小溶江水利樞紐大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

陳桂斌

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

小溶江水利樞紐大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

陳桂斌

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

介紹了小溶江水利樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計原則及變形、壓力、滲漏、溫度、應(yīng)力應(yīng)變等主要監(jiān)測項目及監(jiān)測設(shè)備的布置，并論述了監(jiān)測系統(tǒng)的自動化設(shè)計。

混凝土重力壩；安全監(jiān)測；設(shè)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(bǔ)水樞紐工程之一，桂江重點(diǎn)控制性防洪工程。樞紐以城市防洪和漓江生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水為主，結(jié)合發(fā)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(jī)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(fā)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(jī)容量16.6 MW。

2 安全監(jiān)測設(shè)計原則及主要監(jiān)測項目

2.1 設(shè)計原則

（1）重點(diǎn)突出、兼顧全面。根據(jù)工程等級、地質(zhì)條件、建筑物布置等實(shí)際情況，合理布置監(jiān)測項目，重點(diǎn)放在碾壓混凝土壩變形、滲流監(jiān)測。

（2）結(jié)合工程實(shí)際，監(jiān)測項目統(tǒng)籌安排，互相校驗(yàn)，互做補(bǔ)充，力爭達(dá)到監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠、真實(shí)、連續(xù)采集。

（3）儀器性能耐久、可靠、有效，力求實(shí)現(xiàn)自動化觀測。

（4）重視巡視檢查，堅持儀器監(jiān)測與巡視檢查相結(jié)合。

2.2 主要監(jiān)測項目

為了解和掌握建筑物的工作狀態(tài)，便于綜合分析和評價建筑物安全性，保障建筑物安全運(yùn)用，充分發(fā)揮工程效益，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，并結(jié)合本工程的實(shí)際情況，設(shè)置安全監(jiān)測項目，安全監(jiān)測設(shè)備布置情況見圖1。

（1）大壩壩體和壩基的水平、垂直位移監(jiān)測、傾斜以及接縫和裂縫監(jiān)測。

（2）揚(yáng)壓力、滲透壓力、滲漏量。

（3）應(yīng)力、應(yīng)變及溫度。

圖1 安全監(jiān)測設(shè)施布置示意圖

3 安全監(jiān)測系統(tǒng)布置

3.1 變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要包括大壩壩體和壩基的水平、垂直位移監(jiān)測、壩體撓度和傾斜監(jiān)測，廠房沉陷監(jiān)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(jìn)行監(jiān)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(zhǔn)法和靜力水準(zhǔn)法監(jiān)測。垂直位移監(jiān)測設(shè)施分3層布設(shè)：在壩頂225 m和190 m高程廊道各壩塊設(shè)精密水準(zhǔn)點(diǎn)，用一等水準(zhǔn)量測；在190 m高程廊道和壩頂布設(shè)靜力水準(zhǔn)儀，用自動化手段監(jiān)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(yàn)。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)布置在大壩下游約1 km處，工作基點(diǎn)分別布置在兩岸的灌漿廊道內(nèi)。廠房的沉陷觀測同樣采用精密水準(zhǔn)法，分別在主、副廠房頂部、尾水平臺布設(shè)標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

（2）撓度觀測。壩體撓度采用垂線法監(jiān)測。在4#、6#壩塊各設(shè)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(jiān)測。壩體及壩基傾斜監(jiān)測主要以壩頂和基礎(chǔ)兩層進(jìn)行控制。壩頂結(jié)合垂直位移監(jiān)測點(diǎn)選擇6個壩塊垂直于壩軸線成對布置水準(zhǔn)點(diǎn)，按一等水準(zhǔn)觀測?；A(chǔ)部位則在基礎(chǔ)的橫向交通廊道內(nèi)設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀和垂直位移測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

3.2 滲流監(jiān)測

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

消力池基礎(chǔ)揚(yáng)壓力監(jiān)測按網(wǎng)格狀布設(shè)，沿消力池底部排水溝系統(tǒng)布置2排縱向、3排橫向監(jiān)測點(diǎn)，每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)1支滲壓計。

