水库大坝安全监测技术标准相关问题探讨研究

江 超 ，范磊然 ，张国栋

（1.水利部大坝安全管理中心，210029，南京；2.南京水利科学研究院，210029，南京）

水库大坝安全监测作为水库大坝安全管理的重要组成部分，是掌握水库大坝安全性态的重要手段，是科学调度、安全运行的前提。大坝安全监测相关技术标准的制定与实施，对提高大坝安全监测工作有效性、保障大坝安全运行具有重要意义。

我国大坝安全监测类技术标准按发布部门可分为三类：第一类为国家标准，如《大坝安全监测系统验收规范》（GB/T 22385—2008）、《大坝监测仪器应变计第1部分：差动电阻式应变计仪器专用标准》（GB/T 3408.1—2008）等；第二类为水利行业标准，如《土石坝安全监测技术规范》（SL 551—2012）、《混凝土坝安全监测技术规范》（SL 601—2013）、《水利水电工程安全监测设计规范》（SL 725—2016）等；第三类为电力行业标准，如《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178—2016）、《土石坝安全监测技术规范》（DL/T 5259—2010）、《大坝安全监测自动化技术规范》（DL/T 5211—2005）等。除国标外，水利行业与电力行业标准相互借鉴，较多内容相同，主要在各自行业内使用。本文主要讨论水利行业大坝安全监测类技术标准。

一、大坝安全监测类水利行业技术标准分类

1.大坝安全监测通用技术标准

大坝安全监测通用技术标准主要指《土石坝安全监测技术规范》（SL 551—2012）和《混凝土坝安全监测技术规范》（SL 601—2013）。

SL 551对《土石坝安全监测技术规范》（SL 60—94）、《土石坝安全监测资料整编规程》（SL 169—96）以及《土坝观测资料整编办法》（SLJ 701—80）进行了合并修订，内容全面，使用方便。与原有版本相比，修改完善了土石坝防渗体监测内容，增加了地下洞室监测内容，新增了监测自动化系统章节。主要适用于1级、2级、3级碾压式土石坝的安全监测，其他等级碾压式土石坝和其他类型土石坝安全监测可参照执行。

SL 601为《混凝土大坝安全监测技术规范（试行）》（SDJ 336—89）修订版本，与SDJ 336相比增加了地震及水力学专项监测、监测自动化系统、监测系统运行管理等内容。主要适用于1级、2级、3级、4级混凝土坝的安全监测，5级混凝土坝可参照执行。

2.水利水电工程设计规范

在《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2005）、《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）、《溢洪道设计规范》（SL 253—2000）、《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL 228—2013）、《水工隧洞设计规范》（SL 279—2002）、《水闸设计规范》（SL 265—2001）等各类水利水电工程设计规范中，均单列安全监测设计章节。这类规范有关安全监测的内容较少，仅就专项监测设计从设计原则、项目设置、测点布置、设备选型等方面提出了原则性规定。

在上述规范有关安全监测专项设计基础上，2016年颁布实施的 《水利水电工程安全监测设计规范》（SL 725—2016）则将混凝土坝、土石坝、溢洪道、厂房、通航建筑物、水工隧洞、水闸、渠道、堤防、边坡等常见水利水电工程的安全监测设计内容合并，分章节规范了各类水利水电工程安全监测设计内容。

3.其他大坝安全监测类规范

其他与大坝安全监测相关的水利行业标准包括《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》（SL 268—2001）、《大坝安全监测仪器安装标准》（SL 531—2012）、《大坝安全监测仪器检验测试规程》（SL 530—2012）、《大坝安全监测仪器报废标准》（SL621—2013）。

SL 268是根据我国大坝安全自动监测系统设备的研制生产和发展需要而编制的，规定了自动监测系统设备的基本技术要求，包括技术要求、试验方法、检验规则、标志、使用说明书、包装、运输、贮存等。SL 531在衔接SL 551与SL 601基础上，规范了大坝安全监测仪器的安装与管理，适用于各级水库大坝监测仪器的安装与管理。SL 530规定了大坝安全监测仪器埋设前的检验测试项目与方法，制定、调整和统一了大坝安全监测仪器在埋设前的技术要求、测试环境、检测项目和方法。SL 621规范和指导不能正常发挥监测作用的监测仪器的报废，保证了大坝安全监测数据的准确性和可靠性。

