淺談深圳市赤坳水庫除險加固工程大壩安全監測設計

劉金鵬 靳春國 楊浩

【摘要】赤坳水庫為深圳市的中型水庫，在進行除險加固工程設計的同時，需建立完善的大壩安全監測設施。本文即對赤坳水庫除險加固工程中大壩安全監測部分的設計進行詳細闡述。

【關鍵詞】赤坳水庫；大壩；監測；設計

1、概況

赤坳水庫位于深圳市坪山新區東部，緊鄰大鵬新區，發源于田頭山金龜水（中游），承擔著上下游地區的防洪重任；是深圳東部片區重要的供水及轉輸水庫，是坪山、坑梓的主要供水水源。水庫除險加固工程建設內容為：主壩上游壩面防滲，下游培厚壓重；新建隧洞及附屬設施；副壩混凝土防滲墻加固；機電設備及金屬結構更新改造；完善水庫監測設施等。

水庫控制集雨面積14.6km2，壩址以上主流長9.0km，平均坡降0.024。除險加固后，正常蓄水位82.0m，相應庫容1682萬m3，總庫容1850萬m3，是一座防洪、供水等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫工程等別Ⅲ等，主要建筑物級別3級；防洪標準設計100年一遇，設計洪水位83.85m；校核2000年一遇，校核洪水位84.6m。水庫樞紐包括主壩、副壩、輸水涵管、溢流壩四部分。主壩為漿砌石重力壩，加固后壩頂高程85.1m，壩長（含溢流壩長）195m，壩頂寬度6m，最大壩高39.1m；溢流壩位于主壩中部，開敞式溢流堰，堰頂高程82.0m，長30m。副壩為均質土壩，壩頂高程86.39m，壩長70m，最大壩高20m。

工程除險加固實施的同時，須與大壩安全監測部分統一實施，兩者密切結合。大壩安全監測設計在工程加固后可繼續使用的表面變形監測、測壓管、量水堰等基礎上，在壩體設置表面變形觀測、位移及撓度、滲流、裂縫、應力應變、環境量、監測站等安全監測設備和設施。砌石壩、土石壩安全監測須根據工程等級、規模、結構型式及其地形、地質條件和地理環境等因素，監測范圍包括壩體、壩基、壩肩以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其他與大壩安全有直接關系的建筑物和設備，設置必要的安全監測項目，儀器監測和巡視檢查相結合，定期進行系統觀測。

2、大壩安全監測設計

（1）表面變形監測：主壩在大壩下游坡培厚加固，現狀表面變形監測墩需拆除重建，本次新設17處。在大壩兩端以及大壩轉彎處堅硬巖石上共布置6個工作基點和6個校核基點，水準基點、工作基點位置根據現場實際情況確定，要求巖體堅固、通視性好。現狀副壩監測墩本次保留，但在其基礎上增加與全站儀配套的棱鏡、連接件、對中裝置等設備。觀測設備選用全自動型全站儀，目前在深圳市西麗、鐵崗、長嶺皮、東湖、羅田水庫等大壩自動化監測中已運用。

（2）水平位移及撓度監測：在主壩壩頂和新建廊道內布置2條引張線，共計10套引張線儀，以精密監測大壩的水平位移變化。在新建廊道內設置靜力水準儀6套，以監測大壩的垂直位移或沉降。在原漿砌石與鋼筋砼的結合面設置位錯計監測新舊壩坡之間的位錯、相對沉降情況。在主壩的河床中部鉆孔設置2處單點位移計，監測大壩滑動面和區域的變形或沉降位移。

（3）滲流監測：壩基揚壓力按縱向和橫向監測斷面布設測壓管和滲流計。縱向監測斷面布置在防滲帷幕后第一排水幕線上，每個壩段布置一個測點。橫向監測斷面選擇在最高壩段，岸坡壩段及地質構造復雜的壩段。主壩壩體揚壓力測點在上游壩面至壩體排水管之間，測點間距自上游而起，由密漸疏。繞壩滲流監測根據地形、樞紐布置和滲流控制設施及繞壩滲流區巖體滲漏特性而定，在兩岸壩肩防滲帷幕后，沿流線方向布置3個監測斷面，每個監測斷面3個監測孔，孔深達強透水層，并深入到筑壩前地下水位以下。因此，在主壩段增設12處測壓管，在兩岸壩肩與岸坡增設16處測壓管監測繞壩滲流，共計28處，并均增設滲壓計。副壩現狀在大壩壩軸線中間設有3條測壓管，本次增設2個觀測橫斷面各3條測壓管觀測鉛直線；由于副壩增設防滲墻加固，因此，在大壩上游坡各觀測橫斷面增設1條觀測鉛直線，由此共12個監測斷面。本次增設9個鉆孔，并在12個斷面上均埋設滲壓計。繞壩滲流觀測包括兩岸壩端及部分山體、土石壩與岸坡或混凝土建筑物接觸面、以及防滲齒墻或灌漿帷幕與壩體或兩岸結合部等關鍵部位，共計12個鉆孔，12支滲壓計。各滲壓計均同時兼測壩體水溫

