德日蘇寶冷水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

張 峰，張 新

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 工程概況

德日蘇寶冷水庫(kù)位于內(nèi)蒙古赤峰市查干沐淪河的下游，距上游巴林右旗政府所在地大板鎮(zhèn)11km。工程主要任務(wù)為生態(tài)保護(hù)、工業(yè)和灌區(qū)供水等綜合利用，水庫(kù)的最大庫(kù)容為0.99億m3，規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。德日蘇寶冷水庫(kù)的主要建筑物（主壩、副壩）為3級(jí)，防洪堤為2級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2000年一遇洪水校核。

工程由攔河壩主、副壩組成。主壩軸線長(zhǎng)約523.8m，在主壩右側(cè)布置土工合成材料心墻堆石壩，堆石壩壩頂長(zhǎng)357.2m，最大壩高為21.0m。在主壩左側(cè)布置泄洪沖沙閘，共設(shè)9孔，閘室總寬103.0m。副壩長(zhǎng)度為520m，最大堤高為8m。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)的主要規(guī)程、規(guī)范為：SL60-94《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》；SL169-96《土石壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程》；GB 50266-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》；SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》；SDJ336－89《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》；GB12897-91《國(guó)家一、二、三等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及目的

3.1 主壩、副壩、外部變形監(jiān)測(cè)

主、副壩水平位移監(jiān)測(cè)采用全站儀，監(jiān)測(cè)目的是監(jiān)測(cè)壩體在順?biāo)鞣较蚣按怪彼鞣较虻奈灰谱冃危恢?、副壩垂直位移監(jiān)測(cè)采用數(shù)碼水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)目的是監(jiān)測(cè)壩、堤體的沉降量。

3.2 主壩、副壩滲流、滲壓監(jiān)測(cè)

1）主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩的基礎(chǔ)，在上游庫(kù)水位的作用下要產(chǎn)生滲透壓力，為了監(jiān)測(cè)滲透壓力的大小，在主壩 （土工膜心墻堆石壩段）、副壩的基礎(chǔ)埋設(shè)弦式滲壓，監(jiān)測(cè)滲透壓力。

2）副壩的壩體為土體結(jié)構(gòu)，水庫(kù)內(nèi)的庫(kù)水浸潤(rùn)壩體，為了監(jiān)測(cè)浸潤(rùn)線的位置，在設(shè)計(jì)的浸潤(rùn)線以下埋設(shè)弦式滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)副壩的壩體浸潤(rùn)線位置。

3）為了檢測(cè)主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩基礎(chǔ)防滲效果、及滲流量的大小，在主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩下游側(cè)安裝埋設(shè)側(cè)壓管，監(jiān)測(cè)滲流量。

4）為了檢測(cè)主壩（土工膜心墻堆石壩段）土工膜的防滲效果，在土工膜心墻下游側(cè)安裝埋設(shè)弦式滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)土工膜心墻在上游庫(kù)水位作用下是否滲漏或滲漏量大小。

3.3 主壩應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

1）為了檢測(cè)主壩（土工膜心墻堆石壩段）土工膜的變形及防滲效果，在土工膜心墻上安裝土工膜應(yīng)變計(jì)，監(jiān)測(cè)土工膜心墻在上游庫(kù)水位作用下，土工膜的變形量。

2）為了檢測(cè)主壩（土工膜心墻堆石壩段）基礎(chǔ)混凝土防滲墻的變形及防滲效果，在混凝土防滲墻體內(nèi)沿壩高方向安裝埋設(shè)應(yīng)變計(jì)急無(wú)應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)混凝土防滲墻的變形。

3.4 主壩（泄洪沖沙閘壩段、混凝土壩段），閘基礎(chǔ)、壩基礎(chǔ)楊壓力監(jiān)測(cè)

閘、壩基礎(chǔ)在上、下游水位差的作用下要產(chǎn)生楊壓力，在下游水位的作用下要產(chǎn)生浮托力，為了監(jiān)測(cè)楊壓力及浮托力的大小，在閘基礎(chǔ)、壩基礎(chǔ)安裝埋設(shè)弦式滲壓，監(jiān)測(cè)閘、壩基礎(chǔ)楊壓力及浮托力的大小。

3.5 主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段裂縫監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處有無(wú)開(kāi)裂或縫裂狀況，在主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處安裝測(cè)縫計(jì)，監(jiān)測(cè)主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處的裂縫。

3.6 主壩泄洪沖沙閘壩段消力池防掏齒墻土壓力監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)防掏齒墻被掏刷狀況，在防掏齒墻的下游側(cè)安裝土壓力盒，根據(jù)防掏齒墻下游側(cè)土對(duì)土壓力盒的壓力大小，分析出防掏齒墻被掏刷狀況。

