水庫大壩安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)問題探討研究

江 超 ，范磊然 ，張國棟

（1.水利部大壩安全管理中心，210029，南京；2.南京水利科學(xué)研究院，210029，南京）

水庫大壩安全監(jiān)測作為水庫大壩安全管理的重要組成部分，是掌握水庫大壩安全性態(tài)的重要手段，是科學(xué)調(diào)度、安全運(yùn)行的前提。大壩安全監(jiān)測相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，對(duì)提高大壩安全監(jiān)測工作有效性、保障大壩安全運(yùn)行具有重要意義。

我國大壩安全監(jiān)測類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按發(fā)布部門可分為三類：第一類為國家標(biāo)準(zhǔn)，如《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T 22385—2008）、《大壩監(jiān)測儀器應(yīng)變計(jì)第1部分：差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)儀器專用標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 3408.1—2008）等；第二類為水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551—2012）、《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 601—2013）、《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 725—2016）等；第三類為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5178—2016）、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5259—2010）、《大壩安全監(jiān)測自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5211—2005）等。除國標(biāo)外，水利行業(yè)與電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相互借鑒，較多內(nèi)容相同，主要在各自行業(yè)內(nèi)使用。本文主要討論水利行業(yè)大壩安全監(jiān)測類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

一、大壩安全監(jiān)測類水利行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類

1.大壩安全監(jiān)測通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

大壩安全監(jiān)測通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要指《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551—2012）和《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 601—2013）。

SL 551對(duì)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 60—94）、《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》（SL 169—96）以及《土壩觀測資料整編辦法》（SLJ 701—80）進(jìn)行了合并修訂，內(nèi)容全面，使用方便。與原有版本相比，修改完善了土石壩防滲體監(jiān)測內(nèi)容，增加了地下洞室監(jiān)測內(nèi)容，新增了監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)章節(jié)。主要適用于1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)碾壓式土石壩的安全監(jiān)測，其他等級(jí)碾壓式土石壩和其他類型土石壩安全監(jiān)測可參照?qǐng)?zhí)行。

SL 601為《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）》（SDJ 336—89）修訂版本，與SDJ 336相比增加了地震及水力學(xué)專項(xiàng)監(jiān)測、監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理等內(nèi)容。主要適用于1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)混凝土壩的安全監(jiān)測，5級(jí)混凝土壩可參照?qǐng)?zhí)行。

2.水利水電工程設(shè)計(jì)規(guī)范

在《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2005）、《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2001）、《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 253—2000）、《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 228—2013）、《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 279—2002）、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265—2001）等各類水利水電工程設(shè)計(jì)規(guī)范中，均單列安全監(jiān)測設(shè)計(jì)章節(jié)。這類規(guī)范有關(guān)安全監(jiān)測的內(nèi)容較少，僅就專項(xiàng)監(jiān)測設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)原則、項(xiàng)目設(shè)置、測點(diǎn)布置、設(shè)備選型等方面提出了原則性規(guī)定。

在上述規(guī)范有關(guān)安全監(jiān)測專項(xiàng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，2016年頒布實(shí)施的 《水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 725—2016）則將混凝土壩、土石壩、溢洪道、廠房、通航建筑物、水工隧洞、水閘、渠道、堤防、邊坡等常見水利水電工程的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)內(nèi)容合并，分章節(jié)規(guī)范了各類水利水電工程安全監(jiān)測設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.其他大壩安全監(jiān)測類規(guī)范

其他與大壩安全監(jiān)測相關(guān)的水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括《大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》（SL 268—2001）、《大壩安全監(jiān)測儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》（SL 531—2012）、《大壩安全監(jiān)測儀器檢驗(yàn)測試規(guī)程》（SL 530—2012）、《大壩安全監(jiān)測儀器報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL621—2013）。

