水库大坝安全监测系统设计及施工浅析

李夏清

（山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

水库大坝安全监测系统设计及施工浅析

李夏清

（山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

安全监控系统的发展对水库大坝安全监测的作用至关重要。以汾河水库大坝安全监测自动化系统设计及安全监测仪器安装埋设为例，对水库大坝安全监测自动化技术要点进行了浅析。

安全监测；系统设计；汾河水库

1 前言

大坝安全监测自动化系统是利用电子计算机和传感技术以及信息处理技术，实现大坝观测数据自动采集处理和分析计算，对大坝性态正常与否作出初步判断和分级报警的观测系统。

大坝安全监测自动化系统投入使用始于20世纪90年代，随着科学技术的飞速发展和投入力度的不断加大，我国大坝安全监测技术方面得到了迅速的发展，主要表现在安全监测仪器产品质量的提高和新产品、新技术的不断出现；数据采集和数据传输技术取得进步；安全监测自动化系统的可靠性越来越高；建立于大坝安全监测自动化系统之上的各种信息系统已经出现；大坝安全监测数据分析技术进入软件化阶段，直接服务于大坝安全。大坝安全监控系统可根据不同类型大坝对安全监测标准的差异化要求，进行系统性研究与设计，实现监测数据的即时采集、分析、传输、展示和应用，集中统一水库管理监控平台，实施监测数据的实时传输和分析，实现水库监测的标准化、自动化、数字化管理的大坝安全监测体系。

2 大坝安全监测自动化系统简介

大坝安全监测自动化系统基本功能有数据采集，现场网络数据通信与远程通信功能，数据存储、管理及备份功能，掉电保护功能，网络安全防护功能，自检及自诊断功能，防雷及抗干扰功能，以及数据异常报警等。

按系统结构大坝安全监测自动化系统可分为集中式大坝安全监测自动化系统和分布式大坝安全监测自动化系统。典型的集中式大坝安全监测自动化系统主要由传感器、集线箱、测量控制单元、监控计算机等组成。典型的分布式大坝安全监测自动化系统主要由传感器、测量控制单元、监控计算机等组成。

大坝安全监测自动化系统由监测仪器、数据采集装置、通信和电源线路、计算机系统及相关的系统软件和应用软件组成的自动化系统，用以实现大坝安全监测数据的自动采集、自动处理、在线监控、离线分析、信息管理、安全评判和辅助决策，以便采取正确合理的措施，保证大坝安全。

3 大坝安全监测系统设计

安全监控系统的首要任务是采集有效数据，有效数据的采集主要通过合理安排布设各监测点，正确安装监测及数据传输仪器。

为实现大坝安全监控系统，山西省将汾河水库、汾河二库列为大坝安全监控系统试点，为实现水库监测的标准化、自动化、数字化管理的大坝安全监测体系提供了经验。

3.1 汾河水库大坝安全监测系统建设

3.1.1 表面变形监测

目前大坝采用GPS监测与人工监测两种方式。2015年对GPS监测系统进行了修复，保证该系统能正常运行，同时增设全站仪监测方式，提高监测精度与效率，在目前19个变形标点上固定棱镜，在右坝脚工作基点上进行加高至2.0m观测墩，并建设观测房，固定全站仪。

3.1.2 渗流监测

大坝渗流观测分为新增渗流监测和原渗流监测系统改造两部分。新增渗流监测拟采用钻孔下套管放置测压管，测压管内置渗压计方式观测。大坝渗流观测断面选择和测点布置的要求，结合原测压管位置进行布设。

主坝安全监测：拟在桩号0+180，0+290，0+370和0+450四个断面上下游位置布设坝体和坝基渗流监测点，共26处，详见表1。

表1 主坝坝体坝基渗流监测点布置表

副坝安全监测：在左副坝设2个断面，右副坝设3个断面，每个断面设3支渗压计，共14支，见表2。

3.1.3 原渗流监测系统改造

目前102根测压管除0+180、0+290、0+370和0+ 450四个断面外，有39根测压管完好，其余44根测压管均已失效。失效的测压管采用重新钻孔并放渗压计方式。目前完好的39根测压管内放置渗压计实现自动化采集。

