大坝安全监测系统在桃山水库二期工程中的施工应用

王克国，郭 志，杜纪奎

(黑龙江省桃山水库管理处，黑龙江七台河154600)

1 桃山水库二期工程概况

桃山水库位于松花江右岸支流倭肯河中、上游，紧邻七台河市城区。是解决七台河市工矿和城市居民用水、下游防洪和农田灌溉等综合利用的水利枢纽工程。一期工程于1986年8月正式兴建，1990年投入运行。工程运行以来，对七台河市工业及城镇供水、下游防洪和农田补水灌溉发挥了重要作用。桃山水库是该市的唯一水源，随着城市和工业的不断发展，一期工程供水量已不能满足该地区日益突出的水资源供需矛盾，地下水超采和矿井疏干排水造成地下水枯竭、漏斗扩大、地面沉降等地质环境问题，严重威胁城市供水安全。在这样的前提下，桃山水库二期工程于2006年10月开工建设，工程的的建设可以缓解七台河市供水紧张状况，提高下游防洪标准，促进当地经济社会的可持续发展。桃山水库二期工程的主要建筑物主要有主坝、副坝、溢洪道，在运行管理当中，对主要建筑物的及时准确的观测实时数据就尤为重要，水库安全稳定的运行，让其充分发挥最大效益，故特意在二期工程建设当中投入使用了工情自动化监测系统，现就其施工应用方式叙述如下:

1 主要建筑物

1.1 主坝

一期工程主坝坝型为黏土心墙土石混合坝，坝基垂直防渗，截水槽底板下进行固结、帷幕灌浆。二期工程以不放空水库为原则，采用拆除防浪墙、上游边坡不变、从下游面培厚加高的方式进行加高。防渗体以斜心墙型式在一期黏土心墙上接高，坝后设有排水棱体，二期工程完成后坝长522 m，最大坝高24.8 m，坝宽8 m，坝基基础工程在一期工程施工时已经按二期工程指标进行处理，主坝坝基岩为各向异性的非均质透水岩层，岩体破碎，属强较强透水岩层。

1.2 副坝

副坝位于小桃山左侧鞍部，一期工程为均质土坝，坝顶长151.0 m，最大坝高1.64 m，坝顶宽8 m。副坝在原址处进行加高扩建，加高至最大坝高为6.74 m。二期加高部分坝体断面形式为黏土心墙土石坝。

2 监测项目布置

为了解本工程水工建筑物的工作状态，验证设计的合理性，及为工程的科学管理提供依据。根据枢纽建筑物组成及其特点，桃山水库安全监测由变形监测，渗流监测，水力学原型观测及监测自动化系统等组成。

2.1 表面变形监测

平面变形监测网布设:选用四川省飞翔测绘设备有限公司F－1A型强制对中底盘和B－2型水准标志，F－1A型强制对中底盘主要用于大坝、水电站、隧洞、桥梁、滑坡体整治等大型工程施工控制制网、变形观测监测网观测墩的建立，独有的防盗螺栓，易于保护。

B－2型水准核心主要用于精密水准测量中地基准点、校核点以及沉降观测水准点。B－2型水准标心在国内外数百座水电工程中均有良好应用，满足设计要求。

表面变形监测包括竖向位移和水平位移。竖向位移采用水准法测量，水平位移采用视准线法测量。

主坝选择3个横断面，桩号为0+150、0+300、0+500，每个断面布置3个位移测点，分别于防浪墙顶、下游坝坡高程187.00 m和下游坝坡179.00 m处;副坝选择2个横断面，桩号位0+150和0+250，每个断面布置3个位移测点垂直位移利用水平位移观测。主坝左右端各设3各工作基点和3各校核基点，副坝右端设置2个工作基点和2个校核基点。

2.2 渗流监测

渗流监测选用南京基泰土木工程仪器有限公司的vp500系列刚弦式渗压计。该产品具有结构小型化、输出灵敏度高、设计制造品质高等优点，确保产品长期稳定、可靠，适合各种恶劣环境使用，是同类进口传感器的理想替代品。Vp500型振弦式渗压计适用于长期埋设在水工建筑物或其它混凝土建筑物及地基内，测量结构物地基内部的渗透水压力，并可同步测量埋设点的温度，进行温度补偿。渗压计加装配套附件可在测压管、地基钻孔中等场合下作水位计适用。其主要指标如下:

量程:0.35MPa;分辨率:0.025%F.S;精度:0.1%F.S;零漂:≤0.02%FS/℃;传输距离:2000 m。

2.2.1 主坝坝基、坝体渗流压力观测

在大坝上选取3个典型断面，桩号分别为0+150、0+ 300、0+500，每个断面监测点布置如下:

坝基渗流压力监测点:黏土心墙后，马道1(高程179)、马道2(高程171.5m)，每个监测断面共3个坝基渗压监测点。

2.2.2 副坝坝体侵润线观测

在副坝桩号0+250，0+150，每个断面布置2组测压管，进行坝体亲润线观测。监测点布置在黏土心墙前后及下游坝坡。

2.2.3 溢洪道边墙渗水压力观测

在溢洪道左侧边墙布置4个渗压监测点。

2.2.4 渗流量监测

设置于主坝后排水沟出口直线段布置一个三角堰，监测排水沟内水位变化。选用基康仪器(北京)有限公司生产的组装产品BGK－467LV型振弦式量水堰计。堰板一期工程已经安装并使用，二期工程必须安装堰板。该产品用于量水堰堰上水头及其它需要对很小的水位变化进行计行精确测量的场合。该装置可以测出小到0.06 mm的水位变化，最大量程可达300 mm。采用振弦式原理制造的精密量水堰计，其各种性能非常优异，其主要部件均用不锈钢制造，适合各种恶劣环境使用。主要技术指标如下:

量程:300mm;分辨率:0.02%F.S;精度:±0.1%F.S。

2.3 水力学原型观测

水面线监测用水尺进行，以2监测上下游水面衔接情况及消力池水跃流态。水尺共设3条，分别在进口边墙、闸墩侧壁和消力池边墙处设置，进行水位观测。采用油漆绘制(白底、红格、红字)，格距为10，每2 m处标注对应高程数字。

2.4 监测自动化系统

2.4.1 监测自动化系统项目

桃山水库安全监测自动化系统包含的项目主要是渗压计、渗流量仪(堰上水位计)。

2.4.2 观测站及数据采集装置的布设

根据桃山水谷现场传感分布情况，需要建立3个自动化观测站。具体安装位置及纳入的仪器见表1。

表1 数据采集装置布设

通讯接口可以直接并入RS485通讯网络;电源由离之比较近的各观测站隔离变压器提供，保证其用电安全。

［1］ 刘心岩.黑龙江省倭肯河桃山水库二期工程初步设计报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利勘测设计院，2006.

［2］ 许涛.黑龙江省倭肯河桃山水库二期工程自动化监测系统设计报告［R］.南京:南京自动化测报研究所，2009.

［3］ 杨云华.英守水库大坝安全评价分析［J］.黑龙江水利科技，2009，37(02):110－111.