大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在桃山水庫二期工程中的施工應用

王克國，郭 志，杜紀奎

(黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江七臺河154600)

1 桃山水庫二期工程概況

桃山水庫位于松花江右岸支流倭肯河中、上游，緊鄰七臺河市城區(qū)。是解決七臺河市工礦和城市居民用水、下游防洪和農(nóng)田灌溉等綜合利用的水利樞紐工程。一期工程于1986年8月正式興建，1990年投入運行。工程運行以來，對七臺河市工業(yè)及城鎮(zhèn)供水、下游防洪和農(nóng)田補水灌溉發(fā)揮了重要作用。桃山水庫是該市的唯一水源，隨著城市和工業(yè)的不斷發(fā)展，一期工程供水量已不能滿足該地區(qū)日益突出的水資源供需矛盾，地下水超采和礦井疏干排水造成地下水枯竭、漏斗擴大、地面沉降等地質(zhì)環(huán)境問題，嚴重威脅城市供水安全。在這樣的前提下，桃山水庫二期工程于2006年10月開工建設，工程的的建設可以緩解七臺河市供水緊張狀況，提高下游防洪標準，促進當?shù)亟?jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。桃山水庫二期工程的主要建筑物主要有主壩、副壩、溢洪道，在運行管理當中，對主要建筑物的及時準確的觀測實時數(shù)據(jù)就尤為重要，水庫安全穩(wěn)定的運行，讓其充分發(fā)揮最大效益，故特意在二期工程建設當中投入使用了工情自動化監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)就其施工應用方式敘述如下:

1 主要建筑物

1.1 主壩

一期工程主壩壩型為黏土心墻土石混合壩，壩基垂直防滲，截水槽底板下進行固結(jié)、帷幕灌漿。二期工程以不放空水庫為原則，采用拆除防浪墻、上游邊坡不變、從下游面培厚加高的方式進行加高。防滲體以斜心墻型式在一期黏土心墻上接高，壩后設有排水棱體，二期工程完成后壩長522 m，最大壩高24.8 m，壩寬8 m，壩基基礎工程在一期工程施工時已經(jīng)按二期工程指標進行處理，主壩壩基巖為各向異性的非均質(zhì)透水巖層，巖體破碎，屬強較強透水巖層。

1.2 副壩

副壩位于小桃山左側(cè)鞍部，一期工程為均質(zhì)土壩，壩頂長151.0 m，最大壩高1.64 m，壩頂寬8 m。副壩在原址處進行加高擴建，加高至最大壩高為6.74 m。二期加高部分壩體斷面形式為黏土心墻土石壩。

2 監(jiān)測項目布置

為了解本工程水工建筑物的工作狀態(tài)，驗證設計的合理性，及為工程的科學管理提供依據(jù)。根據(jù)樞紐建筑物組成及其特點，桃山水庫安全監(jiān)測由變形監(jiān)測，滲流監(jiān)測，水力學原型觀測及監(jiān)測自動化系統(tǒng)等組成。

2.1 表面變形監(jiān)測

平面變形監(jiān)測網(wǎng)布設:選用四川省飛翔測繪設備有限公司F－1A型強制對中底盤和B－2型水準標志，F(xiàn)－1A型強制對中底盤主要用于大壩、水電站、隧洞、橋梁、滑坡體整治等大型工程施工控制制網(wǎng)、變形觀測監(jiān)測網(wǎng)觀測墩的建立，獨有的防盜螺栓，易于保護。

B－2型水準核心主要用于精密水準測量中地基準點、校核點以及沉降觀測水準點。B－2型水準標心在國內(nèi)外數(shù)百座水電工程中均有良好應用，滿足設計要求。

表面變形監(jiān)測包括豎向位移和水平位移。豎向位移采用水準法測量，水平位移采用視準線法測量。

主壩選擇3個橫斷面，樁號為0+150、0+300、0+500，每個斷面布置3個位移測點，分別于防浪墻頂、下游壩坡高程187.00 m和下游壩坡179.00 m處;副壩選擇2個橫斷面，樁號位0+150和0+250，每個斷面布置3個位移測點垂直位移利用水平位移觀測。主壩左右端各設3各工作基點和3各校核基點，副壩右端設置2個工作基點和2個校核基點。