3.1.4 其他监测

渗漏量监测在原5处量水堰处设置量水堰计，实现自动化。环境量监测在库内竖井放置压力式水位计1支。环境量监测仪器还包括气温计1支，降雨量计1套。在主坝0+235、0+410两个断面的二级马道上，以及在左副坝和右副坝中间下游一级马道共设置4个测量控制单元房。

表2 副坝坝体坝基渗流监测测点布置表

4 安全监测仪器安装埋设施工要求

4.1 大坝变形标点设施安装施工要求

观测墩混凝土标号为C20F200。观测点和土基上基点的底座埋入土层的深度不小于0.5m，冰冻区应深入冰冻线以下位置，使其牢固稳定而不受其他外界因素影响。

埋设时应保持立柱铅直，仪器基座水平，倾斜度不得大于4′。观测设施周围应采取可靠的保护措施，防止雨水冲刷和侵蚀、护坡块石挤压、机械车辆和人为碰撞。

视准线监测墩对中基座中心与视准线的距离偏差不大于20mm，当采用小角法时，对中基座中心与工作基点构成的小角角度不宜大于30″。

视准线应旁离障碍物1m以上，距离地面高度不宜小于1.2m。

4.2 测压管埋设施工要求

测压管埋设钻孔直径为110mm，在50m深度内的钻孔倾斜度不应大于3°，不允许泥浆护壁。测记初见水位及稳定水位，描述各土（岩）层岩性，提出钻孔岩芯柱状图。

首先在孔底填约20cm厚的反滤料，然后将测压管逐根对接下入孔内。待测压管全部下入孔内后，应在测压管与孔壁见回填反滤料至设计高程。对黏壤土或砂壤土可用细砂做反滤料；封孔，泥球应由直径5～10mm的不同粒径组成，应风干，不宜日晒或烘烤。封孔厚度不宜小于4.0m。在岩体内钻孔埋设测压管，花管周围宜用粗砂或细砾料做反滤料，导管段宜用水泥砂浆或水泥膨润土浆封孔回填，反滤料与封孔料之间用20cm厚细砂过渡。

测压管封孔回填完成后，向孔内注水进行灵敏度试验，要求在地下水位较为稳定时进行。试验前先测定管中水位，然后向管内注水。若进水段周围为壤土料，注水量相当于每米测压管容积的3～5倍；若为砂砾料，则为5～10倍。注入后不断观测水位，直至恢复到或接近注水前水位。黏壤土，注入水位在120h内降至原水位为合格；砂壤土，24h内降至原水位为合格；砂粒土，1～2h降至原水位或注水后升高不到3～5m为合格。检查后，设管口保护装置。

测压管采用50mm国标镀锌管倒角去毛刺，接头处宜用外丝扣，外箍接头相连。缠麻绳接头处刷防水漆，安装到预定深度。测压管花管处长度1～2m，开孔率不低于30%，外部包扎无纺土工布，并对管底进行封闭。

5 结语

随着科学技术的飞速发展，水库大坝安全监控系统将运用云计算、地理信息、虚拟化和3D技术，使各监测项基础数据、图像、异动预警定位、综合定位性分析等，形成直观、简洁、精准化展示，随着现代通讯、信息及数据分类运用，可分级推送到应用终端，随时随地通过手机、计算机掌握水库大坝和整个库区的运行情况，促使安全监控系统向网络化、智能化、信息化、便捷化发展。

X924.2 ［

］C ［

］1004-7042（2016）11-0036-02

李夏清（1983-），女，2006年毕业于西南交通大学土木建筑工程专业，工程师。

2016-09-15；

2016-10-21