SL 268是根據(jù)我國大壩安全自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的研制生產(chǎn)和發(fā)展需要而編制的，規(guī)定了自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的基本技術(shù)要求，包括技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、使用說明書、包裝、運(yùn)輸、貯存等。SL 531在銜接SL 551與SL 601基礎(chǔ)上，規(guī)范了大壩安全監(jiān)測儀器的安裝與管理，適用于各級(jí)水庫大壩監(jiān)測儀器的安裝與管理。SL 530規(guī)定了大壩安全監(jiān)測儀器埋設(shè)前的檢驗(yàn)測試項(xiàng)目與方法，制定、調(diào)整和統(tǒng)一了大壩安全監(jiān)測儀器在埋設(shè)前的技術(shù)要求、測試環(huán)境、檢測項(xiàng)目和方法。SL 621規(guī)范和指導(dǎo)不能正常發(fā)揮監(jiān)測作用的監(jiān)測儀器的報(bào)廢，保證了大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

水利行業(yè)除上述已頒布實(shí)施的大壩安全監(jiān)測類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)外，目前正在編制《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定技術(shù)規(guī)范》《水工隧洞安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《水閘安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》《大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符》《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)程》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

二、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)問題思考

水利行業(yè)大壩安全監(jiān)測類三類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)間相互銜接，同樣存在重復(fù)之處，且個(gè)別地方表述不一致。

1.測壓管進(jìn)水管長度問題

SL 601關(guān)于測壓管進(jìn)水管長度的描述為：“測壓管進(jìn)水管段長度應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的和設(shè)計(jì)確定。用于建基面上的滲透壓力監(jiān)測以及其他點(diǎn)式孔隙水壓力監(jiān)測的測壓管，進(jìn)水管段長度宜為0.5 m左右；用于繞壩滲流、地下水水位監(jiān)測的測壓管，進(jìn)水管段長度應(yīng)與滲水層層厚相當(dāng)；而用于地質(zhì)條件復(fù)雜的層狀滲流監(jiān)測的測壓管，進(jìn)水管段應(yīng)準(zhǔn)確埋入被監(jiān)測層位，進(jìn)水管段長與層厚相當(dāng)?！?/p>

SL 551關(guān)于測壓管進(jìn)水管長度的描述則比較簡單：“測壓管的透水段應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的（部位）確定，當(dāng)用于點(diǎn)壓力監(jiān)測時(shí)宜長1～2 m?！贝送猓琒L 551未直接規(guī)定進(jìn)水管段的長度，而是規(guī)定透水段長度，該規(guī)范條文說明強(qiáng)調(diào)，“測壓管透水段不是指測壓管上進(jìn)水管段，而是指測壓管外敷設(shè)透水材料的區(qū)域?！?/p>

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)用于點(diǎn)壓力監(jiān)測時(shí)，建議進(jìn)水管段長度取1 m左右，既能保證測壓管透水性，又能達(dá)到保證點(diǎn)壓力監(jiān)測的目的。

2.測壓管開孔率問題

SL 601關(guān)于測壓管開孔描述為：“進(jìn)水孔沿管周均布 4～8排，孔徑Φ4～6 mm，沿軸向可交錯(cuò)排列。沿軸向孔間距為50～120 mm，進(jìn)水管段較短時(shí)則孔較密，進(jìn)水管段較長時(shí)則孔較疏。”以長度為0.5 m的進(jìn)水管段為例，按 “沿管周均布8排，孔徑Φ6 mm，軸向孔間距為50 mm”的最密要求進(jìn)行開孔，經(jīng)換算開孔率為2.6%。

SL 551關(guān)于測壓管開孔描述為：“透水管可用導(dǎo)管管材加工制作，面積開孔率宜10%～20%（呈梅花狀分布，排列均勻和內(nèi)壁無毛刺）?！?/p>

通過對(duì)比可見，SL 601要求的開孔率遠(yuǎn)小于SL 551。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按SL 601要求開孔的進(jìn)水管段基本可滿足使用要求，開孔密集程度已較高。SL 551開孔密集程度是SL 601的4～8倍，開孔過多不僅會(huì)對(duì)測壓管強(qiáng)度造成影響，而且會(huì)加快測壓管腐蝕速度，影響其使用壽命，建議測壓管制作安裝過程中按SL 601要求開孔即可。