（4）裂縫監測：在重點壩段的分縫處需進行裂縫監測。在主壩選取4個橫斷面，在分縫處設測縫計11套，監測分縫處的裂縫情況；另外，選取3處橫斷面，在澆筑的砼內埋設測縫計4套，監測砼的裂縫。共計測縫計15套，安裝在新培厚的鋼筋砼結構表面，可在惡劣環境下長期監測結構表面裂縫或接縫的開合度；內置溫度傳感器可同時兼測壩面溫度。

（5）應力應變的溫度監測：在主壩原漿砌石與鋼筋砼的結合面設置埋入式應變計監測應力、應變情況，內置溫度傳感器同時兼測壩體溫度。在主壩選取2個橫斷面，在分縫處設應變計6套，監測分縫處的應力應變情況；另外，選取2處橫斷面，在澆筑的鋼筋砼內埋設應變計4套，監測砼的應力應變；共計10套。溫度監測斷面沿壩段中心布置，為監測系統的重點監測壩段，在能監測溫度的其他儀器處，不再布置，因此，在重力壩監測壩段的中心斷面上，共設20個。

（6）滲漏量監測：在主壩壩基廊道內的排水溝上分段布置量水堰，分別監測壩基和壩體滲漏量；在副壩下游排水棱體后增設量水堰計自動監測大壩滲漏量。廊道或平洞排水溝的滲漏水，采用量水堰量測；排水孔的滲漏水采用容積法量測。

（7）環境量監測：在主、副壩的上游坡增設水尺；右壩肩處增設自記水位計，觀測上游水位；在靠近上游壩面的庫水中，布置測溫垂線；在管理站的附近露天開闊地帶設置氣溫計，采用玻璃鋼百葉箱保護；在主壩下游供水管處增設流量計。

（8）表面監測：包括裂縫、滑坡、隆起、滲透變形及表面侵蝕破壞等，主要為人工巡視檢查及觀測。

（9）系統防雷與集成： 監控系統設置電源防雷、信號線防雷、室外儀表引入防雷等。所有電測儀器全部實現自動化監測，由傳感器、通訊專用電纜接入新建啟閉機房內的MCU，再通過4芯屏蔽專用電纜接入安全監測控制中心。觀測站布置在儀器集中的地方，保證安全，保持干燥，并安置集線箱和量測儀表的壁龕和工作臺。主壩設置5臺測控裝置MCU，放在現狀壩頂右岸已有砼房內；副壩則設置1臺測控裝置MCU，放在現狀壩頂左岸已有砼房內。系統集成包含數據采集軟件、數據整編軟件、數據分析軟件、手動數據輸入軟件等信息管理軟件，計算分析軟件等；硬件包括中央控制計算機、UPS不間斷電源、打印機、交換機等。

（10）各類監測儀器應精確可靠、穩定耐用、便于觀測且經濟合理，應有自檢、自校功能，可長期穩定地工作；能保證在惡劣氣候條件下仍能進行必要項目的觀測。

3、結論與建議

（1）赤坳水庫大壩安全監測與除險加固工程相互結合，統一實施，可為管理及時消除工程隱患和險情，提供可靠的科學依據。

（2）大壩安全監測部分實施完成后，建議水庫管理單位應按《混凝土壩安全監測資料整編規程》（DL/T5209-2005）、《土石壩安全監測資料整編規程》（DL/T5256-2010）認真及時地對相關的監測數據和信息等進行資料整編和歸檔工作。

（3）建議加強管理，對監測數據所反映的信息進行迅速分析、評判和處理，定期對水庫樞紐建筑物的安全狀態作出評價。

參考文獻：

[1]《漿砌石壩設計規范》（SL25-2006）.

[2]《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）.

[3]《混凝土壩安全監測技術規范》（SL601-2013）

[4]《土石壩安全監測技術規范》（SL551-2012）.

[5]鞏向偉，侯豐奎，張衛東，徐永兵.水庫大壩安全監測系統及自動化[J].水利規劃與設計，2007年02期.