2.2 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測選用南京基泰土木工程儀器有限公司的vp500系列剛弦式滲壓計。該產(chǎn)品具有結(jié)構小型化、輸出靈敏度高、設計制造品質(zhì)高等優(yōu)點，確保產(chǎn)品長期穩(wěn)定、可靠，適合各種惡劣環(huán)境使用，是同類進口傳感器的理想替代品。Vp500型振弦式滲壓計適用于長期埋設在水工建筑物或其它混凝土建筑物及地基內(nèi)，測量結(jié)構物地基內(nèi)部的滲透水壓力，并可同步測量埋設點的溫度，進行溫度補償。滲壓計加裝配套附件可在測壓管、地基鉆孔中等場合下作水位計適用。其主要指標如下:

量程:0.35MPa;分辨率:0.025%F.S;精度:0.1%F.S;零漂:≤0.02%FS/℃;傳輸距離:2000 m。

2.2.1 主壩壩基、壩體滲流壓力觀測

在大壩上選取3個典型斷面，樁號分別為0+150、0+ 300、0+500，每個斷面監(jiān)測點布置如下:

壩基滲流壓力監(jiān)測點:黏土心墻后，馬道1(高程179)、馬道2(高程171.5m)，每個監(jiān)測斷面共3個壩基滲壓監(jiān)測點。

2.2.2 副壩壩體侵潤線觀測

在副壩樁號0+250，0+150，每個斷面布置2組測壓管，進行壩體親潤線觀測。監(jiān)測點布置在黏土心墻前后及下游壩坡。

2.2.3 溢洪道邊墻滲水壓力觀測

在溢洪道左側(cè)邊墻布置4個滲壓監(jiān)測點。

2.2.4 滲流量監(jiān)測

設置于主壩后排水溝出口直線段布置一個三角堰，監(jiān)測排水溝內(nèi)水位變化。選用基康儀器(北京)有限公司生產(chǎn)的組裝產(chǎn)品BGK－467LV型振弦式量水堰計。堰板一期工程已經(jīng)安裝并使用，二期工程必須安裝堰板。該產(chǎn)品用于量水堰堰上水頭及其它需要對很小的水位變化進行計行精確測量的場合。該裝置可以測出小到0.06 mm的水位變化，最大量程可達300 mm。采用振弦式原理制造的精密量水堰計，其各種性能非常優(yōu)異，其主要部件均用不銹鋼制造，適合各種惡劣環(huán)境使用。主要技術指標如下:

量程:300mm;分辨率:0.02%F.S;精度:±0.1%F.S。

2.3 水力學原型觀測

水面線監(jiān)測用水尺進行，以2監(jiān)測上下游水面銜接情況及消力池水躍流態(tài)。水尺共設3條，分別在進口邊墻、閘墩側(cè)壁和消力池邊墻處設置，進行水位觀測。采用油漆繪制(白底、紅格、紅字)，格距為10，每2 m處標注對應高程數(shù)字。

2.4 監(jiān)測自動化系統(tǒng)

2.4.1 監(jiān)測自動化系統(tǒng)項目

桃山水庫安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)包含的項目主要是滲壓計、滲流量儀(堰上水位計)。

2.4.2 觀測站及數(shù)據(jù)采集裝置的布設

根據(jù)桃山水谷現(xiàn)場傳感分布情況，需要建立3個自動化觀測站。具體安裝位置及納入的儀器見表1。

表1 數(shù)據(jù)采集裝置布設

通訊接口可以直接并入RS485通訊網(wǎng)絡;電源由離之比較近的各觀測站隔離變壓器提供，保證其用電安全。

［1］ 劉心巖.黑龍江省倭肯河桃山水庫二期工程初步設計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利勘測設計院，2006.

［2］ 許濤.黑龍江省倭肯河桃山水庫二期工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計報告［R］.南京:南京自動化測報研究所，2009.

［3］ 楊云華.英守水庫大壩安全評價分析［J］.黑龍江水利科技，2009，37(02):110－111.