淠史杭灌區羅管節制閘安全監測設計

尹小萍

安全監測工作是保證工程正常安全運行、充分發揮工程效益、更好地為工農業生產服務的一項重要手段。它采用埋設一系列專用儀器來監測施工期和使用期工程的穩定性及安全狀況，為工程設計及施工提供可靠資料，并進行工程的安全性評估，對可能危害工程安全的險情作出預判，及時采取處理措施，保證項目安全。

羅管節制閘為淠史杭特大型灌區的重要工程，為了解水閘在運行期及施工期結構的安全性和安全程度，必須對其進行安全監測。

一、工程概況

羅管節制閘是淠史杭特大型灌區設計流量最大的節制閘，位于金安區三十鋪境內。該閘興建于1960年，是調控淠東、杭淠、瓦西3條干渠水位，是向合肥市區、郊區、肥東縣、肥西縣、長豐縣輸水的咽喉。閘下控制灌溉面積409.5萬畝。羅管節制閘共7孔，中孔寬4.9m，邊孔寬2.6m，閘身長15m，閘室寬27.34m；平板鋼閘門，卷揚式啟閉機；正常蓄水位49.9m（1985國家高程基準，下同），設計水位50.05m，設計流量172.10m3/s，渠底高程閘上45.45m，閘下45.23m。該閘運行50余年，雖經4次大的維修，但漿砌石圬工結構閘墩未作加固處理，已接近使用年限。該閘作為安徽省淠史杭灌區2012年度續建配套與節水改造項目原規模拆除重建，根據《灌溉與排水工程設計規范》，確定羅管節制閘建筑物級別為2級，閘室及岸墻建筑物級別均為2級，臨時建筑物級別為4級。其防洪標準為50年一遇，校核標準為200年一遇。正常蓄水位49.9m，閘上設計水位50.05m，閘下設計水位49.9m，設計流量172.1m3/s，校核流量189.0m3/s。羅管節制閘在原閘址處拆除重建，閘室采用鋼筋混凝土開敞式結構，5孔，每孔凈寬5.0m，總凈寬25.0m，閘室垂直水流向總寬31.8m。閘室順水流向長15.0m，底板高程45.00m。閘室底板采用大小底板筏式基礎，底板厚度為1.0m，中墩厚1.2m，邊墩1.0m。上游為半圓型翼墻，下游為折線型翼墻連接，墩項高程54.40m，左、右岸均布置橋頭堡。

二、安全監測設計內容

羅管節制閘布置有表面變形觀測、揚壓力監測、土壓力監測、鋼筋應力監測等?，F已報廢較多，本次除險加固過程中，要對主體結構拆除重建，現有的監測點基本報廢，需重新布設觀測點及觀測儀器。

針對羅管節制閘的工程特點，確定該工程安全監測系統的設計原則如下：（1）安全監測系統的監測項目、測點布置及系統的功能、性能應滿足國家或行業技術標準的要求；（2）儀器選型在滿足精度要求的前提下，應做到可靠、耐久、經濟、實用；（3）各類監測設施的埋設應盡量結合現場實際情況，既方便施工又要保證埋設質量；（4）監測數據可實現實時自動化采集；（5）對所測資料應及時進行整理、分析和評價，以便及時發現工程所存在的不安全因素并采取處理措施；（6）系統具備良好的安全性、兼容性、可擴充性、可維護性、高可靠性。

1.變形監測

變形監測包括水閘主體結構的水平位移和沉降位移。

水平位移對水閘工程中的主體建筑物閘室和岸墻非常重要，其測量值可直接反映閘室和岸墻的整體穩定情況。因此該工程選擇岸墻和閘室為水平位移觀測的對象。水平位移觀測采用視準線法，該方法是建立一個平行于建筑物軸線的鉛垂面為基準面，設計在閘室頂部和岸墻前墻頂部上共布置14個測點，另外，在水閘兩側的堤防上各布置一套工作、校核基點。

