摘要：该文基于笔者多年从事水利工程设计的相关工作经验，以水利枢纽工程大坝结构设计为研究对象，论文首先分析了设计的需求，进而详细探讨了结构设计，最后给出了运行监测结果，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：水利；枢纽工程；混凝土；面板；堆石坝；设计
所谓水利水电中的大坝工程安全监测就是指大坝工程在正式投入运行的整个过程当中利用各式各样的监测测量仪器并运用相对应的测量方法完成测量工作。针对大坝工程在运行过程中的一些实时数据信息和状态信息实施测量并记录，然后在所收集到的数据信息的基础之上针对大坝工程的现阶段运行过程中的一个具体实际运行情况实施综合评价与考察，根据所分析讨论的综合评价与考察结果可以了解大坝工程在现阶段运行过程中出现的一些问题，并针对每一个具体的问题制定与之相对应的有实用价值的处理方法，采用这种方法可以在很大程度上提升大坝工程在投入运行时的稳定性以及安全性。要想做好大坝工程安全监测控制所有相关的工作．则必须对整个安全监测控制中的所有环节进行严格控制管理，其中主要包括以下几个方面的内容：相关的监测工作人员，用到的监测仪表仪器以及相对应的具体监测工作也就是说为了做好大坝工程安全监测控制相关的工作．则必须确保安全监测工作的性能可以得到高效的发挥，大坝工程安全监测工作的工作质量得到显著提高，只有做到上述的几点才能够更加细致更加全面地从根本上及时发现大坝工程在正式投入运行之后存在的问题并制定方案解决这些问题，从而使得大坝工程的运行安全性能在最大程度上得到提高。本文具体分析讨论大坝工程安全监测控制相关工作需要注意的几点要求。
1.工程简介
某水利枢纽工程位于吉林某干流上，坝址以上流域面积2970km2，多年平均年径流量12.08亿m3，总库容为2.105亿m3，电站装机为60MW，工程等别为Ⅱ等。枢纽工程由混凝土面板堆石坝、泄洪洞、溢洪道、发电引水系统及电站厂房等建筑物组成。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶长270m，坝顶高程547.40m，防浪墙顶高程548.40m，坝顶宽6m，最大坝高56.60m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.3。混凝土面板厚度0.3～0.5m，址板厚0.8m。坝体分为垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区，在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区，如图1所示。该坝址日内温差大，孔隙水结冰充分，冻融循环次数多，面板不仅要有足够的强度和防渗性、耐久性、抗冻性等，柔性及嵌缝材料、橡胶止水带等也必须有较高的特殊要求，因此面板、趾板等关键部位的材料选择、结构设计与施工是该工程的重要环节。
2.坝体设计选料要求
2.1面板混凝土原材料及性能指标
由于面板混凝土的耐久性直接决定面板的寿命，而耐久性又受日晒、风吹、雨淋、冲刷抗冻融及碳化、疲劳、溶蚀、各种有害离子的化学反应、钢筋锈蚀膨胀等各种内、外因素影响，不像混凝土和易性、抗裂性，能在短期内能反映出来，因此合理选择混凝土原材料，是保证其耐久性正常发挥、增加面板寿命的主要措施。该工程混凝土材料参数选择均比较严格。在增加混凝土强度的同时，提高其抗渗抗冻标号，保证其具有一定的含气量，以满足抗冻要求。与同期一般工程相比，该工程通过试验，对混凝土水泥材料强度、水灰比等原材料指标进行了选择与调整，结果如表1所示。利用上述材料的用量及指标控制，保证了施工后的面板混凝土性能指标均达到二级配R250S8D250的要求，这一要求与其后颁布的新规范C25W8F300要求基本相同。
2.2止水系统材料
面板接缝主要分为周边缝、伸缩缝两类。周边缝是趾板和面板间接缝。伸缩缝可分为防浪墙和面板间接缝，面板之间接缝（分受拉缝和受压缝），趾板之间接缝和防浪墙之间接缝。该工程坝址区，多年平均气温2.2℃，最低气温-42.6℃，最高气温34.4℃，温度变幅大，因此工程设计中对柔性嵌缝材料、橡胶止水带等提出了较高要求，如，要求柔性嵌缝材料高温60℃时不流淌，低温-45℃时不脆裂，变形率大于40％，耐久性好，渗透系数小于i×10-8cm/s等。
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3.结构设计
3.1坝体分区及坝料设计