3.7 主壩上游庫(kù)水位監(jiān)測(cè)

在主壩混凝土壩段上游側(cè)安裝測(cè)壓管，測(cè)壓管內(nèi)安裝滲壓計(jì)，根據(jù)滲壓計(jì)壓力的大小確定上游庫(kù)水位。

3.8 主副壩繞壩滲流監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)主副壩兩岸山體與壩體的聯(lián)接狀況及兩岸的帷幕、固結(jié)灌漿狀況，兩岸山體的滲漏狀況，在兩岸安裝埋設(shè)測(cè)壓管，測(cè)壓管內(nèi)安裝滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)兩岸山體的滲水壓力狀況。

4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的布置

4.1 主壩土工膜心墻堆石壩段監(jiān)測(cè)布置

4.1.1 外部變形監(jiān)測(cè)

1）水平位移監(jiān)測(cè)在主壩左、右端各建立1個(gè)工作基點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)，由這6個(gè)基點(diǎn)組成四邊形水平位移控制網(wǎng)，用全站儀進(jìn)行基點(diǎn)的水平坐標(biāo)定位。監(jiān)測(cè)網(wǎng)由主壩兩端的工作基點(diǎn)及壩上12個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，12個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置在樁號(hào)主壩0+200，0+300，0+400斷面上，每個(gè)斷面設(shè)置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2）垂直位移監(jiān)測(cè)。垂直位移控制網(wǎng)是由主壩左岸在地基形變范圍以外設(shè)置的一組水準(zhǔn)基點(diǎn)及兩壩頭的起測(cè)基點(diǎn)組成，起測(cè)基點(diǎn)與水平位移工作基點(diǎn)共用一點(diǎn)。垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)是由起測(cè)基點(diǎn)與壩上位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用一點(diǎn)。水準(zhǔn)基點(diǎn)以3點(diǎn)為一組，布置成邊長(zhǎng)為50m的等邊三角形。起測(cè)基點(diǎn)的引測(cè)、校測(cè)，可參照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量（GB12897-91）方法進(jìn)行，但閉合差不得大于±0.14mm（n為測(cè)站數(shù)）。

4.1.2 滲流監(jiān)測(cè)

1）壩基滲流監(jiān)測(cè)。為了監(jiān)測(cè)壩體在上、下游水位差作用下壩基礎(chǔ)滲流壓力的大小，需建立滲流監(jiān)測(cè)網(wǎng)，滲流監(jiān)測(cè)網(wǎng)是由沿著壩軸線主壩0+220，0+370樁號(hào)共2個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)5個(gè)壩基滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。

2）壩基滲流量監(jiān)測(cè)。由于該工程壩下游側(cè)的透水層深厚，為觀測(cè)滲漏量修截水墻及設(shè)置量水堰不合適，因此采用在壩下游河床中設(shè)測(cè)壓管，通過(guò)觀測(cè)地下水位坡降計(jì)算出滲流量。其測(cè)壓管布置：順?biāo)鞣较蛟O(shè)2根，垂直水流方向與滲流監(jiān)測(cè)斷面相同，共計(jì)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3）繞壩滲流。在左、右岸壩肩部位各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4條監(jiān)測(cè)鉛直線，每條測(cè)線上布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.1.3 混凝土防滲墻監(jiān)測(cè)

混凝土防滲墻是主壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，為了解其工作性態(tài)，選擇兩個(gè)觀測(cè)斷面布設(shè)，沿著墻高布設(shè)3組二向應(yīng)變計(jì)組和無(wú)應(yīng)力計(jì)桶進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)，共計(jì)6個(gè)二向應(yīng)變計(jì)組、6個(gè)無(wú)應(yīng)力計(jì)桶，其斷面位置與滲流監(jiān)測(cè)斷面相一致。

4.1.4 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

選擇兩個(gè)觀測(cè)斷面布設(shè)土工膜應(yīng)變計(jì)，沿著心墻高度方向布設(shè)3個(gè)土工膜應(yīng)變計(jì)，共計(jì)6個(gè)土工膜應(yīng)變計(jì)，其斷面位置與滲流監(jiān)測(cè)斷面相一致。

