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1、 工咨甲 12320070070 SL2523LB-100-02 工程设计甲级证书 A144001909 工程勘察甲级证书 B144001909 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新 改造专题设计报告 广东省水利电力勘测设计研究院 2017 年 12 月 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及 更新改造专题设计报告 审 查：黄井武 校 核：王建学 编 制：黄晓燕 陈小春 赵帅印 I 目目 录录 1 概况 . 1 1.1 工程概况 . 1 1.1.1 工程简述 1 1.1.2 主要建筑物概述 3 1.1.3 工程地质 6 1.1.4 洪水标准及地震设防烈度 8 1.2 安全监测系统概况 . 8
2、 1.3 工程任务 . 10 1.3.1 北江大堤监测系统评估 10 1.3.2 北江大堤安全监测系统更新改造 10 2 安全监测系统评估 . 13 2.1 评价依据与方法 . 13 2.1.1 评价依据 13 2.1.2 评价方法 14 2.2 芦苞水闸 . 15 2.2.1 视准线 16 2.2.2 精密水准 17 2.2.3 外部变形人工监测仪表 19 2.2.4 引张线 20 2.2.5 静力水准 23 2.2.6 测缝计 25 2.2.7 测压管 32 2.2.8 渗压计 34 2.2.9 浮子式遥测水位计 38 2.2.10 评价结果 . 39 2.3 西南水闸 . 41 2.3.
3、1 视准线 41 2.3.2 精密水准 43 2.3.3 引张线 44 2.3.4 静力水准 47 II 2.3.5 测缝计 49 2.3.6 测压管 57 2.3.7 渗压计 59 2.3.8 浮子式遥测水位计 63 2.3.9 评价结果 64 2.4 堤段 . 66 2.4.1 深层水平位移 66 2.4.2 表面垂直位移 68 2.4.3 测压管 69 2.4.4 渗压计 80 2.4.5 水位标尺 89 2.4.6 评价结果 89 2.5 监测自动化系统 . 91 2.5.1 系统组成 91 2.5.2 现场检查 91 2.5.3 运行可靠性 92 2.5.4 监测信息管理系统 103
4、 2.5.5 评价结果 103 3 监测系统更新改造方案 . 104 3.1 设计原则与思路 . 104 3.1.1 设计思路 104 3.1.2 设计原则 104 3.2 设计依据 . 105 3.3 监测更新改造设计 . 106 3.3.1 芦苞水闸 106 3.3.2 西南水闸 110 3.3.3 黄塘水闸 113 3.3.4 堤段 114 3.3.5 环境量监测 121 3.3.6 巡视检查 122 3.4 安全监测自动化系统 . 123 3.4.1 安全监测自动化系统的设计原则 123 3.4.2 安全监测自动化系统的总体功能 123 III 3.4.3 监测信息管理子系统功能 12
5、6 3.4.4 安全监测自动化系统结构设计 138 3.5 新增安全监测系统数据传输方案比较 . 140 3.5.1 数据传输分析 140 3.5.2 LoRa 无线通讯 141 3.5.3 ZIGBEE 无线通讯 . 142 3.5.4 GPRS 无线通讯 . 144 3.5.5 NB-Iot 无线通讯 . 145 3.5.6 传统有线传输 145 3.5.7 方案比较 146 3.6 防雷 . 157 4 监测系统改造实施要求 . 157 4.1 主要监测仪器设备选型 . 157 4.1.1 传感器及测试仪表 157 4.1.2 自动化系统仪器设备 158 4.1.3 仪器设备生产厂家资质