根据该工程各种筑坝材料的性质和面板坝的工作条件，混凝土面板以下坝体分为垫层区、过渡层区、主堆石区、次堆石区，在周边缝下游部位设有特殊的垫层小区。垫层区主要为混凝土面板提供一个均匀、稳定的低压缩性基础，同时满足渗透稳定准则及严寒地区垫层料透水准则。设计要求选用质地新鲜、坚硬且具有较好耐久性的石料经过加工而成，最大粒径不超过8cm，小于0.5cm的含量为25％～40％，小于0.01cm的含量不大于5％，连续级配料，Cu>20，渗透系数K=i×10-3cm/s。施工中将垫层料与过渡层料铺筑和碾压结合，两区坝料同步填筑碾压。既达到了面板有均匀、稳定的支撑，又达到了节约用料降低造价的目的。主堆石区为坝的主体，其石料的质量、密度、沉降量的大小直接关系到面板大坝的安危，设计要求该料石质坚硬、级配良好，最大粒径不超过60cm，小于0.5cm的含量不超过20％，小于0.01cm的含量不大于5％，连续级配料，Cu>15，次堆石区主要用于保护主堆石体及其自身边坡的稳定。主堆石与下游堆石间的大量不均匀变形将使面板受弯而形成较大拉应力，成为引起面板裂缝的重要因素之一，因此该工程将主堆石与下游堆石区的界限设置成自坝。轴线附近向下游倾斜坡度设计为1∶0.5，并将主堆石及下游堆石采用同一料源和同一岩性的材料，使上下游堆石体的模量差尽量减小。该工程采取了改善堆石坝结构，使上下游堆石体的模量差尽量减小，加强坝体堆石碾压，选择有利施工时段，尽量避开冬季施工。垫层区满足渗透稳定准则及严寒地区垫层料透水准则等措施，保证了坝体填筑质量及结构运行的要求。
3.2混凝土面板、趾板及止水设计
大多数观测资料表明，在水荷载作用下，面板的大部分区域受压，仅在坝顶和近岸边处有拉应变。面板应变和堆石体变形特性密切相关，与其厚度关系不大。该工程的混凝土面板厚度采用连续变截面形式，最大厚度为0.5m，最小厚度为0.3m。面板间伸缩缝只设纵缝，不设永久水平缝，面板垂直缝间距河谷中部为12m，两岸垂直缝间距为6m，面板最大板块斜长91.05m。在面板中部设单层双向钢筋，适当增加面板钢筋含量（每向配筋率0.4％）。并选择面板混凝土的有利浇筑时机，避免混凝土早冻。趾板是以灌浆帷幕为主的地下防渗体系与地上防渗结构的连接部位，是一个承上启下的防渗结构。采用平趾板型式布置，板厚0.8m。趾板线由面板底面与趾板下游面的交线控制。该工程趾板宽度依据基岩风化、破碎情况，允许渗透比降和基础处理措施综合确定，趾板最大宽度6.0m，最小宽度4.0m，趾板每12m设一道伸缩缝。为保证趾板与基岩的可靠连接，通过锚杆锚固试验，并参照已建工程经验，在趾板内设置φ28锚筋，插入岩石深度3.5m，每1.2m2布置一根。
4主要运行监测结果
4.1坝体沉降
大坝的沉降监测分两个高程、五个测点进行。监测发现：大坝的沉降量随大坝填筑高度增加而增大，符合一般规律。当大坝填筑到顶后，各测点沉降量增加很少，蓄水后各测点沉降量也没有明显增加，即大坝后期沉降不会很大。竣工期最大沉降点在坝轴线处，最大沉降值为20.2cm，占坝高（56.6m）的0.38％，蓄水期最大沉降值为25.2cm，占坝高（56.6m）的0.47％，在国内同类工程中属偏小。
4.2坝体水平位移
通过各高程处引张线水平位移计对坝体水平位移进行监测，监测发现：测点水平位移变化有规律，施工期的位移量总体上向上游移动，蓄水后位移方向指向下游，且水平位移均不大，多年后总体趋于稳定。4.3面板周边缝位移及渗流监测
利用7个测点对周边缝的沉降、剪切及开合度过程线进行测量，测量发现该工程混凝土面板周边缝的变形较小，即周边缝止水破坏的可能性较小。渗漏监测发现，渗漏量为13.9×10-3m3/s，年渗水量为44万m3，小于设计渗漏量。
5.结语
经过大量的试验研究及参考已有工程经验，该混凝土面板堆石坝在遵循传统理念进行设计同时，也结合气候特点采取了一些相应的改进措施，保证了大坝能较好地适应极端气候运行的要求。水库蓄水后经历了几个严冬，通过大坝的沉降、位移、渗流量等参数监测分析发现，大坝的总体运行状况良好。
参考文献：
[1]普布次仁，路文斌.水利水电工程大坝深覆盖层处理和防渗墙施工要点的思考[J].科技创新与应用，2017（12）.
[2]唐永鹏.水利工程大坝施工监测技术研究与实践[J].建设科技，2018（5）：114-114.
[3]汪志远.大坝监测基准站结构设计方法初探[J].经纬天地，2017（1）：53-55.
论文作者:王爽
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：大坝论文; 面板论文; 工程论文; 混凝土论文; 下游论文; 位移论文; 材料论文; 《基层建设》2019年第14期论文;