小溶江水利樞紐大壩安全監測系統設計

陳桂斌

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

小溶江水利樞紐大壩安全監測系統設計

陳桂斌

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

介紹了小溶江水利樞紐安全監測系統設計原則及變形、壓力、滲漏、溫度、應力應變等主要監測項目及監測設備的布置，并論述了監測系統的自動化設計。

混凝土重力壩；安全監測；設計；小溶江水利樞紐

1 工程概況

小溶江水利樞紐是桂林市防洪及漓江補水樞紐工程之一，桂江重點控制性防洪工程。樞紐以城市防洪和漓江生態環境補水為主，結合發電等綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為267 m，總庫容1.52億m3，大（2）型水庫，電站裝機容量16.6 MW。

工程為Ⅱ等工程，主要建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩后發電廠房等組成。重力壩最大壩高89.5 m，壩頂寬7 m，壩頂總長255 m，電站廠房布置在河床右岸，為壩后式廠房，廠房總裝機容量16.6 MW。

2 安全監測設計原則及主要監測項目

2.1 設計原則

（1）重點突出、兼顧全面。根據工程等級、地質條件、建筑物布置等實際情況，合理布置監測項目，重點放在碾壓混凝土壩變形、滲流監測。

（2）結合工程實際，監測項目統籌安排，互相校驗，互做補充，力爭達到監測數據可靠、真實、連續采集。

（3）儀器性能耐久、可靠、有效，力求實現自動化觀測。

（4）重視巡視檢查，堅持儀器監測與巡視檢查相結合。

2.2 主要監測項目

為了解和掌握建筑物的工作狀態，便于綜合分析和評價建筑物安全性，保障建筑物安全運用，充分發揮工程效益，根據相關設計規范，并結合本工程的實際情況，設置安全監測項目，安全監測設備布置情況見圖1。

（1）大壩壩體和壩基的水平、垂直位移監測、傾斜以及接縫和裂縫監測。

（2）揚壓力、滲透壓力、滲漏量。

（3）應力、應變及溫度。

圖1 安全監測設施布置示意圖

3 安全監測系統布置

3.1 變形監測

變形監測主要包括大壩壩體和壩基的水平、垂直位移監測、壩體撓度和傾斜監測，廠房沉陷監測等。

（1）水平、垂直位移觀測。壩體和壩基的水平位移采用引張線法進行監測，分別在190 m、225 m高程廊道及壩頂各布置一道引張線。垂直位移采用精密水準法和靜力水準法監測。垂直位移監測設施分3層布設：在壩頂225 m和190 m高程廊道各壩塊設精密水準點，用一等水準量測；在190 m高程廊道和壩頂布設靜力水準儀，用自動化手段監測壩體的垂直位移，日常管理采用自動觀測的方式為主，人工觀測為輔，且兩種觀測方式可相互校驗。水準基準點布置在大壩下游約1 km處，工作基點分別布置在兩岸的灌漿廊道內。廠房的沉陷觀測同樣采用精密水準法，分別在主、副廠房頂部、尾水平臺布設標點進行監測。

（2）撓度觀測。壩體撓度采用垂線法監測。在4#、6#壩塊各設置一條正、倒垂線組，倒垂線鉆孔深度取壩高的1/2控制，用以觀測壩體撓度。

（3）傾斜監測。壩體及壩基傾斜監測主要以壩頂和基礎兩層進行控制。壩頂結合垂直位移監測點選擇6個壩塊垂直于壩軸線成對布置水準點，按一等水準觀測。基礎部位則在基礎的橫向交通廊道內設置靜力水準儀和垂直位移測點進行監測。

3.2 滲流監測

（1）壩基揚壓力。壩基揚壓力監測采取縱、橫向斷面相結合的布置形式，監測采用測壓管或滲壓計。縱向監測斷面設1個，沿壩軸線方向布置在基礎灌漿排水廊道內，在防滲帷幕下游的排水幕線上布設一排測壓管，每個壩段設1根測壓管，每根測壓管內布設1支滲壓計，為對比分析帷幕排水運行情況，在帷幕線上游布置一排滲壓計。橫向監測斷面設4個，分別布置在左、右岸非溢流壩段、廠房進水口段和溢流壩段上，每個斷面設1根測壓管，4～5支滲壓計。

消力池基礎揚壓力監測按網格狀布設，沿消力池底部排水溝系統布置2排縱向、3排橫向監測點，每個監測點設1支滲壓計。

（2）壩體滲透壓力。壩體滲透壓力監測主要為了解上游面防滲層的防滲效果以及碾壓混凝土層面的滲流情況。選取3個重點壩塊布設壩體滲透壓力監測點，監測點布置在基礎墊層與壩體碾壓混凝土結合面及200 m或216 m高程等截面上。各高程截面上在壩內排水管上游側分別布置2支滲壓計，其中1支布置在防滲層內，1支埋設在上游防滲層與壩體碾壓混凝土界面附近。