6、 158 4.1.4 主要监测仪器设备的选型 158 4.1.5 自动化监测系统选型 160 4.2 仪器率定、安装、埋设技术要求 . 163 4.2.1 仪器设备的检验和率定 163 4.2.2 仪器设备安装埋设基本要求 164 4.2.3 主要监测仪器设备安装埋设要求 166 4.3 监测频次要求 . 175 4.4 改造实施建议 . 176 5 工程投资估算编制说明 . 177 6 附图 . 199 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新改造专题设计报告 1 广东省北江大堤水工安全监测系统评估 及更新改造专题设计报告 1 概况 1.1 工程概况 1.1.1 工程简述工程简述 北江是珠江
7、第二大水系，其上游浈江发源于江西省信丰县石碣镇，在广东韶 关市与支流武水汇合称北江。北江自韶关，经清远，于佛山三水区思贤滘与西江 相通，汇入珠江三角洲河网区，主流由虎门入海。北江思贤滘以上流域面积 46710km2，干流总长 468km，流域大部分是山区和丘陵，地势北高南低，干流出 飞来峡后逐渐平坦。北江大堤位于北江飞来峡下游左岸，北起清远市石角镇骑背 岭，沿支流大燕河及干流南下，经石角镇、佛山市三水区大塘、芦苞、黄塘、河 口、西南镇至南海市的狮山止，加固完成后实测大堤全长 64.346km (包括遥堤 2.06km)，穿堤涵闸 15 座，其中大型分洪闸两座：芦苞水闸和西南水闸，分洪量 分别为
8、 1200m3/s、1100m3/s，负责连接芦苞涌和西南涌，控制并承泄北江洪水， 并具有向下游补给水资源的功能。 北江大堤是全国七大重点堤围之一，是广东省最重要的堤围。大堤的防洪安 全直接关系到广东经济社会的稳定和发展，捍卫着广州、佛山、清远 3 市 14 个 县(区)、2000 多万人口、100 多万亩耕地和 2 万多亿元国民生产总值，以及白云 国际机场、京广铁路、武广高铁、京珠高速等重要设施的防洪安全。根据水利部 2005 年 4 月 29 日关于广东省北江大堤加固达标工程初步设计报告的批复水 总(2005)165 号文，北江大堤为 1 级堤防，防洪标准为 100 年一遇洪水，穿堤建 筑
9、物的主要建筑物级别与所在堤防相同；地震基本烈度为 6 度。 北江大堤加固达标工程从 2001 年起全面展开。遵循“整体规设，先急后缓， 分年实施，安全达标”的原则，按基建审批程序，分年度进行了“应急除险达标加 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新改造专题设计报告 2 固工程”。具体为北江大堤下灵洲蚬壳岗、河口魁岗、西南沙头村等三堤段应 急加固达标工程、北江大堤加固达标 2001 年冬2002 年冬实施项目、北江大堤 2003 年应急除险加固达标实施项目等。对 63km 北江干堤按 1 级堤防、100 年一 遇洪水标准进行加高培厚，对长约 30km 的强透水地基进行基础处理，对 20km 长
10、的深槽逼岸、迎流顶冲、堤岸冲刷和崩岸险工险段进行整治，对 30 座穿堤建 筑物进行重建、加固和封堵。两涌一河未达标准的 121.8km 河道，两岸 229.6km 堤防按 4 级堤防、20 年一遇洪水标准进行相应的整治加固，穿堤建筑物等级与 所在堤防级别相同。 加固达标工程于 2008 年底顺利完工， 历时 7 年， 标志着由飞来峡水利枢纽、 北江大堤、潖江滞洪区以及芦苞涌、西南涌分洪河道组成的北江中下游防洪工程 体系已经形成。通过库、区、堤、分洪河道联合运用，可防御北江 300 年一遇洪 水。同时，西南涌、芦苞涌还能在平、枯水期引入北江水，改善了沿涌地区的生 态环境和珠江广州段的水环境，实现
11、了由单一分洪功能向改善水环境、减轻防洪 压力双重功能的新转变，对水资源的可持续利用，对确保珠三角防洪安全、建设 和谐广东具有深远意义。 至 2010 年，北江大堤已按级堤防、100 年一遇防洪标准完成加固达标工 程建设，与飞来峡水利枢纽、潖江滞洪区、芦苞涌和西南涌分洪河道组成的北江 中下游防洪工程体系已基本形成。通过堤库及潖江滞洪区联合防洪调度运用，使 北江大堤防洪标准由 100 年一遇提高到 300 年一遇，清远市区防洪标准由 50 年 一遇提高到 100 年一遇，大大提高了中下游的防洪减灾能力。北江大堤平面示意 图见图 1.1.1-1。 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新改造专题设计
