小溶江水利枢纽大坝安全监测系统设计

陈桂斌

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

小溶江水利枢纽大坝安全监测系统设计

陈桂斌

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

介绍了小溶江水利枢纽安全监测系统设计原则及变形、压力、渗漏、温度、应力应变等主要监测项目及监测设备的布置，并论述了监测系统的自动化设计。

混凝土重力坝；安全监测；设计；小溶江水利枢纽

1 工程概况

小溶江水利枢纽是桂林市防洪及漓江补水枢纽工程之一，桂江重点控制性防洪工程。枢纽以城市防洪和漓江生态环境补水为主，结合发电等综合利用的水利工程。水库正常蓄水位为267 m，总库容1.52亿m3，大（2）型水库，电站装机容量16.6 MW。

工程为Ⅱ等工程，主要建筑物由碾压混凝土重力坝、坝后发电厂房等组成。重力坝最大坝高89.5 m，坝顶宽7 m，坝顶总长255 m，电站厂房布置在河床右岸，为坝后式厂房，厂房总装机容量16.6 MW。

2 安全监测设计原则及主要监测项目

2.1 设计原则

（1）重点突出、兼顾全面。根据工程等级、地质条件、建筑物布置等实际情况，合理布置监测项目，重点放在碾压混凝土坝变形、渗流监测。

（2）结合工程实际，监测项目统筹安排，互相校验，互做补充，力争达到监测数据可靠、真实、连续采集。

（3）仪器性能耐久、可靠、有效，力求实现自动化观测。

（4）重视巡视检查，坚持仪器监测与巡视检查相结合。

2.2 主要监测项目

为了解和掌握建筑物的工作状态，便于综合分析和评价建筑物安全性，保障建筑物安全运用，充分发挥工程效益，根据相关设计规范，并结合本工程的实际情况，设置安全监测项目，安全监测设备布置情况见图1。

（1）大坝坝体和坝基的水平、垂直位移监测、倾斜以及接缝和裂缝监测。

（2）扬压力、渗透压力、渗漏量。

（3）应力、应变及温度。

图1 安全监测设施布置示意图

3 安全监测系统布置

3.1 变形监测

变形监测主要包括大坝坝体和坝基的水平、垂直位移监测、坝体挠度和倾斜监测，厂房沉陷监测等。

（1）水平、垂直位移观测。坝体和坝基的水平位移采用引张线法进行监测，分别在190 m、225 m高程廊道及坝顶各布置一道引张线。垂直位移采用精密水准法和静力水准法监测。垂直位移监测设施分3层布设：在坝顶225 m和190 m高程廊道各坝块设精密水准点，用一等水准量测；在190 m高程廊道和坝顶布设静力水准仪，用自动化手段监测坝体的垂直位移，日常管理采用自动观测的方式为主，人工观测为辅，且两种观测方式可相互校验。水准基准点布置在大坝下游约1 km处，工作基点分别布置在两岸的灌浆廊道内。厂房的沉陷观测同样采用精密水准法，分别在主、副厂房顶部、尾水平台布设标点进行监测。

（2）挠度观测。坝体挠度采用垂线法监测。在4#、6#坝块各设置一条正、倒垂线组，倒垂线钻孔深度取坝高的1/2控制，用以观测坝体挠度。

（3）倾斜监测。坝体及坝基倾斜监测主要以坝顶和基础两层进行控制。坝顶结合垂直位移监测点选择6个坝块垂直于坝轴线成对布置水准点，按一等水准观测。基础部位则在基础的横向交通廊道内设置静力水准仪和垂直位移测点进行监测。

3.2 渗流监测

（1）坝基扬压力。坝基扬压力监测采取纵、横向断面相结合的布置形式，监测采用测压管或渗压计。纵向监测断面设1个，沿坝轴线方向布置在基础灌浆排水廊道内，在防渗帷幕下游的排水幕线上布设一排测压管，每个坝段设1根测压管，每根测压管内布设1支渗压计，为对比分析帷幕排水运行情况，在帷幕线上游布置一排渗压计。横向监测断面设4个，分别布置在左、右岸非溢流坝段、厂房进水口段和溢流坝段上，每个断面设1根测压管，4～5支渗压计。

消力池基础扬压力监测按网格状布设，沿消力池底部排水沟系统布置2排纵向、3排横向监测点，每个监测点设1支渗压计。

（2）坝体渗透压力。坝体渗透压力监测主要为了解上游面防渗层的防渗效果以及碾压混凝土层面的渗流情况。选取3个重点坝块布设坝体渗透压力监测点，监测点布置在基础垫层与坝体碾压混凝土结合面及200 m或216 m高程等截面上。各高程截面上在坝内排水管上游侧分别布置2支渗压计，其中1支布置在防渗层内，1支埋设在上游防渗层与坝体碾压混凝土界面附近。

