淺談深圳市赤坳水庫除險加固工程大壩安全監(jiān)測設計

劉金鵬 靳春國 楊浩

【摘要】赤坳水庫為深圳市的中型水庫，在進行除險加固工程設計的同時，需建立完善的大壩安全監(jiān)測設施。本文即對赤坳水庫除險加固工程中大壩安全監(jiān)測部分的設計進行詳細闡述。

【關鍵詞】赤坳水庫；大壩；監(jiān)測；設計

1、概況

赤坳水庫位于深圳市坪山新區(qū)東部，緊鄰大鵬新區(qū)，發(fā)源于田頭山金龜水（中游），承擔著上下游地區(qū)的防洪重任；是深圳東部片區(qū)重要的供水及轉輸水庫，是坪山、坑梓的主要供水水源。水庫除險加固工程建設內容為：主壩上游壩面防滲，下游培厚壓重；新建隧洞及附屬設施；副壩混凝土防滲墻加固；機電設備及金屬結構更新改造；完善水庫監(jiān)測設施等。

水庫控制集雨面積14.6km2，壩址以上主流長9.0km，平均坡降0.024。除險加固后，正常蓄水位82.0m，相應庫容1682萬m3，總庫容1850萬m3，是一座防洪、供水等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫工程等別Ⅲ等，主要建筑物級別3級；防洪標準設計100年一遇，設計洪水位83.85m；校核2000年一遇，校核洪水位84.6m。水庫樞紐包括主壩、副壩、輸水涵管、溢流壩四部分。主壩為漿砌石重力壩，加固后壩頂高程85.1m，壩長（含溢流壩長）195m，壩頂寬度6m，最大壩高39.1m；溢流壩位于主壩中部，開敞式溢流堰，堰頂高程82.0m，長30m。副壩為均質土壩，壩頂高程86.39m，壩長70m，最大壩高20m。

工程除險加固實施的同時，須與大壩安全監(jiān)測部分統(tǒng)一實施，兩者密切結合。大壩安全監(jiān)測設計在工程加固后可繼續(xù)使用的表面變形監(jiān)測、測壓管、量水堰等基礎上，在壩體設置表面變形觀測、位移及撓度、滲流、裂縫、應力應變、環(huán)境量、監(jiān)測站等安全監(jiān)測設備和設施。砌石壩、土石壩安全監(jiān)測須根據(jù)工程等級、規(guī)模、結構型式及其地形、地質條件和地理環(huán)境等因素，監(jiān)測范圍包括壩體、壩基、壩肩以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其他與大壩安全有直接關系的建筑物和設備，設置必要的安全監(jiān)測項目，儀器監(jiān)測和巡視檢查相結合，定期進行系統(tǒng)觀測。

2、大壩安全監(jiān)測設計

（1）表面變形監(jiān)測：主壩在大壩下游坡培厚加固，現(xiàn)狀表面變形監(jiān)測墩需拆除重建，本次新設17處。在大壩兩端以及大壩轉彎處堅硬巖石上共布置6個工作基點和6個校核基點，水準基點、工作基點位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，要求巖體堅固、通視性好。現(xiàn)狀副壩監(jiān)測墩本次保留，但在其基礎上增加與全站儀配套的棱鏡、連接件、對中裝置等設備。觀測設備選用全自動型全站儀，目前在深圳市西麗、鐵崗、長嶺皮、東湖、羅田水庫等大壩自動化監(jiān)測中已運用。

（2）水平位移及撓度監(jiān)測：在主壩壩頂和新建廊道內布置2條引張線，共計10套引張線儀，以精密監(jiān)測大壩的水平位移變化。在新建廊道內設置靜力水準儀6套，以監(jiān)測大壩的垂直位移或沉降。在原漿砌石與鋼筋砼的結合面設置位錯計監(jiān)測新舊壩坡之間的位錯、相對沉降情況。在主壩的河床中部鉆孔設置2處單點位移計，監(jiān)測大壩滑動面和區(qū)域的變形或沉降位移。

（3）滲流監(jiān)測：壩基揚壓力按縱向和橫向監(jiān)測斷面布設測壓管和滲流計?？v向監(jiān)測斷面布置在防滲帷幕后第一排水幕線上，每個壩段布置一個測點。橫向監(jiān)測斷面選擇在最高壩段，岸坡壩段及地質構造復雜的壩段。主壩壩體揚壓力測點在上游壩面至壩體排水管之間，測點間距自上游而起，由密漸疏。繞壩滲流監(jiān)測根據(jù)地形、樞紐布置和滲流控制設施及繞壩滲流區(qū)巖體滲漏特性而定，在兩岸壩肩防滲帷幕后，沿流線方向布置3個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面3個監(jiān)測孔，孔深達強透水層，并深入到筑壩前地下水位以下。因此，在主壩段增設12處測壓管，在兩岸壩肩與岸坡增設16處測壓管監(jiān)測繞壩滲流，共計28處，并均增設滲壓計。副壩現(xiàn)狀在大壩壩軸線中間設有3條測壓管，本次增設2個觀測橫斷面各3條測壓管觀測鉛直線；由于副壩增設防滲墻加固，因此，在大壩上游坡各觀測橫斷面增設1條觀測鉛直線，由此共12個監(jiān)測斷面。本次增設9個鉆孔，并在12個斷面上均埋設滲壓計。繞壩滲流觀測包括兩岸壩端及部分山體、土石壩與岸坡或混凝土建筑物接觸面、以及防滲齒墻或灌漿帷幕與壩體或兩岸結合部等關鍵部位，共計12個鉆孔，12支滲壓計。各滲壓計均同時兼測壩體水溫