水利行业除上述已颁布实施的大坝安全监测类技术标准外，目前正在编制《大坝安全监测系统鉴定技术规范》《水工隧洞安全监测技术规范》《水闸安全监测技术规范》《大坝安全监测数据库表结构及标识符》《大坝安全监测系统运行管理规程》等相关技术标准。

二、技术标准中相关问题思考

水利行业大坝安全监测类三类技术标准间相互衔接，同样存在重复之处，且个别地方表述不一致。

1.测压管进水管长度问题

SL 601关于测压管进水管长度的描述为：“测压管进水管段长度应根据监测目的和设计确定。用于建基面上的渗透压力监测以及其他点式孔隙水压力监测的测压管，进水管段长度宜为0.5 m左右；用于绕坝渗流、地下水水位监测的测压管，进水管段长度应与渗水层层厚相当；而用于地质条件复杂的层状渗流监测的测压管，进水管段应准确埋入被监测层位，进水管段长与层厚相当。”

SL 551关于测压管进水管长度的描述则比较简单：“测压管的透水段应根据监测目的（部位）确定，当用于点压力监测时宜长1～2 m。”此外，SL 551未直接规定进水管段的长度，而是规定透水段长度，该规范条文说明强调，“测压管透水段不是指测压管上进水管段，而是指测压管外敷设透水材料的区域。”

根据施工经验，当用于点压力监测时，建议进水管段长度取1 m左右，既能保证测压管透水性，又能达到保证点压力监测的目的。

2.测压管开孔率问题

SL 601关于测压管开孔描述为：“进水孔沿管周均布 4～8排，孔径Φ4～6 mm，沿轴向可交错排列。沿轴向孔间距为50～120 mm，进水管段较短时则孔较密，进水管段较长时则孔较疏。”以长度为0.5 m的进水管段为例，按 “沿管周均布8排，孔径Φ6 mm，轴向孔间距为50 mm”的最密要求进行开孔，经换算开孔率为2.6%。

SL 551关于测压管开孔描述为：“透水管可用导管管材加工制作，面积开孔率宜10%～20%（呈梅花状分布，排列均匀和内壁无毛刺）。”

通过对比可见，SL 601要求的开孔率远小于SL 551。根据实践经验，按SL 601要求开孔的进水管段基本可满足使用要求，开孔密集程度已较高。SL 551开孔密集程度是SL 601的4～8倍，开孔过多不仅会对测压管强度造成影响，而且会加快测压管腐蚀速度，影响其使用寿命，建议测压管制作安装过程中按SL 601要求开孔即可。

3.土石坝测压管钻孔倾斜度

SL 551对测压管安装钻孔的倾斜度要求为：“钻孔直径宜采用Φ110 mm，在50 m深度内的钻孔倾斜度不应大于3°，不允许泥浆护壁。”

SL 531对钻孔埋设测压管的倾斜度要求为：“钻孔倾斜度不应大于1°，特殊部位不应大于 0.5°。 ”

以深度为50 m的钻孔为例，倾斜度为3°的有效孔深为49.93 m，误差率为1.4‰；倾斜度为1°的有效孔深为49.99 m，误差率为0.2‰。倾斜度为1°的钻孔虽然精度高，但在实践中较难满足，往往需采取特殊的钻孔纠偏措施，费工费时，施工效率较低。倾斜度为3°的钻孔虽然精度稍差，但仍可满足土石坝渗流监测精度需求，且钻孔不需要采取特殊措施，施工效率高。建议土坝测压管钻孔倾斜度按不大于3°进行控制。

4.土石坝渗流量监测

根据 SL 551，渗流量为 1级、2级、3级土石坝的必测项目，但是在我国北方地区，较多土石坝下游坝坡与坝脚未见渗漏明流，且下游水位低于地面较多，设置截水墙监测渗流量开挖量大、代价高。若采用在下游河床设置渗流压力监测设施，通过监测渗流压力计算渗透坡降和渗流量，同样难以取得较好效果。SL 551规定顺水流方向布置的2个渗流压力测点间距为10～20 m，因下游河床多为强透水性材料，顺水流方向布置的2个测点渗流压力水位高程一般较接近（高差仅为1～2 cm），但由于高程测量、仪器测量误差及其累积误差效应影响，常导致实际监测过程中出现离坝脚远端测点水位高于近端测点水位的情形，不能形成有效渗透坡降，难以取得理想的监测效果。