（2）壩體滲透壓力。壩體滲透壓力監(jiān)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(diǎn)壩塊布設(shè)壩體滲透壓力監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)布置在基礎(chǔ)墊層與壩體碾壓混凝土結(jié)合面及200 m或216 m高程等截面上。各高程截面上在壩內(nèi)排水管上游側(cè)分別布置2支滲壓計，其中1支布置在防滲層內(nèi)，1支埋設(shè)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(shè)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(jiān)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(jiān)測大壩基礎(chǔ)的滲漏量。壩體滲漏水經(jīng)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(jìn)行量測。

3.3 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測

（1）應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測。①根據(jù)重力壩的布置，結(jié)合壩體混凝土分區(qū)、碾壓混凝土分層鋪設(shè)的特點(diǎn)，選擇壩0+120 m及壩0+150 m壩段作為壩體應(yīng)力應(yīng)變重點(diǎn)監(jiān)測壩段，在監(jiān)測壩段上選取2個水平監(jiān)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(nèi)。測點(diǎn)沿監(jiān)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(diǎn)。應(yīng)力應(yīng)變儀器選用5向應(yīng)變計組和無應(yīng)力計；②結(jié)合壩體應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測斷面布置，對監(jiān)測壩段的靠上、下游壩踵和壩趾部位的基巖應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。沿上、下游方向布置2個測點(diǎn)，布置采用多點(diǎn)位移計、基巖變形計及壓力計；③消力池右邊墻基礎(chǔ)混凝土與基巖結(jié)合面附近布設(shè)3支基巖應(yīng)變計，監(jiān)測邊墻變形情況。底板混凝土與基巖結(jié)合面附近布設(shè)3支基巖應(yīng)變計，監(jiān)測基礎(chǔ)沉陷量。

（2）接縫和裂縫監(jiān)測。在樁號壩0+115 m、壩0+135 m和壩0+155 m的壩踵部位埋設(shè)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(shè)測縫計，溢流面碾壓混凝土與常態(tài)混凝土的結(jié)合面布設(shè)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(jiān)測。溫度監(jiān)測主要以壩體溫度監(jiān)測為主，結(jié)合壩面和壩基溫度監(jiān)測布設(shè)。選擇溢流壩段及右岸非溢流壩臨近河床的壩段作為監(jiān)測壩段，在監(jiān)測壩段上沿不同高程設(shè)3～5個監(jiān)測斷面，各個監(jiān)測斷面上按網(wǎng)格布置溫度測點(diǎn)監(jiān)測壩體溫度，同時在上、下游側(cè)靠近壩體表面增設(shè)溫度測點(diǎn)觀測壩面溫度。

3.4 監(jiān)測自動化設(shè)計

小溶江水利樞紐規(guī)模較大，安全監(jiān)測內(nèi)容廣，儀器類型多，測點(diǎn)數(shù)量大且較分散，需要通過有效地自動化監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行及時的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析處理，并快速提供反饋信息。根據(jù)監(jiān)測儀器的布置情況及監(jiān)測要求，采用分布式網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理。除了監(jiān)測控制網(wǎng)、水力學(xué)監(jiān)測外，其余觀測項目的傳感器均接入監(jiān)測自動化系統(tǒng)。

監(jiān)測自動化系統(tǒng)分為現(xiàn)場采集站和中心監(jiān)測總站。現(xiàn)場監(jiān)控層由傳感器和數(shù)據(jù)采集單元（DAU）組成。中心監(jiān)測站設(shè)在電站副廠房的中控室內(nèi)。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(wǎng)。中心監(jiān)測總站的工作站可進(jìn)入工程運(yùn)行調(diào)度自動化總系統(tǒng)，并作為其一個子系統(tǒng)，同時也可進(jìn)入公用通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)具備監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)具有高度的兼容性；大壩管理維護(hù)人員能及時掌握水工建筑物及基礎(chǔ)的工作狀態(tài)，并能對大壩及其它建筑物的長期工作性態(tài)進(jìn)行綜合分析，滿足電站現(xiàn)代化管理的要求。

4 結(jié)語

小溶江水利樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合了工程布置特點(diǎn)、地形地質(zhì)條件、后期運(yùn)行管理等要求，并盡可能采用當(dāng)時較先進(jìn)設(shè)備，根據(jù)規(guī)范要求，觀測項目在同類型、規(guī)模水庫中較為完善，但觀測效果仍有待于工程運(yùn)行后進(jìn)一步檢驗(yàn)。

（責(zé)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(shè)計研究院工程師，學(xué)士，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。