德日苏宝冷水库工程安全监测系统设计与实施

张 峰，张 新

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

1 工程概况

德日苏宝冷水库位于内蒙古赤峰市查干沐沦河的下游，距上游巴林右旗政府所在地大板镇11km。工程主要任务为生态保护、工业和灌区供水等综合利用，水库的最大库容为0.99亿m3，规模为中型，工程等别为Ⅲ等。德日苏宝冷水库的主要建筑物（主坝、副坝）为3级，防洪堤为2级，防洪标准按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。

工程由拦河坝主、副坝组成。主坝轴线长约523.8m，在主坝右侧布置土工合成材料心墙堆石坝，堆石坝坝顶长357.2m，最大坝高为21.0m。在主坝左侧布置泄洪冲沙闸，共设9孔，闸室总宽103.0m。副坝长度为520m，最大堤高为8m。

2 设计依据

设计依据的主要规程、规范为：SL60-94《土石坝安全监测技术规范》；SL169-96《土石坝安全监测资料整编规程》；GB 50266-98《堤防工程设计规范》；SL265-2001《水闸设计规范》；SDJ336－89《混凝土大坝安全监测技术规范》；GB12897-91《国家一、二、三等水准测量规范》。

3 监测项目及目的

3.1 主坝、副坝、外部变形监测

主、副坝水平位移监测采用全站仪，监测目的是监测坝体在顺水流方向及垂直水流方向的位移变形；主、副坝垂直位移监测采用数码水准仪监测目的是监测坝、堤体的沉降量。

3.2 主坝、副坝渗流、渗压监测

1）主坝（土工膜心墙堆石坝段）、副坝的基础，在上游库水位的作用下要产生渗透压力，为了监测渗透压力的大小，在主坝 （土工膜心墙堆石坝段）、副坝的基础埋设弦式渗压，监测渗透压力。

2）副坝的坝体为土体结构，水库内的库水浸润坝体，为了监测浸润线的位置，在设计的浸润线以下埋设弦式渗压计，监测副坝的坝体浸润线位置。

3）为了检测主坝（土工膜心墙堆石坝段）、副坝基础防渗效果、及渗流量的大小，在主坝（土工膜心墙堆石坝段）、副坝下游侧安装埋设侧压管，监测渗流量。

4）为了检测主坝（土工膜心墙堆石坝段）土工膜的防渗效果，在土工膜心墙下游侧安装埋设弦式渗压计，监测土工膜心墙在上游库水位作用下是否渗漏或渗漏量大小。

3.3 主坝应力应变监测

1）为了检测主坝（土工膜心墙堆石坝段）土工膜的变形及防渗效果，在土工膜心墙上安装土工膜应变计，监测土工膜心墙在上游库水位作用下，土工膜的变形量。

2）为了检测主坝（土工膜心墙堆石坝段）基础混凝土防渗墙的变形及防渗效果，在混凝土防渗墙体内沿坝高方向安装埋设应变计急无应力计，监测基础混凝土防渗墙的变形。

3.4 主坝（泄洪冲沙闸坝段、混凝土坝段），闸基础、坝基础杨压力监测

闸、坝基础在上、下游水位差的作用下要产生杨压力，在下游水位的作用下要产生浮托力，为了监测杨压力及浮托力的大小，在闸基础、坝基础安装埋设弦式渗压，监测闸、坝基础杨压力及浮托力的大小。

3.5 主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段裂缝监测

为了监测主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处有无开裂或缝裂状况，在主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处安装测缝计，监测主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处的裂缝。

3.6 主坝泄洪冲沙闸坝段消力池防掏齿墙土压力监测

为了监测防掏齿墙被掏刷状况，在防掏齿墙的下游侧安装土压力盒，根据防掏齿墙下游侧土对土压力盒的压力大小，分析出防掏齿墙被掏刷状况。

3.7 主坝上游库水位监测

在主坝混凝土坝段上游侧安装测压管，测压管内安装渗压计，根据渗压计压力的大小确定上游库水位。

3.8 主副坝绕坝渗流监测

为了监测主副坝两岸山体与坝体的联接状况及两岸的帷幕、固结灌浆状况，两岸山体的渗漏状况，在两岸安装埋设测压管，测压管内安装渗压计，监测两岸山体的渗水压力状况。

4 监测项目的布置

4.1 主坝土工膜心墙堆石坝段监测布置

4.1.1 外部变形监测

1）水平位移监测在主坝左、右端各建立1个工作基点和2个校核基点，由这6个基点组成四边形水平位移控制网，用全站仪进行基点的水平坐标定位。监测网由主坝两端的工作基点及坝上12个水平位移监测点组成，12个水平位移监测点的位置在桩号主坝0+200，0+300，0+400断面上，每个断面设置4个测点。

2）垂直位移监测。垂直位移控制网是由主坝左岸在地基形变范围以外设置的一组水准基点及两坝头的起测基点组成，起测基点与水平位移工作基点共用一点。垂直位移监测网是由起测基点与坝上位移监测点组成，水平位移监测点与垂直位移监测点共用一点。水准基点以3点为一组，布置成边长为50m的等边三角形。起测基点的引测、校测，可参照国家二等水准测量（GB12897-91）方法进行，但闭合差不得大于±0.14mm（n为测站数）。

