1、天福庙水库大坝安全监测分析摘要：大坝安全监测是水库工程管理工作中最重要的工作。在运行过程中及时取得反映大坝和基岩状态变化以及环境对大坝作用的各种观测数据，通过长期的观测数据分析影响大坝安全运行的各种因素及敏感度，以便及时采取措施，控制大坝运行。 关键字：安全监测；因素；敏感度 中图分类号：TV 文献标识码： A 一、 工程概况 天福庙水库是宜昌市黄柏河东支梯级开发工程的第二个梯级,位于远安县荷花镇黄柏河东支上游，东经 111.4，北纬 31.2，距河口（葛洲坝水利枢纽三江船闸上游引航道）91km。水库以灌溉为主，结合防洪、发电和城镇供水等综合利用的中型水库，由砌石双曲拱坝、左岸溢流重力坝、坝顶
2、溢洪道、左岸溢洪道、灌溉兼放空底孔、发电引水管和电站厂房组成。 大坝为单心双曲拱坝，坝顶高程 410.3m，防浪墙顶高程 411.3m，建基面高程 347.0m，最大坝高 63.3m。坝顶中心角 91.5o，右岸 50 o，左岸 41.5o，平均半径 105.50m，坝顶平均弦长 150.76m，平均弧长168.49m，坝底宽 20m，顶宽 4.2m。坝体为细石混凝土浆砌块石，上、下游为厚约 0.5m 条石镶面，并于上游条石镶面后现浇厚 1m 的 150#素混凝土防渗墙。坝顶溢洪道 4 孔 87.4m 泄洪闸，堰顶高程 402.4m；左岸溢洪道设置 2 孔 1311.5m 泄洪闸，堰顶高程 3
3、98m。 二、观测设施布置 本工程主要观测内容为：坝顶水平位移观测、垂直位移观测、正倒垂线观测、断层观测、裂缝观测、扬压力观测、渗漏观测等。观测布置见外部变形观测平面布置图。 2.1 坝顶水平位移观测 采用视准线观测坝体和坝肩的水平位移值。坝区共设 8 条视准线，13 个测点，以观测拱冠、左右拱环、拱端及右坝肩岩体和左岸溢流重力坝闸墩等部位的水平位移。使用瑞士威尔特 T3 经纬仪和武汉光学仪器厂生产的活动觇标，1982 年开始观测。 2.2 坝顶沉降观测 用精密水准测量测定坝体垂直位移。始测于 1982 年，使用蔡司 004水准仪和配套的铟钢水准尺，执行国家一、二等水准测量规范。坝顶共设置 3
4、5 个测点，其中 3 个点为固定点。 2.3 正（倒）垂线观测 在大坝右拱圈 35和左拱圈 30位置各设 1 条倒垂线，拱冠设 1 条正垂线测定坝体挠度和坝体相对基础的位移即拱冠挠度。倒垂观测采用武汉地震研究所生产的 CG2A 型光学垂线仪，始测于 1987 年；正垂观测使用靖江仪器厂生产的垂线坐标仪，始测于 1982 年，1996 年失效停止观测，2002 年 7 月恢复观测。 2.4 断层观测 在大坝右岸下游存在两条断层 F1、F3，采用精度 0.02mm，量程 0-300mm 的游标卡尺观测裂缝对向、错向、垂直三相位移，始测于 1982 年8 月。 2.5 裂缝观测 坝体共有四条裂缝测点
5、，分别为大坝右岸为贯穿性裂缝设置上游组和下游组两个测点，左岸溢洪道右侧导墙、中间溢洪道左右边墩。采用精度 0.02mm，量程 0-300mm 的游标卡尺观测，始测于 1982 年 8 月。 2.6 扬压力观测 在大坝廊道内设有测压管，在管口装有压力表，通过压力表读数观测。 2.7 渗漏观测 在廊道出口及左、右坝肩排水洞出口均设有量水堰，测定两岸坝基和绕坝渗漏量。始测于 1984 年。 三、监测资料分析 3.1 水平位移 坝顶水平位移观测是天福庙水库大坝外部变形监测中的主要项目，对掌握大坝的水平变位及其变化规律有着决定性的作用。自 1982 年开始观测，根据历年的观测资料分析，坝顶 5 个位移测
