德日蘇寶冷水庫工程安全監測系統設計與實施

張 峰，張 新

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

德日蘇寶冷水庫位于內蒙古赤峰市查干沐淪河的下游，距上游巴林右旗政府所在地大板鎮11km。工程主要任務為生態保護、工業和灌區供水等綜合利用，水庫的最大庫容為0.99億m3，規模為中型，工程等別為Ⅲ等。德日蘇寶冷水庫的主要建筑物（主壩、副壩）為3級，防洪堤為2級，防洪標準按100年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。

工程由攔河壩主、副壩組成。主壩軸線長約523.8m，在主壩右側布置土工合成材料心墻堆石壩，堆石壩壩頂長357.2m，最大壩高為21.0m。在主壩左側布置泄洪沖沙閘，共設9孔，閘室總寬103.0m。副壩長度為520m，最大堤高為8m。

2 設計依據

設計依據的主要規程、規范為：SL60-94《土石壩安全監測技術規范》；SL169-96《土石壩安全監測資料整編規程》；GB 50266-98《堤防工程設計規范》；SL265-2001《水閘設計規范》；SDJ336－89《混凝土大壩安全監測技術規范》；GB12897-91《國家一、二、三等水準測量規范》。

3 監測項目及目的

3.1 主壩、副壩、外部變形監測

主、副壩水平位移監測采用全站儀，監測目的是監測壩體在順水流方向及垂直水流方向的位移變形；主、副壩垂直位移監測采用數碼水準儀監測目的是監測壩、堤體的沉降量。

3.2 主壩、副壩滲流、滲壓監測

1）主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩的基礎，在上游庫水位的作用下要產生滲透壓力，為了監測滲透壓力的大小，在主壩 （土工膜心墻堆石壩段）、副壩的基礎埋設弦式滲壓，監測滲透壓力。

2）副壩的壩體為土體結構，水庫內的庫水浸潤壩體，為了監測浸潤線的位置，在設計的浸潤線以下埋設弦式滲壓計，監測副壩的壩體浸潤線位置。

3）為了檢測主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩基礎防滲效果、及滲流量的大小，在主壩（土工膜心墻堆石壩段）、副壩下游側安裝埋設側壓管，監測滲流量。

4）為了檢測主壩（土工膜心墻堆石壩段）土工膜的防滲效果，在土工膜心墻下游側安裝埋設弦式滲壓計，監測土工膜心墻在上游庫水位作用下是否滲漏或滲漏量大小。

3.3 主壩應力應變監測

1）為了檢測主壩（土工膜心墻堆石壩段）土工膜的變形及防滲效果，在土工膜心墻上安裝土工膜應變計，監測土工膜心墻在上游庫水位作用下，土工膜的變形量。

2）為了檢測主壩（土工膜心墻堆石壩段）基礎混凝土防滲墻的變形及防滲效果，在混凝土防滲墻體內沿壩高方向安裝埋設應變計急無應力計，監測基礎混凝土防滲墻的變形。

3.4 主壩（泄洪沖沙閘壩段、混凝土壩段），閘基礎、壩基礎楊壓力監測

閘、壩基礎在上、下游水位差的作用下要產生楊壓力，在下游水位的作用下要產生浮托力，為了監測楊壓力及浮托力的大小，在閘基礎、壩基礎安裝埋設弦式滲壓，監測閘、壩基礎楊壓力及浮托力的大小。

3.5 主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段裂縫監測

為了監測主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處有無開裂或縫裂狀況，在主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處安裝測縫計，監測主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處的裂縫。

3.6 主壩泄洪沖沙閘壩段消力池防掏齒墻土壓力監測

為了監測防掏齒墻被掏刷狀況，在防掏齒墻的下游側安裝土壓力盒，根據防掏齒墻下游側土對土壓力盒的壓力大小，分析出防掏齒墻被掏刷狀況。

3.7 主壩上游庫水位監測

在主壩混凝土壩段上游側安裝測壓管，測壓管內安裝滲壓計，根據滲壓計壓力的大小確定上游庫水位。

3.8 主副壩繞壩滲流監測

為了監測主副壩兩岸山體與壩體的聯接狀況及兩岸的帷幕、固結灌漿狀況，兩岸山體的滲漏狀況，在兩岸安裝埋設測壓管，測壓管內安裝滲壓計，監測兩岸山體的滲水壓力狀況。

4 監測項目的布置

4.1 主壩土工膜心墻堆石壩段監測布置

4.1.1 外部變形監測

1）水平位移監測在主壩左、右端各建立1個工作基點和2個校核基點，由這6個基點組成四邊形水平位移控制網，用全站儀進行基點的水平坐標定位。監測網由主壩兩端的工作基點及壩上12個水平位移監測點組成，12個水平位移監測點的位置在樁號主壩0+200，0+300，0+400斷面上，每個斷面設置4個測點。

2）垂直位移監測。垂直位移控制網是由主壩左岸在地基形變范圍以外設置的一組水準基點及兩壩頭的起測基點組成，起測基點與水平位移工作基點共用一點。垂直位移監測網是由起測基點與壩上位移監測點組成，水平位移監測點與垂直位移監測點共用一點。水準基點以3點為一組，布置成邊長為50m的等邊三角形。起測基點的引測、校測，可參照國家二等水準測量（GB12897-91）方法進行，但閉合差不得大于±0.14mm（n為測站數）。

