大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在桃山水庫(kù)二期工程中的施工應(yīng)用

王克國(guó)，郭 志，杜紀(jì)奎

(黑龍江省桃山水庫(kù)管理處，黑龍江七臺(tái)河154600)

1 桃山水庫(kù)二期工程概況

桃山水庫(kù)位于松花江右岸支流倭肯河中、上游，緊鄰七臺(tái)河市城區(qū)。是解決七臺(tái)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(yùn)行。工程運(yùn)行以來(lái)，對(duì)七臺(tái)河市工業(yè)及城鎮(zhèn)供水、下游防洪和農(nóng)田補(bǔ)水灌溉發(fā)揮了重要作用。桃山水庫(kù)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(kuò)大、地面沉降等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重威脅城市供水安全。在這樣的前提下，桃山水庫(kù)二期工程于2006年10月開(kāi)工建設(shè)，工程的的建設(shè)可以緩解七臺(tái)河市供水緊張狀況，提高下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。桃山水庫(kù)二期工程的主要建筑物主要有主壩、副壩、溢洪道，在運(yùn)行管理當(dāng)中，對(duì)主要建筑物的及時(shí)準(zhǔn)確的觀測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就尤為重要，水庫(kù)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，讓其充分發(fā)揮最大效益，故特意在二期工程建設(shè)當(dāng)中投入使用了工情自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)就其施工應(yīng)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(jìn)行固結(jié)、帷幕灌漿。二期工程以不放空水庫(kù)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(jìn)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(shè)有排水棱體，二期工程完成后壩長(zhǎng)522 m，最大壩高24.8 m，壩寬8 m，壩基基礎(chǔ)工程在一期工程施工時(shí)已經(jīng)按二期工程指標(biāo)進(jìn)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?gòu)?qiáng)較強(qiáng)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(zhǎng)151.0 m，最大壩高1.64 m，壩頂寬8 m。副壩在原址處進(jìn)行加高擴(kuò)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(cè)項(xiàng)目布置

為了解本工程水工建筑物的工作狀態(tài)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，及為工程的科學(xué)管理提供依據(jù)。根據(jù)樞紐建筑物組成及其特點(diǎn)，桃山水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)由變形監(jiān)測(cè)，滲流監(jiān)測(cè)，水力學(xué)原型觀測(cè)及監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)等組成。

2.1 表面變形監(jiān)測(cè)

平面變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè):選用四川省飛翔測(cè)繪設(shè)備有限公司F－1A型強(qiáng)制對(duì)中底盤和B－2型水準(zhǔn)標(biāo)志，F(xiàn)－1A型強(qiáng)制對(duì)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(cè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)觀測(cè)墩的建立，獨(dú)有的防盜螺栓，易于保護(hù)。

B－2型水準(zhǔn)核心主要用于精密水準(zhǔn)測(cè)量中地基準(zhǔn)點(diǎn)、校核點(diǎn)以及沉降觀測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)。B－2型水準(zhǔn)標(biāo)心在國(guó)內(nèi)外數(shù)百座水電工程中均有良好應(yīng)用，滿足設(shè)計(jì)要求。

表面變形監(jiān)測(cè)包括豎向位移和水平位移。豎向位移采用水準(zhǔn)法測(cè)量，水平位移采用視準(zhǔn)線法測(cè)量。

主壩選擇3個(gè)橫斷面，樁號(hào)為0+150、0+300、0+500，每個(gè)斷面布置3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，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(gè)橫斷面，樁號(hào)位0+150和0+250，每個(gè)斷面布置3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)垂直位移利用水平位移觀測(cè)。主壩左右端各設(shè)3各工作基點(diǎn)和3各校核基點(diǎn)，副壩右端設(shè)置2個(gè)工作基點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)。

2.2 滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)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(jì)。該產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)小型化、輸出靈敏度高、設(shè)計(jì)制造品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，確保產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠，適合各種惡劣環(huán)境使用，是同類進(jìn)口傳感器的理想替代品。Vp500型振弦式滲壓計(jì)適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在水工建筑物或其它混凝土建筑物及地基內(nèi)，測(cè)量結(jié)構(gòu)物地基內(nèi)部的滲透水壓力，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。滲壓計(jì)加裝配套附件可在測(cè)壓管、地基鉆孔中等場(chǎng)合下作水位計(jì)適用。其主要指標(biāo)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(cè)

在大壩上選取3個(gè)典型斷面，樁號(hào)分別為0+150、0+ 300、0+500，每個(gè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如下:

壩基滲流壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn):黏土心墻后，馬道1(高程179)、馬道2(高程171.5m)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共3個(gè)壩基滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.2.2 副壩壩體侵潤(rùn)線觀測(cè)

在副壩樁號(hào)0+250，0+150，每個(gè)斷面布置2組測(cè)壓管，進(jìn)行壩體親潤(rùn)線觀測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)

在溢洪道左側(cè)邊墻布置4個(gè)滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.2.4 滲流量監(jiān)測(cè)

設(shè)置于主壩后排水溝出口直線段布置一個(gè)三角堰，監(jiān)測(cè)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(jì)。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(duì)很小的水位變化進(jìn)行計(jì)行精確測(cè)量的場(chǎng)合。該裝置可以測(cè)出小到0.06 mm的水位變化，最大量程可達(dá)300 mm。采用振弦式原理制造的精密量水堰計(jì)，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(shù)指標(biāo)如下:

量程:300mm;分辨率:0.02%F.S;精度:±0.1%F.S。

2.3 水力學(xué)原型觀測(cè)

水面線監(jiān)測(cè)用水尺進(jìn)行，以2監(jiān)測(cè)上下游水面銜接情況及消力池水躍流態(tài)。水尺共設(shè)3條，分別在進(jìn)口邊墻、閘墩側(cè)壁和消力池邊墻處設(shè)置，進(jìn)行水位觀測(cè)。采用油漆繪制(白底、紅格、紅字)，格距為10，每2 m處標(biāo)注對(duì)應(yīng)高程數(shù)字。

2.4 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)

2.4.1 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目

桃山水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)包含的項(xiàng)目主要是滲壓計(jì)、滲流量?jī)x(堰上水位計(jì))。

2.4.2 觀測(cè)站及數(shù)據(jù)采集裝置的布設(shè)

根據(jù)桃山水谷現(xiàn)場(chǎng)傳感分布情況，需要建立3個(gè)自動(dòng)化觀測(cè)站。具體安裝位置及納入的儀器見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)采集裝置布設(shè)

通訊接口可以直接并入RS485通訊網(wǎng)絡(luò);電源由離之比較近的各觀測(cè)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(kù)二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2006.

［2］ 許濤.黑龍江省倭肯河桃山水庫(kù)二期工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.南京:南京自動(dòng)化測(cè)報(bào)研究所，2009.

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