角木塘水电站边坡安全监测设计分析

张建勋，杨 超

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002）

0 引言

边坡是地壳表面具有临空条件的地质体，由坡顶、坡面、坡脚及其下部一定深度内的岩土体组成。按成因划分，边坡可分为自然边坡（古滑坡）、工程开挖边坡。影响边坡稳定的因素复杂，归纳起来可分为内在因素和外在因素两个方面。内在因素是影响边坡稳定的最根本因素，直接决定了边坡的变形失稳模式和规模，对边坡稳定性起着控制性作用[1]。外在因素促进边坡变形失稳的发生和发展。从掌握高边坡岩体的整体性状、回答高边坡稳定分析中的主要问题出发，安全监测设计中应将高边坡岩体强烈卸荷产生的松动岩体对边坡稳定的影响作为高边坡安全监测的主要对象[2]。

20世纪90年代以来，在隔河岩、二滩、小浪底、三峡、天生桥、小湾、锦屏等大型水电工程兴建的带动下，岩土工程安全监测在与工程紧密结合的过程中，得到了全面而迅速的发展。主要体现在以下几点：1）对安全监测的认识更深入、更全面，观测范围进一步扩大，将上部结构、基础和岩土体看作是一个有机整体。2）资料分析日趋深入，在注重工作性状研究的同时，安全监控模型的研究得到普遍重视，数据处理向在线实时控制发展，更多地采用了数学模型技术。3）新的仪器不断涌现，一些常规方法得到改进，观测手段更丰富、更先进、更智能化，观测精度不断提高。4)自动化监测系统有了较快发展，在许多大型重要建筑物及地基基础监测中实现了自动化遥测集控，同时强调了目视巡查和工程地质定性分析的重要性。5）在常规监测的基础上，安全监测朝着尺度更大、范围更广的方向发展。

目前，监测工作已成为边坡工程施工的重要环节，几乎所有重要的边坡工程都设有监测。监测工作对正确评估边坡的安全状态、指导施工、反馈和修改设计、改进边坡设计方法等多方面具有非常重要的意义，监测技术的引入使边坡工程的设计和施工在安全稳定和经济合理的协调统一中起到了不可或缺的桥梁作用。

结合角木塘水电站边坡工程经验，从设计角度出发、通过对采集数据的分析整理，来印证边坡治理措施的有效性和安全监测布置方案的合理性，对后续的边坡工程监测布置提供参考。

1 工程概况

角木塘水电站位于道真县境内，系芙蓉江水电规划12级开发的第10级，工程开发任务以发电为主。电站正常蓄水位383.00m，总库容0.33亿m3，装机容量70MW，为三等中型工程。选定碾压混凝土重力坝，坝身泄洪，底流消能，右岸河床式厂房方案。最大坝高66.4m。

选定的上坝址上坝线左岸、河床基岩为中-厚层中硬质岩（P2q、P2m），岩体较完整，满足厂坝建基要求。右岸边坡：上部为土质边坡；中部为吴家坪组（P3w）灰岩、泥岩、粉砂岩、粘土岩组成，软硬相间呈薄层状、碎裂结构为主的全、强风化岩体；下部为茅口组中至厚层状灰岩，夹薄层状泥灰岩。局部呈倾倒、卸荷张裂状态，地层总体上与河流流向以小角度相交的斜向反倾坡内。厂区段岩体裂隙主要有5组，其中：倾向河床的一组裂隙较发育，对边坡稳定性影响较大。枢纽区右岸边坡主要有引水渠，进水口、右坝肩及尾水渠等建筑物边坡，顺河向边坡长约300m，最大开挖边坡高约144m，边坡稳定条件较差，因此需加强安全监测。

2 边坡安全监测设计

2.1 设计原则

（1）设计总则，对各部位不同时期的监测项目的选定应从施工、首次蓄水、运行期全过程考虑，监测项目相互兼顾，在不同时期能反映不同重点[3]。设备选型时，各种类仪器合理配置，以便于管理。测点布置时，对关键部位应集中优势重点反映。

（2）监测仪器的设备选型，应对各类设备进行充分论证和对比，使所选仪器种类尽可能少[4]。仪器设备具有耐久性、稳定性、适应性，并满足精度要求。也要为运行管理提供方便。

（3）监测仪器布置合理。除按有关规范外，应结合工程具体情况进行监测设计。

2.2 监测项目及设施

2.2.1 巡视检查

巡视检查的内容主要包括边（滑）坡地表有无新裂缝、坍塌发生，原有裂缝有无扩大、延伸，断层有无错动发生；地表有无隆起或下陷，边坡后缘有无裂缝，前缘有无剪切和错位出现，局部楔形体有无滑动迹象；排水沟、排水洞、排水孔、截水沟是否通畅，排水量是否正常；有无新的地下水露头，原有的渗水量和水质有无变化；支护结构、喷层表面、锚索墩头混凝土是否开裂及裂缝的开展情况；施工情况及进度；监测设施有无损坏等[5]。

2.2.2 边坡表面变形监测

1）水平位移监测：采用边角交会法，在坝址附近建立由4个控制网点组成的二等精度水平位移监测控制网，利用三角网对边坡水平位移进行监测。测点的观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）中的二等精度要求执。

2）垂直位移监测：采用精密水准法，和坝体共用一个精密水准网。根据工程实际情况,在坝体右岸下游1.5km外建立由3个水准点组成的水准基准点,引测水准测量路线，对大坝左右岸的水准工作基点LS1、LS2、LS3进行校核，日常观测利用工作基点对右坝肩边坡的水准标点进行测量。