6、点中，除右环的位移与温度、库水位相关关系不密切之外，其余 4 个测点相关关系较好，变位具有明显的规律性，其变化规律为：库水位愈低、气温愈高，坝体向上游位移量就愈大；水位高、气温高，坝体同样向上游位移；水位高、气温低，坝体向下游位移量就愈大，且呈年周期性近似正弦曲线变化，即：410 月，坝体向上游位移，113 月坝体向下游位移。多年最大位移年变幅为 28.55mm，尚属弹性变形。由此说明库水位对大坝变位的影响不及温度影响明显，从位移过程线可以看出，上下游方向位移受温度变化影响为主，水位变化影响次之。但值得注意的是，高温加低水位是拱坝最不利的运行状态。分析见图 1。 观测成果表明：左右拱环变位不对
7、称，左环变位比右环大，同时左环的变位大于冠中，反映了建筑物构造和坝基地质构造差异的影响，因左拱端设有溢洪道，下部是体积不大的填筑砌体，削弱了对拱的支承；同时，左坝肩和坝基断层发育，基岩弹模较右岸低。 3.2 坝顶垂直位移 水库加固前，根据历年的观测成果分析，大坝垂直位移呈年周期性变化，即：夏季呈上升趋势，冬季呈下沉趋势，温度与垂直位移变化密切相关，水位变化对其影响不明显。分析见图 2-1、图 2-2. 3.3 拱冠挠度 拱冠处挠度变化趋势与坝顶水平位移变化规律基本一致，即温度升高向上游，温度降低向下游；水位降低向上游，水位上涨向下游，并呈年周期性回归。水库在 2009 年 10 月放空前的观测
8、资料见表三。分析表明，左坝段 T1 倒垂线测得最大位移值为-12.1mm（向上游） ，发生时间2002 年 8 月 9 日，观测时坝前水位 401.78m。当月平均气温 30。 右坝肩 T2 倒垂线观测最大位移值为-4.14mm（向上游） ，发生时间1991 年 9 月 3 日，观测时坝前水位 405.56m，当月平均气温 21； 3.4 断层观测 以温度变化影响最为明显，即高温季节裂缝宽度减小，低温裂缝宽度增大，符合热胀冷缩规律。分析见图四。 3.5 大坝裂缝 大坝裂缝主要有温度和库水位两个影响因素，其中温度影响是主要因素，库水位的影响较小。温度的影响同断层观测结论。分析见图五。 3.6 扬
9、压力观测 在右坝肩共设 4 排渗流观测孔，1 排在帷幕前，以测试帷幕前渗压情况，其余 3 排设在帷幕下游，以确定坝肩可能滑移面上的扬压力。根据1982 年 6 月至 1984 年 6 月的观测成果，湖北省水利科学研究所于 1984年 9 月提出天福庙拱坝右坝肩渗透压力试验及观测资料分析报告，认为右坝肩山体中由于 t7-9 的存在，地下水分成了上、下两层不同类型的渗流场，上层为无压渗流，下层近似有压渗流；表层地下水渗压以 t7-9（393.60m）为底面向上计算 8m 水头，深层地下水渗透压力按所给的等势线图确定。 根据坝基扬压力观测资料整编分析，扬压力折减系数 介于0.120.22 之间，小于
10、原设计采用值 0.5，渗透压力大小和库水位变化趋势吻合，无异常情况。 3.7 渗漏观测 渗漏量观测对大坝来说也是一项较为重要的观测项目。观测资料表明：坝前水位上升，渗漏量增大，水位降低，渗漏量减小，渗漏量大小正比于库水位，渗漏水质清澈，变化有规律。 四、结语 大坝的工作条件十分复杂，且大坝和地基的实际工作状态难以准确预测，在长期运行之后,由于水流侵蚀和冻融风化作用，使筑坝材料和基岩特性不断恶化。因此在运行管理过程中通过监测大坝的运行状况，一旦出现异常状态，必须及时发现和处理，否则可能导致严重后果。另外，坝型和筑坝材料不同安全监测的项目不同，影响大坝的安全运行的因素也不同，在实践过程中，要根据大坝的实际情况选择适合的观测项目。