建筑物的沉降位移反映建筑物的不均勻沉降，對穩定非常重要，本閘在閘室、岸墻及上下游翼墻頂部均設置沉降測點，和上述設立的工作及校核基點一起，形成完全閉合的水準測量路線，測量方法采用二等水準測量，該工程共設垂直位移標點30個。

2.揚壓力監測

揚壓力監測包括建筑物基底揚壓力監測和兩側繞滲監測。該工程地基為土基，因此地基土的穩定是建筑物穩定的前提，地基的滲流安全穩定非常重要，需進行地基的揚壓力監測，確保工程安全。

對于地基的揚壓力監測，采用選取3個閘室底板斷面，每個斷面沿水流方向各設3個測點進行揚壓力監測。并在同一斷面的上游鋪蓋及下游消力池底板下各設1個測點，總共埋設15支滲壓計。

對于閘室繞滲監測，在閘室左右兩側的岸墻及翼墻底板下各設2個測點，共埋設12支孔隙水壓力計，以觀測地基的繞滲情況。

該工程閘室下的9支孔隙水壓力計采用測壓管埋設方式，以便孔隙水壓力計在運行過程中出現質量問題或損壞后得以及時更換，在閘墩中埋設De60鍍鋅鋼管，管頂位于墩頂，工程施工完畢后再將水壓力計投入到管底，并將電纜向上引出。

3.土壓力和地基應力監測

在左右兩側的岸翼墻，按不同部位，選取4個斷面，每個斷面在墻后自下而上設3個土壓力測點，另外在底板下也設置兩個測點，以測量土壓力和地基應力分布情況，為設計提供可靠的數據。

4.水位觀測

對于水位觀測，該工程在距閘室150m處上下游渠道底部各埋設兩支水壓力計，以自動觀測上下游的水位，該部位距水閘較遠，過水時水流波動對水位的影響較小，故可得到準確的水位值。

另外為方便水閘的運行管理，直觀看見上下游的水位，本閘分別在上下游翼墻的前墻上各設兩條水位標尺。

5.儀器選型

該工程的滲壓計及土壓力計均采用振弦式儀器，振弦式儀器具有以下幾方面主要性能特點：①結構簡單，長期穩定性好；②靈敏度高；③體積小。

振弦式多點位移計的工作原理概括為：當結構物產生變位開合度發生變化時，會使位移計左、右安裝座產生相對位移，該位移傳遞給振弦，使振弦受到應力變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激撥振弦并測量其振動頻率。頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置或數據采集系統。再經換算即可得到被測結構物伸縮縫或裂縫相對位移的變化量。

鋼弦式滲壓計主要用于長期測量測壓管、鉆孔、堤壩、管道和壓力容器里的液體及孔隙水壓力，性能非常優異。其主要部件均用特殊鋼材制造，有足夠的強度適合各種惡劣環境安裝使用。特別是在完善電纜保護措施后，可直接埋設在對儀器要求較高的碾壓土中。

6.安全監測自動化系統

安全監測自動化系統包括各監測儀器的自動化測量和數據的自動采集和實現數據的軟件集中處理分析。針對羅管節制閘的工程特點和觀測項目，采用安全可靠、故障率低、易于維護的數據采集系統是十分必要的。該工程安全監測系統采用分布式安全系統，安全監測全部埋設儀器通過水工專用電纜連接，電纜走線終端均引到設在橋頭堡內的監測站，站內布置3臺振弦式數據采集DAU單元，將全部振弦式傳感器接入其中，并將傳感器的輸出信號轉換成可傳送的數字信號。監測站內DAU間采用RS-485連接，然后用光纜將數字信號輸送到水閘的管理區，管理區內設數據采集工作站及其他自動化辦公設備，可以便捷地完成日常數據采集、物理量轉換、數據保存及分析工作，極大提高監測工作效率。

三、結語

該工程的安全監測項目在施工過程中能夠在埋設準備、安裝儀器、施工期觀測等各個環節進行較好的質量控制，儀器安裝合格率100%，儀器工作狀況良好，系統穩定。工程驗收質量達到優良標準。目前羅管節制閘已投入使用，獲得了大量第一手的觀測數據，資料整理與分析也取得了預期目標