4.1.2 渗流监测

1）坝基渗流监测。为了监测坝体在上、下游水位差作用下坝基础渗流压力的大小，需建立渗流监测网，渗流监测网是由沿着坝轴线主坝0+220，0+370桩号共2个断面，每个断面设5个坝基渗流监测点组成。

2）坝基渗流量监测。由于该工程坝下游侧的透水层深厚，为观测渗漏量修截水墙及设置量水堰不合适，因此采用在坝下游河床中设测压管，通过观测地下水位坡降计算出渗流量。其测压管布置：顺水流方向设2根，垂直水流方向与渗流监测断面相同，共计4个监测点。

3）绕坝渗流。在左、右岸坝肩部位各布置1个监测断面，每个断面设置4条监测铅直线，每条测线上布置1个测点，共计8个测点。

4.1.3 混凝土防渗墙监测

混凝土防渗墙是主坝的主要防渗结构，为了解其工作性态，选择两个观测断面布设，沿着墙高布设3组二向应变计组和无应力计桶进行应力应变观测，共计6个二向应变计组、6个无应力计桶，其断面位置与渗流监测断面相一致。

4.1.4 应变监测

选择两个观测断面布设土工膜应变计，沿着心墙高度方向布设3个土工膜应变计，共计6个土工膜应变计，其断面位置与渗流监测断面相一致。

4.2 主坝泄洪闸坝段监测布置

1）位移（水平、垂直）监测。泄洪闸的位移（水平、垂直）监测网的工作基点和起测基点与主坝堆石坝段共用，因此监测方法也相同。在每个闸段的中墩顶部上、下游各设1个测点，在出口两边翼墙各设7个测点，共计21个测点。

2）闸底板扬压力监测。在各闸段的闸孔中间断面闸底板基础基处各设一个扬压力测点，在0+079.5，0+124.5m断面顺水流方向各设7个扬压力测点，作为重点监测断面，共计17个测点。

3）坝段消力池防掏齿墙土压力监测。为了监测防掏齿墙的被掏刷状况，在防掏齿墙的下游侧，桩号 0+124.5、0+167.521、0+183.5位置各安装 1个土压力盒，共计3个土压力测点，根据防掏齿墙下游侧土对土压力盒的压力大小，分析出防掏墙被掏刷状况。

4.3 混凝土坝段监测布置

1）扬压力监测。在混凝土坝每个坝段基础中间位置，帷幕灌浆下游侧埋设1支渗压计，共计3个混凝土坝段，3个测点，测坝基扬压力。

2）位移监测。位移监测（水平、垂直）监测网的校核基点、工作基点和起测基点与堆石坝共用，测点每个坝段设1个，共计3个位移监测点。

3）上游水位监测。在混凝土坝二坝段中间位置，上游测予埋φ50PVC管内安装压阻式渗压计，监测大坝上游水位。

4.4 副坝监测布置

1）水平位移监测。在副坝左、右端各建立1个工作基点和2个校核基点，由这6个基点组成四边形水平位移控制网。用全站仪进行基点的水平坐标定位。监测网由付坝两端的工作基点及坝上12个水平位移监测点组成。12个水平位移监测点的位置在桩号副坝 0+200，0+275，0+375，0+450断面上，每个断面设置3个测点。监测方法与主坝相同。

2）垂直位移监测。监测方法与主坝相同，控制网是由主坝左岸在地基形变范围以外设置的一组水准基点及两坝头的起测基点组成，起测基点与水平位移工作基点共用一点。垂直位移监测网是由起测基点 （起测基点水平位移的工作基点共用一个点）与坝上位移监测点（水平位移监测点与垂直位移监测点共用一点）组成。

3）坝体浸润线、坝基渗透压力监测。沿着副坝轴线，在桩号0+220，0+295，0+400选择3个断面，每个断面设3个坝体浸润线监测点，4个坝基渗透压力监测点。

4）坝基渗流量监测。由于副坝下游侧的透水层深厚，为观测渗漏量修截水墙及设置量水堰不合适，因此与主坝相同在坝下游河床中设测压管，通过观测地下水位坡降计算出渗流量。其测压管布置：顺水流方向设2根，垂直水流方向在0+295，0+400监测断面，与渗流监测断面相同。共计4个监测点。

5）绕坝渗流。在左、右岸坝肩部位各布置1个监测断面，每个断面设置4条监测铅直线，每条测线上布置一个测点，共计8个测点。

4.5 主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段裂缝监测布置

为了监测主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处有无开裂或缝裂状况，在主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处，即在桩号0+056安装2个测缝计，监测主坝泄洪冲沙闸坝段与混凝土坝段联接处的裂缝。

5 自动化监测系统

大坝安全自动化监测系统采用较先进的自动采集分布式系统，即系统单元分布在各监测项目的传感器附近，通过电缆及光缆，将各监测数据传输至水库监测中心，进而实现自动化监测。

6 结语

德日苏宝冷水库工程安全监测系统设计充分结合了工程混合坝的实际情况，位移监测采用将全站仪、数码水准仪与专业数据处理软件相结合的半自动化监测系统，渗流及内部监测采用先进的的分布式自动化监测系统，共同监视德日苏宝冷水库的安全运行。设计思想与当今的监测技术发展方向相符合。