4.2 主壩泄洪閘壩段監(jiān)測(cè)布置

1）位移（水平、垂直）監(jiān)測(cè)。泄洪閘的位移（水平、垂直）監(jiān)測(cè)網(wǎng)的工作基點(diǎn)和起測(cè)基點(diǎn)與主壩堆石壩段共用，因此監(jiān)測(cè)方法也相同。在每個(gè)閘段的中墩頂部上、下游各設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，在出口兩邊翼墻各設(shè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)21個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2）閘底板揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)。在各閘段的閘孔中間斷面閘底板基礎(chǔ)基處各設(shè)一個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，在0+079.5，0+124.5m斷面順?biāo)鞣较蚋髟O(shè)7個(gè)揚(yáng)壓力測(cè)點(diǎn)，作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面，共計(jì)17個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3）壩段消力池防掏齒墻土壓力監(jiān)測(cè)。為了監(jiān)測(cè)防掏齒墻的被掏刷狀況，在防掏齒墻的下游側(cè)，樁號(hào) 0+124.5、0+167.521、0+183.5位置各安裝 1個(gè)土壓力盒，共計(jì)3個(gè)土壓力測(cè)點(diǎn)，根據(jù)防掏齒墻下游側(cè)土對(duì)土壓力盒的壓力大小，分析出防掏墻被掏刷狀況。

4.3 混凝土壩段監(jiān)測(cè)布置

1）揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)。在混凝土壩每個(gè)壩段基礎(chǔ)中間位置，帷幕灌漿下游側(cè)埋設(shè)1支滲壓計(jì)，共計(jì)3個(gè)混凝土壩段，3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)壩基揚(yáng)壓力。

2）位移監(jiān)測(cè)。位移監(jiān)測(cè)（水平、垂直）監(jiān)測(cè)網(wǎng)的校核基點(diǎn)、工作基點(diǎn)和起測(cè)基點(diǎn)與堆石壩共用，測(cè)點(diǎn)每個(gè)壩段設(shè)1個(gè)，共計(jì)3個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3）上游水位監(jiān)測(cè)。在混凝土壩二壩段中間位置，上游測(cè)予埋φ50PVC管內(nèi)安裝壓阻式滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)大壩上游水位。

4.4 副壩監(jiān)測(cè)布置

1）水平位移監(jiān)測(cè)。在副壩左、右端各建立1個(gè)工作基點(diǎn)和2個(gè)校核基點(diǎn)，由這6個(gè)基點(diǎn)組成四邊形水平位移控制網(wǎng)。用全站儀進(jìn)行基點(diǎn)的水平坐標(biāo)定位。監(jiān)測(cè)網(wǎng)由付壩兩端的工作基點(diǎn)及壩上12個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。12個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置在樁號(hào)副壩 0+200，0+275，0+375，0+450斷面上，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)方法與主壩相同。

2）垂直位移監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法與主壩相同，控制網(wǎng)是由主壩左岸在地基形變范圍以外設(shè)置的一組水準(zhǔn)基點(diǎn)及兩壩頭的起測(cè)基點(diǎn)組成，起測(cè)基點(diǎn)與水平位移工作基點(diǎn)共用一點(diǎn)。垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)是由起測(cè)基點(diǎn) （起測(cè)基點(diǎn)水平位移的工作基點(diǎn)共用一個(gè)點(diǎn)）與壩上位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用一點(diǎn)）組成。

3）壩體浸潤(rùn)線、壩基滲透壓力監(jiān)測(cè)。沿著副壩軸線，在樁號(hào)0+220，0+295，0+400選擇3個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)3個(gè)壩體浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，4個(gè)壩基滲透壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4）壩基滲流量監(jiān)測(cè)。由于副壩下游側(cè)的透水層深厚，為觀測(cè)滲漏量修截水墻及設(shè)置量水堰不合適，因此與主壩相同在壩下游河床中設(shè)測(cè)壓管，通過(guò)觀測(cè)地下水位坡降計(jì)算出滲流量。其測(cè)壓管布置：順?biāo)鞣较蛟O(shè)2根，垂直水流方向在0+295，0+400監(jiān)測(cè)斷面，與滲流監(jiān)測(cè)斷面相同。共計(jì)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5）繞壩滲流。在左、右岸壩肩部位各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4條監(jiān)測(cè)鉛直線，每條測(cè)線上布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.5 主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段裂縫監(jiān)測(cè)布置

為了監(jiān)測(cè)主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處有無(wú)開(kāi)裂或縫裂狀況，在主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處，即在樁號(hào)0+056安裝2個(gè)測(cè)縫計(jì)，監(jiān)測(cè)主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯(lián)接處的裂縫。

5 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用較先進(jìn)的自動(dòng)采集分布式系統(tǒng)，即系統(tǒng)單元分布在各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的傳感器附近，通過(guò)電纜及光纜，將各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至水庫(kù)監(jiān)測(cè)中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

德日蘇寶冷水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分結(jié)合了工程混合壩的實(shí)際情況，位移監(jiān)測(cè)采用將全站儀、數(shù)碼水準(zhǔn)儀與專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件相結(jié)合的半自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滲流及內(nèi)部監(jiān)測(cè)采用先進(jìn)的的分布式自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，共同監(jiān)視德日蘇寶冷水庫(kù)的安全運(yùn)行。設(shè)計(jì)思想與當(dāng)今的監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展方向相符合。