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1、某水库大坝的渗流安全监测系统设计【摘要】本文对某水库大坝渗流安全监测系统的布点及所选用的设备进行 了综合比较和研究，通过合理选择设备保证了大坝监测系统的稳定运行，具有可 操作性。【关键词】大坝；安全监测；设备；选型 Seepage of a reservoir dam safety monitoring system design【Abstract】 This seepage of a reservoir dam safety monitoring system and the distribution of equipment used to conduct a comprehensive
2、comparison and research, through the rational selection of equipment to ensure the stable operation of the dam monitoring system, operable.【Key words】 Dam;Safety monitoring;Equipment;Selection 1. 工程概况某水库总库容0.42亿立方米，是一座以防洪、供水为主的中型水库。水库 按百年一遇洪水设计，按可能最大洪水校核。枢纽工程包括大坝、输水洞和溢洪 道等主要建筑物。2. 大坝渗流监测系统建设必要性虽然水库大
3、坝现有安全监测设施对揭示水库存在的问题和保证大坝安全运 行发挥了重要作用，但监测项目设置仍存在不足，不能适应水库工程管理技术进 步的要求；本次除险加固后，原设渗流监测设施无法全部保留，也不满足土石 坝安全监测技术规范(SL 6 0 - 1 9 9 4 )的要求，主要表现为：2.1大坝坝基坝体渗流监测虽已建立包括输水洞渗漏监测在内的6个监测断 面，但监测仪器的布设基于当时大坝渗流状态，一是坝基高喷灌浆施工势必导致 坝顶及上游监测设施损坏，二是原监测仪器布置难以满足建立灌浆体后的渗流监 测要求。在灌浆体有效作用下，坝轴线下游布设的监测仪器尤其是坝体渗流监测 仪器可能处于非有效工作状态，应针对大坝新
4、的防渗体系布设和完善渗流监测测 点。2.2在目前条件下减压井能起到一定的排水减压作用，但灌浆体建立后，减 压井功效将发生根本的改变，应视具体情况更新监测方案。渗流量监测将以总堰为主进行监测。3. 渗流监测系统技术方案设计3.1渗流监测断面及测点设计。大坝除险加固主体工程为坝基高喷灌浆，其 主旨为根治大坝坝基渗透隐患。对于灌浆完工后的防渗效果以及大坝渗流场的变 化情况，均需要有针对性地在特定的位置安装监测设施，对其工程效果进行监测。本次渗流监测设计充分考虑坝基地质情况及此次除险加固工程的工程内容， 并结合原渗流监测系统的布置及系统运行成果，共布设14个监测断面，分别为 0+405、0 + 605
5、、0 + 805、1 + 005、1 + 205、1+405、 1 + 591、1 + 805、1 + 911、2 + 005、2 + 201、2 + 401、 2+525。下面以几个典型断面为例阐述一下监测系统的布点原则。(1) 0 + 4 0 5断面。大坝0 + 0 0 00 + 4 0 0桩号处于坝址河道岸坡 段，此坝段渗流隐患属于次要部位，建坝时未清至坝基风化岩石，基础仍为强透 水层。尽管库区天然及淤积覆盖深厚，但了解坝基灌浆效果还是必要的。因此， 此断面仅在灌浆断面前后各布置一个测点，监测其灌浆效果。(2) 1 + 205、1+405、1 + 591、1 + 805、1 + 911、