（3）繞壩滲流觀測。為了解主壩左、右壩肩的繞壩滲流情況及兩岸的地下水位，在左、右岸灌漿帷幕前、后布設測壓管和滲壓計。共布置4個繞壩滲流觀測孔，這些測壓管既作為繞壩滲流監測孔，同時也作為地下水位長期觀測孔。

（4）滲漏量。在橫向廊道排水溝通往集水井的排水溝布置有量水堰，監測大壩基礎的滲漏量。壩體滲漏水經排水管匯入廊道上游排水溝后，用量水堰量測。對左、右岸壩體的滲漏量分別進行量測。

3.3 應力、應變及溫度監測

（1）應力、應變監測。①根據重力壩的布置，結合壩體混凝土分區、碾壓混凝土分層鋪設的特點，選擇壩0+120 m及壩0+150 m壩段作為壩體應力應變重點監測壩段，在監測壩段上選取2個水平監測截面，最下部的截面布置在距壩基面16 m的碾壓混凝土鋪筑層內。測點沿監測壩段中心線布置，各水平截面沿上、下游方向布置4或2個測點。應力應變儀器選用5向應變計組和無應力計；②結合壩體應力、應變監測斷面布置，對監測壩段的靠上、下游壩踵和壩趾部位的基巖應力、應變進行監測。沿上、下游方向布置2個測點，布置采用多點位移計、基巖變形計及壓力計；③消力池右邊墻基礎混凝土與基巖結合面附近布設3支基巖應變計，監測邊墻變形情況。底板混凝土與基巖結合面附近布設3支基巖應變計，監測基礎沉陷量。

（2）接縫和裂縫監測。在樁號壩0+115 m、壩0+135 m和壩0+155 m的壩踵部位埋設測縫計，樁號壩0+058 m、壩0+093 m、壩0+132 m以及壩0+182 m處的壩體埋設測縫計，溢流面碾壓混凝土與常態混凝土的結合面布設測縫計；消力池底板塊間、底板及邊墻間永久縫布置測縫計，以觀測其水平開合度及豎向不均勻沉陷。

（3）溫度監測。溫度監測主要以壩體溫度監測為主，結合壩面和壩基溫度監測布設。選擇溢流壩段及右岸非溢流壩臨近河床的壩段作為監測壩段，在監測壩段上沿不同高程設3～5個監測斷面，各個監測斷面上按網格布置溫度測點監測壩體溫度，同時在上、下游側靠近壩體表面增設溫度測點觀測壩面溫度。

3.4 監測自動化設計

小溶江水利樞紐規模較大，安全監測內容廣，儀器類型多，測點數量大且較分散，需要通過有效地自動化監測系統，進行及時的數據采集、傳輸和分析處理，并快速提供反饋信息。根據監測儀器的布置情況及監測要求，采用分布式網絡自動化監測系統及遠程監控系統進行管理。除了監測控制網、水力學監測外，其余觀測項目的傳感器均接入監測自動化系統。

監測自動化系統分為現場采集站和中心監測總站。現場監控層由傳感器和數據采集單元（DAU）組成。中心監測站設在電站副廠房的中控室內。DAU之間通過雙絞屏蔽線以RS232/485方式連接、DAU與工作站之間通過光纖連接，并組成局域網。中心監測總站的工作站可進入工程運行調度自動化總系統，并作為其一個子系統，同時也可進入公用通信網絡，實現遠程通信。安全監測自動化系統具備監測數據的自動采集、資料處理分析及安全管理自動化；采用分布式數據采集網絡技術，系統具有高度的兼容性；大壩管理維護人員能及時掌握水工建筑物及基礎的工作狀態，并能對大壩及其它建筑物的長期工作性態進行綜合分析，滿足電站現代化管理的要求。

4 結語

小溶江水利樞紐安全監測系統結合了工程布置特點、地形地質條件、后期運行管理等要求，并盡可能采用當時較先進設備，根據規范要求，觀測項目在同類型、規模水庫中較為完善，但觀測效果仍有待于工程運行后進一步檢驗。

（責任編輯：劉征湛）

Main dam safety monitoring system design of Xiaorongjiang Hydraulic Complex

CHEN Gui-bin
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

An introduction was made on the design of safety monitoring system for Xiaorongjiang Hydraulic Com?plex,including the design principles,main monitoring items such as deformation,pressure,seepage,temperature,stress and strain etc.,and the arrangement of monitoring devices.The author also discussed the automatic design of monitoring system.

Concrete gravity dam;safety monitoring;design;Xiaorongjiang Hydraulic Complex

TV698.1

B

1003-1510（2016）02-0057-03

2016-00-00

陳桂斌（1985-），男，廣西合浦人，廣西水利電力勘測設計研究院工程師，學士，主要從事水利水電工程設計工作。