3.土石壩測壓管鉆孔傾斜度

SL 551對(duì)測壓管安裝鉆孔的傾斜度要求為：“鉆孔直徑宜采用Φ110 mm，在50 m深度內(nèi)的鉆孔傾斜度不應(yīng)大于3°，不允許泥漿護(hù)壁。”

SL 531對(duì)鉆孔埋設(shè)測壓管的傾斜度要求為：“鉆孔傾斜度不應(yīng)大于1°，特殊部位不應(yīng)大于 0.5°。 ”

以深度為50 m的鉆孔為例，傾斜度為3°的有效孔深為49.93 m，誤差率為1.4‰；傾斜度為1°的有效孔深為49.99 m，誤差率為0.2‰。傾斜度為1°的鉆孔雖然精度高，但在實(shí)踐中較難滿足，往往需采取特殊的鉆孔糾偏措施，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，施工效率較低。傾斜度為3°的鉆孔雖然精度稍差，但仍可滿足土石壩滲流監(jiān)測精度需求，且鉆孔不需要采取特殊措施，施工效率高。建議土壩測壓管鉆孔傾斜度按不大于3°進(jìn)行控制。

4.土石壩滲流量監(jiān)測

根據(jù) SL 551，滲流量為 1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)土石壩的必測項(xiàng)目，但是在我國北方地區(qū)，較多土石壩下游壩坡與壩腳未見滲漏明流，且下游水位低于地面較多，設(shè)置截水墻監(jiān)測滲流量開挖量大、代價(jià)高。若采用在下游河床設(shè)置滲流壓力監(jiān)測設(shè)施，通過監(jiān)測滲流壓力計(jì)算滲透坡降和滲流量，同樣難以取得較好效果。SL 551規(guī)定順?biāo)鞣较虿贾玫?個(gè)滲流壓力測點(diǎn)間距為10～20 m，因下游河床多為強(qiáng)透水性材料，順?biāo)鞣较虿贾玫?個(gè)測點(diǎn)滲流壓力水位高程一般較接近（高差僅為1～2 cm），但由于高程測量、儀器測量誤差及其累積誤差效應(yīng)影響，常導(dǎo)致實(shí)際監(jiān)測過程中出現(xiàn)離壩腳遠(yuǎn)端測點(diǎn)水位高于近端測點(diǎn)水位的情形，不能形成有效滲透坡降，難以取得理想的監(jiān)測效果。

因此，建議在實(shí)施此類水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目時(shí)，不能照搬規(guī)范設(shè)置滲流量監(jiān)測項(xiàng)目，可主要通過設(shè)置壩體、壩基滲流壓力監(jiān)測項(xiàng)目來控制大壩滲流安全性態(tài)。

5.壩體表面變形監(jiān)測橫斷面間距

SL 551中關(guān)于壩體表面變形監(jiān)測橫斷面間距的設(shè)置要求為：“當(dāng)壩軸線長度小于300 m時(shí)，宜取20～50 m；壩軸線長度大于300 m時(shí)，宜取50～100 m?！痹撘?guī)定可用于指導(dǎo)山區(qū)、丘陵區(qū)大壩表面變形監(jiān)測設(shè)計(jì)，但對(duì)于平原地區(qū)大壩則適用性不強(qiáng)。

平原地區(qū)水庫大壩多為圍壩，壩軸線一般較長，可達(dá)幾千米甚至十幾千米。若按照SL 551要求設(shè)計(jì)壩體表面變形監(jiān)測設(shè)施，橫斷面將較多，這樣不僅投資額度大，而且后期運(yùn)行維護(hù)、監(jiān)測測量工作量大，且不能突出監(jiān)測重點(diǎn)。建議平原地區(qū)水庫土石壩壩體表面變形監(jiān)測橫斷面結(jié)合滲流監(jiān)測設(shè)施布置，可不按此規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6.防雷措施

SL 551、SL 601對(duì)監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)防雷要求相同，系統(tǒng)設(shè)備接電電阻應(yīng)不大于10 Ω。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，除為監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置接地網(wǎng)外，可采取如下措施提高系統(tǒng)抗雷擊能力。