12、报告 3 图 1.1.1-1 北江大堤平面示意图 1.1.2 主要建筑物概述主要建筑物概述 1.1.2.1 芦苞水闸 芦苞水闸位于北江大堤下游左岸佛山市三水区芦苞涌口处(北江大堤桩号 34+00034+450)，是北江大堤防洪工程的一座大型分洪闸。洪水期，芦苞水闸为 北江承担分洪泄水任务，设计分洪流量 1200m3/s，以减轻北江下游的防洪压力； 平、枯水期，芦苞水闸可向芦苞涌内引水，为农田灌溉和改善环境提供条件。芦 苞水闸是北江大堤下游防洪体系中的一个重要组成部分。重建后的芦苞水闸，能 满足原刘寨水闸设计引水流量 15m3/s；当闸前北江水位 1.54m 时，最小灌溉引用 流量 7.0 m3
13、/s 的要求。 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新改造专题设计报告 4 重建后的芦苞水闸由进水渠铺盖及两岸翼墙、闸室、下游消能防冲段、出水 渠两岸翼墙等组成。进水渠总宽 81.573m，长 25.5m，为矩形断面，渠底高程为 -0.80m，进水渠底板采用厚 300mm 钢筋混凝土。重建后的芦苞水闸共 4 孔，一 孔一缝，缝宽 20mm。闸孔净宽 净高均为 15.0m 3.5m。水闸为平底闸，闸室底 槛高程为-0.5m，水平段长 16.8m。进水渠两侧翼墙均为钢筋混凝土扶壁式挡墙， 墙顶高程 11.80m。 两侧翼墙以闸纵轴线为对称轴对称布置， 翼墙后回填堤身土， 回填土平直段 5m，然后
14、以 1:3 的边坡与大堤相接，堤顶高程 14.70m，迎水面设 混凝土防浪墙，墙顶高程 15.30m。 1.1.2.2 西南水闸 西南水闸位于北江下游左岸三水区西南涌入口处 (北江大堤桩号 53+55054+050)，洪水期承担分洪任务，减轻北江大堤和西北江三角洲的防洪压 力，平水期引入水涌，为农田灌溉和改善水环境创造有利条件。 原西南水闸始建于 1957 年 4 月，为 2 级建筑物。闸身段长 17m，闸孔净宽 10m， 共 9 孔， 每孔高 4m， 底坎高程为 1.8m， 闸总宽 106m， 闸门为弧型钢闸门， 启闭机置于工作桥上；闸后护坦建砌石防冲槽。根据水利部水利水电规划设计总 院对广
15、东省北江大堤加固达标工程可行性研究报告的审查意见，同意重建西 南水闸。重建后的西南水闸可以安全抵御北江 100 年一遇洪水，运行不受闸前、 闸后水位差限制。当闸前水位为 11.13m 和 8.94m 时，均可以满足分洪 1100m3/s 的要求。新闸于 2004 年 2 月开工建设，2005 年 4 月建成。工程设计标准为 100 年一遇，级水工建筑物，设计最大分洪流量 1100m3/s，3 孔平板钢闸门，每孔 宽高 20 米 3.5 米，为目前国内同类型宽高比最大的闸门，闸门挡水面采用不锈 钢复合钢板新材料，闸底槛高程为珠基-0.5 米，配套目前省内最大的水利闸门液 压启闭机。闸基采用长螺旋
16、钻灌注桩(CFG 桩)，30 厘米厚混凝土防渗墙。进、出 水渠两侧翼墙为钢筋混凝土扶壁式挡墙，下农历赤尾钢筋混凝土结构，海漫上段 位混凝土护底，下段为金属网箱沉排结构，后接抛石防冲槽。水闸运行控制采用 计算机监控系统。 西南水闸重建既发挥了其原有的分洪功能，又实现了西南涌清水长流，恢复 岭南水乡风貌，改善沿涌地区的生态和广州珠江两岸的水环境。西南水闸特征水 位：百年一遇水位 11.13m，二十年一遇水位 9.96m，警戒水位 7.00m。 广东省北江大堤水工安全监测系统评估及更新改造专题设计报告 5 1.1.2.3 堤段 北江大堤是 20 世纪 50 年代由原有的 13 条旧堤围连接而成的，全长 64.346km(包括遥堤 2.06km)，其中有强透水地基的堤段长 31.57km，约占全堤一 半，冲积层深度达 40 多米，北江大堤从上游开始可依次分为石角堤段、大塘芦 苞堤段、黄塘堤段、河口西南堤段、南海堤段，其堤段位置示意图 1.1.2.3-1。各 堤段桩号及长度如下：石角堤段桩号 0+0001
