浅谈深圳市赤坳水库除险加固工程大坝安全监测设计

刘金鹏 靳春国 杨浩

【摘要】赤坳水库为深圳市的中型水库，在进行除险加固工程设计的同时，需建立完善的大坝安全监测设施。本文即对赤坳水库除险加固工程中大坝安全监测部分的设计进行详细阐述。

【关键词】赤坳水库；大坝；监测；设计

1、概况

赤坳水库位于深圳市坪山新区东部，紧邻大鹏新区，发源于田头山金龟水（中游），承担着上下游地区的防洪重任；是深圳东部片区重要的供水及转输水库，是坪山、坑梓的主要供水水源。水库除险加固工程建设内容为：主坝上游坝面防渗，下游培厚压重；新建隧洞及附属设施；副坝混凝土防渗墙加固；机电设备及金属结构更新改造；完善水库监测设施等。

水库控制集雨面积14.6km2，坝址以上主流长9.0km，平均坡降0.024。除险加固后，正常蓄水位82.0m，相应库容1682万m3，总库容1850万m3，是一座防洪、供水等综合利用的中型水利枢纽工程。水库工程等别Ⅲ等，主要建筑物级别3级；防洪标准设计100年一遇，设计洪水位83.85m；校核2000年一遇，校核洪水位84.6m。水库枢纽包括主坝、副坝、输水涵管、溢流坝四部分。主坝为浆砌石重力坝，加固后坝顶高程85.1m，坝长（含溢流坝长）195m，坝顶宽度6m，最大坝高39.1m；溢流坝位于主坝中部，开敞式溢流堰，堰顶高程82.0m，长30m。副坝为均质土坝，坝顶高程86.39m，坝长70m，最大坝高20m。

工程除险加固实施的同时，须与大坝安全监测部分统一实施，两者密切结合。大坝安全监测设计在工程加固后可继续使用的表面变形监测、测压管、量水堰等基础上，在坝体设置表面变形观测、位移及挠度、渗流、裂缝、应力应变、环境量、监测站等安全监测设备和设施。砌石坝、土石坝安全监测须根据工程等级、规模、结构型式及其地形、地质条件和地理环境等因素，监测范围包括坝体、坝基、坝肩以及对大坝安全有重大影响的近坝区岸坡和其他与大坝安全有直接关系的建筑物和设备，设置必要的安全监测项目，仪器监测和巡视检查相结合，定期进行系统观测。

2、大坝安全监测设计

（1）表面变形监测：主坝在大坝下游坡培厚加固，现状表面变形监测墩需拆除重建，本次新设17处。在大坝两端以及大坝转弯处坚硬岩石上共布置6个工作基点和6个校核基点，水准基点、工作基点位置根据现场实际情况确定，要求岩体坚固、通视性好。现状副坝监测墩本次保留，但在其基础上增加与全站仪配套的棱镜、连接件、对中装置等设备。观测设备选用全自动型全站仪，目前在深圳市西丽、铁岗、长岭皮、东湖、罗田水库等大坝自动化监测中已运用。

（2）水平位移及挠度监测：在主坝坝顶和新建廊道内布置2条引张线，共计10套引张线仪，以精密监测大坝的水平位移变化。在新建廊道内设置静力水准仪6套，以监测大坝的垂直位移或沉降。在原浆砌石与钢筋砼的结合面设置位错计监测新旧坝坡之间的位错、相对沉降情况。在主坝的河床中部钻孔设置2处单点位移计，监测大坝滑动面和区域的变形或沉降位移。

（3）渗流监测：坝基扬压力按纵向和横向监测断面布设测压管和渗流计。纵向监测断面布置在防渗帷幕后第一排水幕线上，每个坝段布置一个测点。横向监测断面选择在最高坝段，岸坡坝段及地质构造复杂的坝段。主坝坝体扬压力测点在上游坝面至坝体排水管之间，测点间距自上游而起，由密渐疏。绕坝渗流监测根据地形、枢纽布置和渗流控制设施及绕坝渗流区岩体渗漏特性而定，在两岸坝肩防渗帷幕后，沿流线方向布置3个监测断面，每个监测断面3个监测孔，孔深达强透水层，并深入到筑坝前地下水位以下。因此，在主坝段增设12处测压管，在两岸坝肩与岸坡增设16处测压管监测绕坝渗流，共计28处，并均增设渗压计。副坝现状在大坝坝轴线中间设有3条测压管，本次增设2个观测横断面各3条测压管观测铅直线；由于副坝增设防渗墙加固，因此，在大坝上游坡各观测横断面增设1条观测铅直线，由此共12个监测断面。本次增设9个钻孔，并在12个断面上均埋设渗压计。绕坝渗流观测包括两岸坝端及部分山体、土石坝与岸坡或混凝土建筑物接触面、以及防渗齿墙或灌浆帷幕与坝体或两岸结合部等关键部位，共计12个钻孔，12支渗压计。各渗压计均同时兼测坝体水温

