在灌浆排水廊道内的两种位移标点设在同一观测墩上，共设置10个测点。
1.3.4　坝体挠度观测
　　采用正、倒垂线，用垂线坐标仪测量，共设置3条倒垂线和2条正垂线。在每条倒垂线内各设置挠度观测点4个，采用自动化观测。观测竖井为φ50 cm的预制混凝土圆管，倒垂孔需向基岩钻孔，孔径15～20 cm。挠度观测共设5个观测室，布置在廊道的壁龛内。
1.3.5　坝体倾斜观测
　　在溢流坝段、底孔坝段、挡水坝段的3个观测基面横向廊道内分别各设置5个倾斜观测点，在坝顶上下游方向各设置2个观测点，所以3个坝段共设置倾斜观测点21个，也将采用自动化观测方法观测。
1.3.6　基础扬压力观测
　　第一个观测基面选择一个观测横断面和两个纵断面布置测点。观测横断面选在坝段基础底面的中心线，观测纵断面选在帷幕灌浆和排水孔之间。坝底扬压力观测通常利用测压管，但在难以用测压管引出的部位，可以用孔隙压力计观测坝基扬压力。3个坝段横向廊道基础共设置测压管，纵断面共设置测压管，渗压计共设置多支，都采用自动化观测。
1.3.7　绕坝渗流观测
　　绕坝渗流观测孔，沿渗流线及可能发生集中渗流的透水层布设，垂直于坝轴线方向布置2排，每排3个观测孔，孔距50～200 m，孔深到达强透水层，并深入到筑坝前地下水位线以下。本设计左右岸分别设置绕坝渗流观测孔6个，以便监测左右岸绕坝渗流情况，孔深深入基岩65 m，钻孔深78.0 m，埋设φ165 mm钢管。
1.3.8　渗流量观测
　　在坝体、坝基排水廊道内设置观测点，用三角堰进行观测，共设置6个三角堰。
1.3.9　水位观测
　　坝体上游水位观测在挡水坝段设置一个水位计井，用遥测自记水位测量仪进行观测，并在溢流坝前闸墩前缘及导墙上设置水位观测标尺6个。
1.4　大坝内部观测
　　大坝内部观测项目有坝基及坝体应力、应变观测，温度观测，孔隙压力观测，坝前淤积观测(土压力观测)，坝体接缝和坝基变形观测。
　　内部观测选用3个典型的坝段：溢流坝段、底孔坝段、挡水坝段，并在各坝段中心截面选择3个观测基面。
　　内部观测设计采用自动检测及计算机处理系统装置。遥测转换箱安装在廊道观测站内，同时通过数据电缆发回到管理局总调度中心。
1.4.1　温度观测
　　在3个观测坝段和观测基面上对坝面、坝体、基岩、库水进行温度观测。
1.4.2　孔隙压力观测
　　混凝土内的渗透压力，主要是观测施工缝和混凝土的抗渗性能。在坝轴线方向，渗压计布置在两个排水管之间的中心线上。观测排水管效能时，将孔隙压力计布置在排水管的上游侧和下游侧。离坝面最近的孔隙压力计，距离坝面20 cm，最远的孔隙压力计可达排水廊道的中心线或布置截面高程1/10最大静水头处，设置孔隙压力计。
1.4.3　土压力观测
　　上游坝面的淤沙压力，用土压力计观测，沿不同高程布置测点，在每一测点上布设土压力计和孔隙压力计各一个，从而计算出淤沙的有效应力，共埋设土压力计7支。
1.4.4　混凝土应力和应变观测
　　观测平面应力状态，埋设五向应变计组；底孔坝段孔周应力选用三向应变计组，进行观测。
　　第一应力计组附近，应埋设相应的无应力计，应变计组距上下游面的距离不宜少于2～3 m。在坝底部垂直压力较高部位，可以用压应力计观测，这样实测结果可以和附近应变计组观测成果互相校核。
1.4.5　坝体接缝和坝基变形观测
　　重力坝坝踵不允许出现拉应力，除了用应变计组监测应力外，还需在应变计组之前布置裂缝计监测坝基底部和基岩接触面是否脱开。边坡坝段和岸坡接触的混凝土边界也布置测缝计，以监测混凝土和岩石是否脱开，检查坝头和岸坡联接情况以及边坡接触灌浆的成果。底孔坝段孔口，较易产生裂缝，布设测缝计监测裂缝的产生和发展。
2　观测仪器埋设
　　由于碾压混凝土筑坝是干硬性材料，大型机械连续薄层摊铺，仪器埋设方法必须与施工工艺相适应。
　　渗压计埋设采用挖坑法，然后使仪器孔腔内水分处于饱和状态，再由里向外用粗砂、细砂砂布包裹，安放定位后，进行混凝土人工回填。
　　温度计埋设按测点位置凿孔，放入电阻式温度计后，回填水泥砂浆。
　　应力计及应变计组的埋设采用挖坑法，挖坑尺寸应稍大于所埋设仪器的合适尺寸，安放仪器后严格定位，进行混凝土人工回填，分层人工捣实并高出原层面，然后用小型振动碾进行局部碾压。
　　电缆的敷设应结合碾压混凝土分层碾压特点，沿层面水平挖沟埋设，上部覆盖厚度不小于10 cm，人工回填捣实，避免沿电缆方向形成渗流通道。
3　结　语
碾压混凝土坝主体施工阶段主要按设计埋设内部观测仪器，外部观测仪器属主体施工完毕后施工，从现有埋设情况看，施工中损坏的仪器看，大部分都是因为在进行仪器埋设时，由于施工组织措施不当，运输不当，埋设时施工干扰大，造成埋设时仪器损坏。
笔者认为只要精心组织，科学管理，提高仪器埋设人员的质量意识，是能获得更高完好率的。