（3）绕坝渗流观测。为了解主坝左、右坝肩的绕坝渗流情况及两岸的地下水位，在左、右岸灌浆帷幕前、后布设测压管和渗压计。共布置4个绕坝渗流观测孔，这些测压管既作为绕坝渗流监测孔，同时也作为地下水位长期观测孔。

（4）渗漏量。在横向廊道排水沟通往集水井的排水沟布置有量水堰，监测大坝基础的渗漏量。坝体渗漏水经排水管汇入廊道上游排水沟后，用量水堰量测。对左、右岸坝体的渗漏量分别进行量测。

3.3 应力、应变及温度监测

（1）应力、应变监测。①根据重力坝的布置，结合坝体混凝土分区、碾压混凝土分层铺设的特点，选择坝0+120 m及坝0+150 m坝段作为坝体应力应变重点监测坝段，在监测坝段上选取2个水平监测截面，最下部的截面布置在距坝基面16 m的碾压混凝土铺筑层内。测点沿监测坝段中心线布置，各水平截面沿上、下游方向布置4或2个测点。应力应变仪器选用5向应变计组和无应力计；②结合坝体应力、应变监测断面布置，对监测坝段的靠上、下游坝踵和坝趾部位的基岩应力、应变进行监测。沿上、下游方向布置2个测点，布置采用多点位移计、基岩变形计及压力计；③消力池右边墙基础混凝土与基岩结合面附近布设3支基岩应变计，监测边墙变形情况。底板混凝土与基岩结合面附近布设3支基岩应变计，监测基础沉陷量。

（2）接缝和裂缝监测。在桩号坝0+115 m、坝0+135 m和坝0+155 m的坝踵部位埋设测缝计，桩号坝0+058 m、坝0+093 m、坝0+132 m以及坝0+182 m处的坝体埋设测缝计，溢流面碾压混凝土与常态混凝土的结合面布设测缝计；消力池底板块间、底板及边墙间永久缝布置测缝计，以观测其水平开合度及竖向不均匀沉陷。

（3）温度监测。温度监测主要以坝体温度监测为主，结合坝面和坝基温度监测布设。选择溢流坝段及右岸非溢流坝临近河床的坝段作为监测坝段，在监测坝段上沿不同高程设3～5个监测断面，各个监测断面上按网格布置温度测点监测坝体温度，同时在上、下游侧靠近坝体表面增设温度测点观测坝面温度。

3.4 监测自动化设计

小溶江水利枢纽规模较大，安全监测内容广，仪器类型多，测点数量大且较分散，需要通过有效地自动化监测系统，进行及时的数据采集、传输和分析处理，并快速提供反馈信息。根据监测仪器的布置情况及监测要求，采用分布式网络自动化监测系统及远程监控系统进行管理。除了监测控制网、水力学监测外，其余观测项目的传感器均接入监测自动化系统。

监测自动化系统分为现场采集站和中心监测总站。现场监控层由传感器和数据采集单元（DAU）组成。中心监测站设在电站副厂房的中控室内。DAU之间通过双绞屏蔽线以RS232/485方式连接、DAU与工作站之间通过光纤连接，并组成局域网。中心监测总站的工作站可进入工程运行调度自动化总系统，并作为其一个子系统，同时也可进入公用通信网络，实现远程通信。安全监测自动化系统具备监测数据的自动采集、资料处理分析及安全管理自动化；采用分布式数据采集网络技术，系统具有高度的兼容性；大坝管理维护人员能及时掌握水工建筑物及基础的工作状态，并能对大坝及其它建筑物的长期工作性态进行综合分析，满足电站现代化管理的要求。

4 结语

小溶江水利枢纽安全监测系统结合了工程布置特点、地形地质条件、后期运行管理等要求，并尽可能采用当时较先进设备，根据规范要求，观测项目在同类型、规模水库中较为完善，但观测效果仍有待于工程运行后进一步检验。

（责任编辑：刘征湛）

Main dam safety monitoring system design of Xiaorongjiang Hydraulic Complex

CHEN Gui-bin
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

An introduction was made on the design of safety monitoring system for Xiaorongjiang Hydraulic Com⁃plex,including the design principles,main monitoring items such as deformation,pressure,seepage,temperature,stress and strain etc.,and the arrangement of monitoring devices.The author also discussed the automatic design of monitoring system.

Concrete gravity dam;safety monitoring;design;Xiaorongjiang Hydraulic Complex

TV698.1

B

1003-1510（2016）02-0057-03

2016-00-00

陈桂斌（1985-），男，广西合浦人，广西水利电力勘测设计研究院工程师，学士，主要从事水利水电工程设计工作。