6、2 + 0 0 5断面。大坝1 + 2 0 02 + 2 0 0桩号处于坝址河床段，坝高超过 15米。此坝段是大坝变形较大的坝段，也是坝基渗透隐患严重的坝段，应予以 重点监测。因此，在 1 + 205、1+405、1 + 591、1 + 805、1 + 9 11、2 + 0 0 5桩号各布置一个监测断面。其中，1 + 4 0 5和2 + 005 断面布置及监测目的与0 + 4 0 5断面相同；1 + 2 0 5断面布置3条监测垂 线，分别位于灌浆断面前、后及下游马道，每条垂线坝基坝体各布置一个测点， 监测高压灌浆在坝基坝体防渗效果、坝基渗流压力分布和坝体浸润线。1 + 59 1断面布置4条监测
7、垂线，灌浆断面前、后各一个钻孔，每孔坝基坝体各设一个 测点，监测高压灌浆效果，每条垂线坝基坝体各布置一个测点，监测灌浆在坝基 坝体防渗效果、坝基渗流压力分布和坝体浸润线。下游马道和坝脚下游的两条垂 线均沿用原渗流监测系统测点，监测坝基渗流压力分布和坝体浸润线；1 + 80 5断面布置4条监测垂线，灌浆断面前、后布置与1 + 59 1断面布置和监测目 的相同，下游马道垂线上布置一个坝体测点，监测坝体浸润线，下游坝脚外坝基 布置一个测点，与灌浆断面前、后坝基测点形成坝基监测断面，监测本断面坝基 渗流压力分布情况；1 + 9 11断面灌浆断面前坝基设一个测点，下游马道和坝 脚下游的两条垂线均沿用原渗
8、流监测系统测点，本断面3测点均为坝基测点，旨 在监测灌浆在坝基的防渗效果。(3) 2 + 201、2 + 401、2 + 525 断面。大坝 2 + 2 0 0-2 + 6 0 0桩号为坝址主河槽段，亦即最大坝高段，是大坝渗流监测的重点坝段。为此， 在2 + 201、2 + 401、2 + 5 2 5断面各布置一个完整监测断面，监测坝 基坝体渗流压力状态。其中2 + 201、2 + 4 01断面基于原渗流断面布置， 并尽量利用原系统有效测点。上述渗流监测断面及布设渗流测点构成大坝渗流监测体系，基于其监测成 果，对大坝坝基、坝体渗流压力平面分布状态进行总体评价。3.2大坝渗流监测系统仪器选型。大
9、坝渗流安全监测和管理自动化系统，采 用分布式自动化数据采集系统，各断面测点渗流监测数据传入从站的MCU,从 站MCU数据无线传输到设在水库工程管理处总控制室控制主站。3.2.1仪器选型原则。掌握仪器的使用条件，了解其应用历史，包括仪器应 用历史、正常使用年限、使用环境、故障率、准确度、精度等；考察生产厂家的 生产能力，售后保证条件；足够的可靠性、耐久性及满足工程需要的使用精度要 求；必须根据工程性态的预测结果、物理量的变化范围、使用条件、使用年限及 性价比确定仪器类型、型号、量程及精度等级等。3.2.2渗流压力监测仪器。渗流压力监测仪器品种和类型较多，有振弦式、 差动电阻式、电阻应变片式以及电
10、感式、气动式等类型，国内外生产厂家知名的 就有2 0余家。各孔隙水压力计的性能指标和稳定性各有特点，通过性能价格比 的综合比较，某水库大坝渗流监测所用孔隙水压力计选用美国GEOKON公司 生产的振弦式4 5 0 0系列孔隙水压力计。该类传感器全部采用受温度影响最小 的不锈钢元件制造，振弦元件设在焊接成的真空密封腔内，钢弦的两端采用特殊 锻压工艺技术固定，标准透水石是用带5 0微米小孔的不锈钢制成，从而保证了 产品的高稳定性和微型化，具有坚固耐用、外形尺寸小、安装简便、测值稳定可 靠、精度和分辨率高等特点，因而在国内许多大型水利工程中得到应用，取得了 较好的监测效果。3.3测控单元（MCU ）选
11、型。3.3.1选型原则。大坝安全监测自动化系统起步于2 0世纪8 0年代，在9 0年代得到较大的发展，国内外均有成熟的产品问世并在实际应用中日臻完善。 考虑到进口产品虽在性能上具有较大的优势，但其价位高、维护不及时且对操作 管理人员要求高（英文操作软件），建议大坝测控单元选用国内产品。3.3.2本系统建议MCU选型。依据某水库大坝渗流监测系统工程的特点以 及系统建设先进性的要求，数据采集单元（MCU），选用基康仪器（北京）有 限公司生产的测量控制单元BGKMICRO40MCU。4.结语水库大坝安全监测系统的建立，实现了工程监测自动化，为指导工程安全运 行提供了可靠的依据，系统整体性能先进，可供有关科研和设计部门借鉴。
