南水北调大型泵站工程监测设计

于文蓬，王淑凤 ，牟燕妮

（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2.东阿县水务局，山东 东阿 252200）

安全监测对保证大型泵站的安全具有十分重要的作用。目前国内外许多大型泵站都进行了有效的安全监测，并取得了良好的效果，获得了大量翔实可靠的监测数据，为大型泵站的正常运行提供了有效的安全保证，并对设计理论的改进提供了许多必要的依据。

1 大型泵站安全监测内容

大型泵站的安全监测是指通过仪器观测和巡视检查对大型泵站主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所做的测量及观察；监测既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。常用的大型泵站安全监测主要有：

1.1 变形监测

变形监测是指利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。主要包括表面变形、内部变形、裂缝及接缝观测、水平及垂直位移等监测。

1.2 应力、应变监测

应力、应变监测是指建（构）筑物施工过程中，采用监测仪器对受力结构内部应力、应变变化进行的技术监测，以监视建筑物的安全运行，全面反映建筑物的工作状况，对可能发生的险情提前预报。主要包括应力监测、应变监测、温度监测等。

1.3 土压力监测

土压力监测是指利用土压力计对接触面上的土压力及地基反力进行监测的技术手段。通过监测，实时掌握建筑物的运行情况，并可对土压力及基底应力的设计、计算提供验证依据。

2 安全监测实例

根据工程实际，选取南水北调东线一期工程邓楼泵站（简称：邓楼泵站）主厂房为例，介绍一下其安全监测设计。

邓楼泵站是南水北调东线工程第十二级抽水梯级泵站，位于山东省梁山县境内，梁济运河与东平湖新湖区南大堤相交处。工程等别为Ⅰ等，建筑物级别为1级。泵房底板长36.47 m，宽37.30 m。邓楼泵站主厂房的安全监测采用了水平及垂直位移观测、大体积混凝土内部应力监测，泵站外侧接触面土压力监测、泵站主厂房基地压力监测等安全监测方法。

水平及垂直位移观测采用的是传统的设置观测标点的方法，其优点是观测方法简单，易于实行。本文着重从混凝土内部应力、应变监测、接触面土压力监测及基底压力监测方面进行阐述。

2.1 混凝土内部应力、应变监测

混凝土内部应力、应变观测通常包括混凝土应力、应变以及钢筋应力观测，使用的观测仪器一般包括混凝土应变计或应变计组，混凝土应力计、混凝土无应力计以及钢筋计。邓楼泵站选择采用振弦式传感器进行测量，其优点在于灵敏度和精度较高，稳定性好，易于自动化测量，长电缆传输可靠，电缆绝缘要求低。

振弦式传感器的测量原理为：将一张紧的钢弦与传感器受力部件连接固定，利用钢弦自振频率与钢弦所受到的外加张力关系测得各种物理量。

邓楼泵站主厂房混凝土内部应力应变测量采用了应变计和应变计组进行监测，其主要作用为通过测量结构内部应变，推算相应的结构应力。根据工程实际，应变计主要选择在主厂房的底板边墩及进水池挡墙等高度较大的结构上选取代表性断面布置测点，根据具体结构的受力特点的理论分析来确定采用单向应变计或双向应变组进行测量。

2.2 外侧接触面土压力监测

建筑物外侧接触面土压力监测可以通过在土体与混凝土接触面安装土压力计实施监测。邓楼泵站接触面土压力监测选用振弦式土压力计。其优点为：具有优越的技术性能指标，精度和灵敏度较高，长期稳定性好，抗腐蚀和抗冲击性能好。

振弦式土压力计的测量原理为：当表面刚性板受到土压力作用后，通过传力轴将作用力传至弹性薄板，使之产生挠曲变形，同时也使嵌固在弹性薄板上的两根钢弦柱偏转，使钢弦应力发生变化，钢弦的自振频率也相应变化，利用钢弦频率仪中的激励装置使钢弦起振并接收其振荡频率，使用预先标定的压力——频率曲线，即可换算出土压力值。

在工程实践中，为了保证工程的安全性，节约投资，一般选取土压力较大、受力情况复杂、工程地质条件差或者结构薄弱等具有代表性的部位进行压力计的布置。

邓楼泵站的接触面土压力监测选择在主厂房右岸选取断面布置测点。邓楼泵站主厂房右岸有副厂房，其基础采用混凝土灌注桩处理，其外部填土的状况较左岸更为复杂，因此选择在右岸布置测点。为了保证建筑物的可靠性，邓楼泵站主厂房两岸的回填土采用回填水泥土和回填黏性土相结合的方式，从而在一定程度上减小土压力，有利于建筑物的安全。根据土压力计算模型理论，结合工程实际：回填水泥土的顶高程为30.00 m（1985国家高程基准），同时兼顾经济因素，选择沿主厂房高度布置4个测点，分别布置在高程 38.41 m、31.00 m、29.00 m、22.80 m，以满足观测需要。

2.3 基底压力监测

基底压力监测属于接触面土压力监测的一种，其作用主要用来测量基础底面所产生的应力，对保证建筑物的安全运行、验证复杂结构的整体稳定计算成果具有重要的作用。

邓楼泵站基底压力监测采用振弦式压力计进行，依据稳定计算结果，在主厂房和进水池挡墙可能产生最大应力的位置分别布置了振弦式压力计。邓楼泵站主厂房、前池及进水池均采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）进行基础处理，因此基底压力观测采用2个压力计为一组的布置方法，每组分别在原状土和CFG桩顶部各设置1个压力计，进行对比观测。

3 其他设计问题

3.1 测点编号

泵站安全监测过程中由于测点多，测点布置分散，因此，在设计阶段对每个测点进行详细的编号是十分必要的。这样可以有效避免由于测点多，导线混乱而导致的测点被混淆的错误，同时，为以后施工的顺利进行，以及获得正确有效的安全监测数据提供必要的保证。

3.2 电缆布设

电缆作为观测仪器传输数据的媒介，其正常工作对于能否得到有效的观测数据起着至关重要的作用，如果众多电缆在建筑物内部杂乱无序布置，对建筑物施工过程中的混凝土振捣十分不利，同时混凝土振捣也极易损伤电缆，造成观测仪器无法正常工作。因此观测电缆的有序布置是安全监测设计及施工时必须考虑的问题。邓楼泵站采用将电缆套管，就近与钢筋网绑扎固定在一起的方法，避免了电缆走线的杂乱无序，同时减少了使用保护管的费用，不失为一个便捷经济的方法。

［1]林继镛.水工建筑物 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［2]王才欢，屈国治等.水工程安全检测与评估［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.

［3]中华人民共和国水利部.SL 60-94土石坝安全监测技术规范［M］.北京：水利电力出版社，1995.