因此，建议在实施此类水库安全监测系统升级改造项目时，不能照搬规范设置渗流量监测项目，可主要通过设置坝体、坝基渗流压力监测项目来控制大坝渗流安全性态。

5.坝体表面变形监测横断面间距

SL 551中关于坝体表面变形监测横断面间距的设置要求为：“当坝轴线长度小于300 m时，宜取20～50 m；坝轴线长度大于300 m时，宜取50～100 m。”该规定可用于指导山区、丘陵区大坝表面变形监测设计，但对于平原地区大坝则适用性不强。

平原地区水库大坝多为围坝，坝轴线一般较长，可达几千米甚至十几千米。若按照SL 551要求设计坝体表面变形监测设施，横断面将较多，这样不仅投资额度大，而且后期运行维护、监测测量工作量大，且不能突出监测重点。建议平原地区水库土石坝坝体表面变形监测横断面结合渗流监测设施布置，可不按此规定进行设计。

6.防雷措施

SL 551、SL 601对监测自动化系统防雷要求相同，系统设备接电电阻应不大于10 Ω。根据实际经验，除为监测系统设置接地网外，可采取如下措施提高系统抗雷击能力。

①信号传输电缆全程外套热镀锌钢管，钢管应全程密闭。钢管在起保护作用的同时，可有效预防感应雷对系统设备的损坏。此外保护钢管应与测压管等焊接，形成大的接地网络后与数据采集装置连接，提高自动化系统抗雷击能力。

②供电方式可首选直流供电，与交流供电方式相比，直流供电抗雷击能力更强。此外，与有线传输方式相比，无线传输方式也能极大提高系统抗雷击能力。

三、存在的问题与建议

水利行业现有大坝安全监测技术标准主要适用于大中型水库的土石坝和混凝土坝工程，其他类型工程如浆砌石坝工程、堤防工程、水闸工程、引调水工程、小型水利水电工程安全监测技术标准还处于空白。同时，现有监测技术标准没有很好地考虑梯级水库大坝之间的安全联系，没有区分施工期安全监测与更新改造情况下安全监测的区别，也没有将安全监测同具体结构的失事风险联系起来。通过比较水利行业与电力行业大坝安全监测类技术标准现状，并结合大坝安全监测工作实际需求提出以下建议，供相关行业管理部门参考。

①组织编写适用于小型水库的大坝安全监测技术标准。当前使用最多的《土石坝安全监测技术规范》（SL 551—2012）和《混凝土坝安全监测技术规范》（SL 601—2013）主要适用于大中型水库，小型水库只是参照使用，但如何参照使用尚未形成定论。如SL 551和SL 601中关于渗流监测横断面布置均要求不宜少于3个，但实际实施过程中，小型水库因工程规模较小，且投资额度与管理水平受限，渗流监测常常需要简化布置，通常只选取老河床坝段设置1个横断面作为代表性断面，监测其渗流压力状态。此外，针对小型水利工程在工程规模、重要性等方面有别于大中型工程的实际情况，水利行业已经编写了专门适用于小型水利工程的设计、地质勘察等技术规范，如《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL 189—2013）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL 55—2005），建议大坝安全监测方面也参照编写相应技术标准。

②组织编写特殊坝型的监测技术标准。当前尚缺乏针对浆砌石坝的监测设计规范，浆砌石坝主要材料是石头，但从工作原理上来看与混凝土坝比较接近，如果参照现行的土石坝或混凝土坝安全监测技术规范均不合适。因此，有必要编制指导浆砌石坝安全监测工作的相应技术标准。

③早日编写大坝安全监测施工监理规范。当前水利行业已颁布了指导大坝安全监测设计 （SL 551、SL 601等）、施工（SL 531）的相应技术标准，但缺少指导监理工作的规范。目前大坝安全监测监理工作主要参照 《水利工程施工监理规范》（SL 288—2014）执行，缺乏针对性且指导性不强，不利于保障大坝安全监测系统施工质量。电力行业已发布实施 《大坝安全监测系统施工监理规范》（DL/T 5385—2007），建议水利行业早日组织编制大坝安全监测施工监理技术标准。

④及早编写大坝安全监测系统验收规范。当前水利行业大坝安全监测系统验收主要参照 《水利水电建设工程验收规范》（SL 223—2008）和《大坝安全监测系统验收规范》（GB/T 22385—2008），采用 SL 223指导大坝安全监测系统验收显然不具针对性，而GB/T 22385主要适合于新建大坝安全监测系统验收，不适用大坝安全监测系统更新改造类项目验收，具有片面性。建议水利行业尽早组织编制同时适用于新建与改造阶段的大坝安全监测系统验收技术标准。 ■