①信號(hào)傳輸電纜全程外套熱鍍鋅鋼管，鋼管應(yīng)全程密閉。鋼管在起保護(hù)作用的同時(shí)，可有效預(yù)防感應(yīng)雷對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損壞。此外保護(hù)鋼管應(yīng)與測壓管等焊接，形成大的接地網(wǎng)絡(luò)后與數(shù)據(jù)采集裝置連接，提高自動(dòng)化系統(tǒng)抗雷擊能力。

②供電方式可首選直流供電，與交流供電方式相比，直流供電抗雷擊能力更強(qiáng)。此外，與有線傳輸方式相比，無線傳輸方式也能極大提高系統(tǒng)抗雷擊能力。

三、存在的問題與建議

水利行業(yè)現(xiàn)有大壩安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要適用于大中型水庫的土石壩和混凝土壩工程，其他類型工程如漿砌石壩工程、堤防工程、水閘工程、引調(diào)水工程、小型水利水電工程安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還處于空白。同時(shí)，現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有很好地考慮梯級(jí)水庫大壩之間的安全聯(lián)系，沒有區(qū)分施工期安全監(jiān)測與更新改造情況下安全監(jiān)測的區(qū)別，也沒有將安全監(jiān)測同具體結(jié)構(gòu)的失事風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)系起來。通過比較水利行業(yè)與電力行業(yè)大壩安全監(jiān)測類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，并結(jié)合大壩安全監(jiān)測工作實(shí)際需求提出以下建議，供相關(guān)行業(yè)管理部門參考。

①組織編寫適用于小型水庫的大壩安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前使用最多的《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551—2012）和《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 601—2013）主要適用于大中型水庫，小型水庫只是參照使用，但如何參照使用尚未形成定論。如SL 551和SL 601中關(guān)于滲流監(jiān)測橫斷面布置均要求不宜少于3個(gè)，但實(shí)際實(shí)施過程中，小型水庫因工程規(guī)模較小，且投資額度與管理水平受限，滲流監(jiān)測常常需要簡化布置，通常只選取老河床壩段設(shè)置1個(gè)橫斷面作為代表性斷面，監(jiān)測其滲流壓力狀態(tài)。此外，針對(duì)小型水利工程在工程規(guī)模、重要性等方面有別于大中型工程的實(shí)際情況，水利行業(yè)已經(jīng)編寫了專門適用于小型水利工程的設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘察等技術(shù)規(guī)范，如《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 189—2013）、《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL 55—2005），建議大壩安全監(jiān)測方面也參照編寫相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

②組織編寫特殊壩型的監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前尚缺乏針對(duì)漿砌石壩的監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范，漿砌石壩主要材料是石頭，但從工作原理上來看與混凝土壩比較接近，如果參照現(xiàn)行的土石壩或混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范均不合適。因此，有必要編制指導(dǎo)漿砌石壩安全監(jiān)測工作的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

③早日編寫大壩安全監(jiān)測施工監(jiān)理規(guī)范。當(dāng)前水利行業(yè)已頒布了指導(dǎo)大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì) （SL 551、SL 601等）、施工（SL 531）的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但缺少指導(dǎo)監(jiān)理工作的規(guī)范。目前大壩安全監(jiān)測監(jiān)理工作主要參照 《水利工程施工監(jiān)理規(guī)范》（SL 288—2014）執(zhí)行，缺乏針對(duì)性且指導(dǎo)性不強(qiáng)，不利于保障大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)施工質(zhì)量。電力行業(yè)已發(fā)布實(shí)施 《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)施工監(jiān)理規(guī)范》（DL/T 5385—2007），建議水利行業(yè)早日組織編制大壩安全監(jiān)測施工監(jiān)理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

④及早編寫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范。當(dāng)前水利行業(yè)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收主要參照 《水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)范》（SL 223—2008）和《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T 22385—2008），采用 SL 223指導(dǎo)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收顯然不具針對(duì)性，而GB/T 22385主要適合于新建大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收，不適用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)更新改造類項(xiàng)目驗(yàn)收，具有片面性。建議水利行業(yè)盡早組織編制同時(shí)適用于新建與改造階段的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 ■