（4）裂縫監(jiān)測：在重點壩段的分縫處需進行裂縫監(jiān)測。在主壩選取4個橫斷面，在分縫處設測縫計11套，監(jiān)測分縫處的裂縫情況；另外，選取3處橫斷面，在澆筑的砼內埋設測縫計4套，監(jiān)測砼的裂縫。共計測縫計15套，安裝在新培厚的鋼筋砼結構表面，可在惡劣環(huán)境下長期監(jiān)測結構表面裂縫或接縫的開合度；內置溫度傳感器可同時兼測壩面溫度。

（5）應力應變的溫度監(jiān)測：在主壩原漿砌石與鋼筋砼的結合面設置埋入式應變計監(jiān)測應力、應變情況，內置溫度傳感器同時兼測壩體溫度。在主壩選取2個橫斷面，在分縫處設應變計6套，監(jiān)測分縫處的應力應變情況；另外，選取2處橫斷面，在澆筑的鋼筋砼內埋設應變計4套，監(jiān)測砼的應力應變；共計10套。溫度監(jiān)測斷面沿壩段中心布置，為監(jiān)測系統(tǒng)的重點監(jiān)測壩段，在能監(jiān)測溫度的其他儀器處，不再布置，因此，在重力壩監(jiān)測壩段的中心斷面上，共設20個。

（6）滲漏量監(jiān)測：在主壩壩基廊道內的排水溝上分段布置量水堰，分別監(jiān)測壩基和壩體滲漏量；在副壩下游排水棱體后增設量水堰計自動監(jiān)測大壩滲漏量。廊道或平洞排水溝的滲漏水，采用量水堰量測；排水孔的滲漏水采用容積法量測。

（7）環(huán)境量監(jiān)測：在主、副壩的上游坡增設水尺；右壩肩處增設自記水位計，觀測上游水位；在靠近上游壩面的庫水中，布置測溫垂線；在管理站的附近露天開闊地帶設置氣溫計，采用玻璃鋼百葉箱保護；在主壩下游供水管處增設流量計。

（8）表面監(jiān)測：包括裂縫、滑坡、隆起、滲透變形及表面侵蝕破壞等，主要為人工巡視檢查及觀測。

（9）系統(tǒng)防雷與集成： 監(jiān)控系統(tǒng)設置電源防雷、信號線防雷、室外儀表引入防雷等。所有電測儀器全部實現(xiàn)自動化監(jiān)測，由傳感器、通訊專用電纜接入新建啟閉機房內的MCU，再通過4芯屏蔽專用電纜接入安全監(jiān)測控制中心。觀測站布置在儀器集中的地方，保證安全，保持干燥，并安置集線箱和量測儀表的壁龕和工作臺。主壩設置5臺測控裝置MCU，放在現(xiàn)狀壩頂右岸已有砼房內；副壩則設置1臺測控裝置MCU，放在現(xiàn)狀壩頂左岸已有砼房內。系統(tǒng)集成包含數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)整編軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、手動數(shù)據(jù)輸入軟件等信息管理軟件，計算分析軟件等；硬件包括中央控制計算機、UPS不間斷電源、打印機、交換機等。

（10）各類監(jiān)測儀器應精確可靠、穩(wěn)定耐用、便于觀測且經(jīng)濟合理，應有自檢、自校功能，可長期穩(wěn)定地工作；能保證在惡劣氣候條件下仍能進行必要項目的觀測。

3、結論與建議

（1）赤坳水庫大壩安全監(jiān)測與除險加固工程相互結合，統(tǒng)一實施，可為管理及時消除工程隱患和險情，提供可靠的科學依據(jù)。

（2）大壩安全監(jiān)測部分實施完成后，建議水庫管理單位應按《混凝土壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》（DL/T5209-2005）、《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》（DL/T5256-2010）認真及時地對相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息等進行資料整編和歸檔工作。

（3）建議加強管理，對監(jiān)測數(shù)據(jù)所反映的信息進行迅速分析、評判和處理，定期對水庫樞紐建筑物的安全狀態(tài)作出評價。

參考文獻：

[1]《漿砌石壩設計規(guī)范》（SL25-2006）.

[2]《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）.

[3]《混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》（SL601-2013）

[4]《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》（SL551-2012）.

[5]鞏向偉，侯豐奎，張衛(wèi)東，徐永兵.水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)及自動化[J].水利規(guī)劃與設計，2007年02期.