4.1.2 滲流監測

1）壩基滲流監測。為了監測壩體在上、下游水位差作用下壩基礎滲流壓力的大小，需建立滲流監測網，滲流監測網是由沿著壩軸線主壩0+220，0+370樁號共2個斷面，每個斷面設5個壩基滲流監測點組成。

2）壩基滲流量監測。由于該工程壩下游側的透水層深厚，為觀測滲漏量修截水墻及設置量水堰不合適，因此采用在壩下游河床中設測壓管，通過觀測地下水位坡降計算出滲流量。其測壓管布置：順水流方向設2根，垂直水流方向與滲流監測斷面相同，共計4個監測點。

3）繞壩滲流。在左、右岸壩肩部位各布置1個監測斷面，每個斷面設置4條監測鉛直線，每條測線上布置1個測點，共計8個測點。

4.1.3 混凝土防滲墻監測

混凝土防滲墻是主壩的主要防滲結構，為了解其工作性態，選擇兩個觀測斷面布設，沿著墻高布設3組二向應變計組和無應力計桶進行應力應變觀測，共計6個二向應變計組、6個無應力計桶，其斷面位置與滲流監測斷面相一致。

4.1.4 應變監測

選擇兩個觀測斷面布設土工膜應變計，沿著心墻高度方向布設3個土工膜應變計，共計6個土工膜應變計，其斷面位置與滲流監測斷面相一致。

4.2 主壩泄洪閘壩段監測布置

1）位移（水平、垂直）監測。泄洪閘的位移（水平、垂直）監測網的工作基點和起測基點與主壩堆石壩段共用，因此監測方法也相同。在每個閘段的中墩頂部上、下游各設1個測點，在出口兩邊翼墻各設7個測點，共計21個測點。

2）閘底板揚壓力監測。在各閘段的閘孔中間斷面閘底板基礎基處各設一個揚壓力測點，在0+079.5，0+124.5m斷面順水流方向各設7個揚壓力測點，作為重點監測斷面，共計17個測點。

3）壩段消力池防掏齒墻土壓力監測。為了監測防掏齒墻的被掏刷狀況，在防掏齒墻的下游側，樁號 0+124.5、0+167.521、0+183.5位置各安裝 1個土壓力盒，共計3個土壓力測點，根據防掏齒墻下游側土對土壓力盒的壓力大小，分析出防掏墻被掏刷狀況。

4.3 混凝土壩段監測布置

1）揚壓力監測。在混凝土壩每個壩段基礎中間位置，帷幕灌漿下游側埋設1支滲壓計，共計3個混凝土壩段，3個測點，測壩基揚壓力。

2）位移監測。位移監測（水平、垂直）監測網的校核基點、工作基點和起測基點與堆石壩共用，測點每個壩段設1個，共計3個位移監測點。

3）上游水位監測。在混凝土壩二壩段中間位置，上游測予埋φ50PVC管內安裝壓阻式滲壓計，監測大壩上游水位。

4.4 副壩監測布置

1）水平位移監測。在副壩左、右端各建立1個工作基點和2個校核基點，由這6個基點組成四邊形水平位移控制網。用全站儀進行基點的水平坐標定位。監測網由付壩兩端的工作基點及壩上12個水平位移監測點組成。12個水平位移監測點的位置在樁號副壩 0+200，0+275，0+375，0+450斷面上，每個斷面設置3個測點。監測方法與主壩相同。

2）垂直位移監測。監測方法與主壩相同，控制網是由主壩左岸在地基形變范圍以外設置的一組水準基點及兩壩頭的起測基點組成，起測基點與水平位移工作基點共用一點。垂直位移監測網是由起測基點 （起測基點水平位移的工作基點共用一個點）與壩上位移監測點（水平位移監測點與垂直位移監測點共用一點）組成。

3）壩體浸潤線、壩基滲透壓力監測。沿著副壩軸線，在樁號0+220，0+295，0+400選擇3個斷面，每個斷面設3個壩體浸潤線監測點，4個壩基滲透壓力監測點。

4）壩基滲流量監測。由于副壩下游側的透水層深厚，為觀測滲漏量修截水墻及設置量水堰不合適，因此與主壩相同在壩下游河床中設測壓管，通過觀測地下水位坡降計算出滲流量。其測壓管布置：順水流方向設2根，垂直水流方向在0+295，0+400監測斷面，與滲流監測斷面相同。共計4個監測點。

5）繞壩滲流。在左、右岸壩肩部位各布置1個監測斷面，每個斷面設置4條監測鉛直線，每條測線上布置一個測點，共計8個測點。

4.5 主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段裂縫監測布置

為了監測主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處有無開裂或縫裂狀況，在主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處，即在樁號0+056安裝2個測縫計，監測主壩泄洪沖沙閘壩段與混凝土壩段聯接處的裂縫。

5 自動化監測系統

大壩安全自動化監測系統采用較先進的自動采集分布式系統，即系統單元分布在各監測項目的傳感器附近，通過電纜及光纜，將各監測數據傳輸至水庫監測中心，進而實現自動化監測。

6 結語

德日蘇寶冷水庫工程安全監測系統設計充分結合了工程混合壩的實際情況，位移監測采用將全站儀、數碼水準儀與專業數據處理軟件相結合的半自動化監測系統，滲流及內部監測采用先進的的分布式自動化監測系統，共同監視德日蘇寶冷水庫的安全運行。設計思想與當今的監測技術發展方向相符合。