边坡共设置14座综合位移观测墩，水平位移和垂直位移的观测分别按 《工程测量规范》（GB50026-2007）、《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006)中二等精度进行测。

2.2.3 边坡内部变形观测

选取4个内部变形观测断面（与外部变形观测断面结合），共6套（3点式）多点位移计，以监测边坡围岩内部变形变化情况。同时在403.00m、433.00m高程马道上各布置2个测斜孔，钻孔布置测斜管，以对边坡内部变形进行观测，共计6个测斜孔。

另外共计布置锚杆应力计22支，锚索测力计5套对相应锚杆、锚索应力进行监测。

2.2.4 渗流渗压监测

为确定地下水位对边坡稳定的影响，在403.00m、433.00m高程马道上各布置2个水位孔，孔内均布设1支渗压计，共6支。水位监测孔与测斜孔结合布置。

边坡监测系统主要仪器配置详见表1，附图1—2。

表1 右岸边坡锚杆应力计应力稍大点监测数据特征值汇总表

图1 大坝右岸边坡观测仪器布置图

图2 大坝右岸边坡观测墩布置图

3 监测资料分析

角木塘水电站于2017年9月通过蓄水安全鉴定，已安全稳定运行5年，鉴于多年来监测数据庞大且在蓄水后边坡监测数据已基本稳定，本节重点对边坡在蓄水安全鉴定期的状态进行整体分析，揭示边坡在开挖治理过程中的状态变化，以及对安全监测布置方案的合理性进行验证。

3.1 锚杆应力成果分析

右岸边坡锚杆应力计共布置21支，累计应力值 在-105.29MPa—217.09MPa之 间，其 中 锚 杆R10、R14，R19、R20、R22应力主要受尾水边坡开挖影响，表现的应力稍大，累计应力值在111.76MPa—217.09MPa之间，其它仪器变化相对较小，累计应力值在7.88MPa—80.7MPa之间，没有表现出突变情况，截止蓄水安全鉴定时，边坡已基本趋于变形稳定。应力稍大点详细数据见特征值汇总表。

3.2 渗压计成果分析

右岸边坡渗压计共布置8支，累计水压力值在0.00MPa—0.29MPa之间，变化值很小，主要受地下水位的影响，钻孔期间无明显地下水，波动微小。详细数据见表2，右岸边坡渗压计监测数据特征值汇总表。

表2 右岸边坡渗压计监测数据特征值汇总表

3.3 多点位移计成果分析

右岸边坡多点位移计共布置6套，累计位移值在-7.72mm—49.03mm之间，其中位移较大的M6、M7多点主要受尾水边坡EL388以下开挖影响，累计位移值在5.38mm—49.41mm之间，其余测点无明显异常变化，累计位移值在0.41mm—3.79mm之间。变形较大点详细数据见表3右岸边坡多点位移计监测数据特征值汇总表。

表3 右岸边坡多点位移计变形较大点监测数据特征值汇总表

3.4 锚索测力计成果分析

右岸边坡锚索测力计布置5台，累计锚固力损失率在-1.82%—5.62%之间，从锚索预应力损失来看，其损失主要是由锚索在锁定时瞬间产生的移滑及回缩造成的，但锚索在锁定后预应力损失微小，从监测数据看出，锚索在锁定后应力没有上升的趋势，应力变化平稳，近一月荷载变化速率在-0.4887kN/d—0.2343kN/d之间，说明边坡在此期间没有下滑趋势，处于稳定状态，其中DP3变化主要受尾水边坡EL388以下开挖影响，呈减小变化，其余测点反应正常，符合规律变化。详细数据见表4右岸边坡锚索测力计监测数据特征值汇总表。

表4 右岸边坡锚索测力计监测数据特征值汇总表

3.5 表面变形观测成果分析

表5 右岸边坡表面变形较大点监测数据特征值汇总表

右岸边坡表面变形布置了14座表面变形观测墩，累计变化纵向位移在-233.00mm—48.00mm之间；横向位移在-120.00mm—53.00mm之间；沉降位移在-3.20mm—200.65mm之间，其中TP13、TP14、TP15变化较大，主要受尾水边坡EL388以下开挖影响，累计变化纵向位移在74.5mm—242.5mm之间；横向位移在20.00mm—149.00mm之间；沉降位移在61.90mm—203.85mm之间，其余测点变幅量较小。变形较大点详细数据见表5右岸边坡表面变形监测数据特征值汇总表。

3.6 测斜管成果分析

右岸边坡测斜孔共布置了5个点，累计变化纵向位移在-7.55mm—69.02mm之间，主要变化受厂房安装间及尾水开挖影响。详细数据见表6右岸边坡测斜监测数据特征值汇总表。

表6 右岸边坡测斜监测数据特征值汇总表

4 结语

角木塘水电站右岸边坡安全监测系统设计符合现行相关规范要求，满足施工期、蓄水期及运行期工程安全监测的要求，并紧密结合施工过程对监测项目进行动态调整，对重点监测部位加强监测措施，通过监测数据的整编分析，从侧面验证了边坡治理措施的有效性和安全监测措施的合理性，角木塘水电站于2020年荣获“贵州省优秀工程勘察设计奖”，其边坡治理经验和安全监测布置方案，对后续相似工程的实施有一定的借鉴价值。