（4）裂缝监测：在重点坝段的分缝处需进行裂缝监测。在主壩选取4个横断面，在分缝处设测缝计11套，监测分缝处的裂缝情况；另外，选取3处横断面，在浇筑的砼内埋设测缝计4套，监测砼的裂缝。共计测缝计15套，安装在新培厚的钢筋砼结构表面，可在恶劣环境下长期监测结构表面裂缝或接缝的开合度；内置温度传感器可同时兼测坝面温度。

（5）应力应变的温度监测：在主坝原浆砌石与钢筋砼的结合面设置埋入式应变计监测应力、应变情况，内置温度传感器同时兼测坝体温度。在主坝选取2个横断面，在分缝处设应变计6套，监测分缝处的应力应变情况；另外，选取2处横断面，在浇筑的钢筋砼内埋设应变计4套，监测砼的应力应变；共计10套。温度监测断面沿坝段中心布置，为监测系统的重点监测坝段，在能监测温度的其他仪器处，不再布置，因此，在重力坝监测坝段的中心断面上，共设20个。

（6）渗漏量监测：在主坝坝基廊道内的排水沟上分段布置量水堰，分别监测坝基和坝体渗漏量；在副坝下游排水棱体后增设量水堰计自动监测大坝渗漏量。廊道或平洞排水沟的渗漏水，采用量水堰量测；排水孔的渗漏水采用容积法量测。

（7）环境量监测：在主、副坝的上游坡增设水尺；右坝肩处增设自记水位计，观测上游水位；在靠近上游坝面的库水中，布置测温垂线；在管理站的附近露天开阔地带设置气温计，采用玻璃钢百叶箱保护；在主坝下游供水管处增设流量计。

（8）表面监测：包括裂缝、滑坡、隆起、渗透变形及表面侵蚀破坏等，主要为人工巡视检查及观测。

（9）系统防雷与集成： 监控系统设置电源防雷、信号线防雷、室外仪表引入防雷等。所有电测仪器全部实现自动化监测，由传感器、通讯专用电缆接入新建启闭机房内的MCU，再通过4芯屏蔽专用电缆接入安全监测控制中心。观测站布置在仪器集中的地方，保证安全，保持干燥，并安置集线箱和量测仪表的壁龛和工作台。主坝设置5台测控装置MCU，放在现状坝顶右岸已有砼房内；副坝则设置1台测控装置MCU，放在现状坝顶左岸已有砼房内。系统集成包含数据采集软件、数据整编软件、数据分析软件、手动数据输入软件等信息管理软件，计算分析软件等；硬件包括中央控制计算机、UPS不间断电源、打印机、交换机等。

（10）各类监测仪器应精确可靠、稳定耐用、便于观测且经济合理，应有自检、自校功能，可长期稳定地工作；能保证在恶劣气候条件下仍能进行必要项目的观测。

3、结论与建议

（1）赤坳水库大坝安全监测与除险加固工程相互结合，统一实施，可为管理及时消除工程隐患和险情，提供可靠的科学依据。

（2）大坝安全监测部分实施完成后，建议水库管理单位应按《混凝土坝安全监测资料整编规程》（DL/T5209-2005）、《土石坝安全监测资料整编规程》（DL/T5256-2010）认真及时地对相关的监测数据和信息等进行资料整编和归档工作。

（3）建议加强管理，对监测数据所反映的信息进行迅速分析、评判和处理，定期对水库枢纽建筑物的安全状态作出评价。

参考文献：

[1]《浆砌石坝设计规范》（SL25-2006）.

[2]《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）.

[3]《混凝土坝安全监测技术规范》（SL601-2013）

[4]《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）.

[5]巩向伟，侯丰奎，张卫东，徐永兵.水库大坝安全监测系统及自动化[J].水利规划与设计，2007年02期.