曹林順

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

近年來(lái)，中央提出了對(duì)全國(guó)的大中型和重點(diǎn)小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固的目標(biāo)任務(wù)，甘肅省貫徹落實(shí)中央的決策部署，按照病險(xiǎn)水庫(kù)加固工作要求，將省內(nèi)被國(guó)家列入規(guī)劃的病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定，然后開展除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收工作。筆者作為一名水利工程師，有幸負(fù)責(zé)了河西地區(qū)鸚鴿嘴水庫(kù)和大靖峽水庫(kù)除險(xiǎn)加固的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，主要對(duì)水庫(kù)工程的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施進(jìn)行了改造和補(bǔ)充完善，通過改造設(shè)計(jì)，對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中安全監(jiān)測(cè)有了一定的認(rèn)識(shí)，積累了一些的經(jīng)驗(yàn)，下面結(jié)合這兩個(gè)工程談?wù)勎覍?duì)加固工程中安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。

2 除險(xiǎn)加固工程監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

（1）鸚鴿嘴水庫(kù)

鸚鴿嘴水庫(kù)位于梨園河中游祁連山境內(nèi)的“駱駝脖子”，距張掖市臨澤縣城41km，交通方便。水庫(kù)由大壩、溢洪道、泄洪洞及輸水洞組成。鸚鴿嘴水庫(kù)于1971年開工興建，1975年竣工蓄水。1982年10月對(duì)該水庫(kù)實(shí)施擴(kuò)建，1989年10月竣工，擴(kuò)建后的鸚鴿嘴水庫(kù)最大壩高46.2 m，總庫(kù)容為2500萬(wàn)m3，為中型三等工程，防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇設(shè)計(jì)，1000年一遇校核，地震設(shè)防烈度為7度。

（2）大靖峽水庫(kù)

大靖峽水庫(kù)位于甘肅省武威市古浪縣境內(nèi)的大靖河峽口上游5km處，距大靖鎮(zhèn)15km，距古浪縣城75km，是一座以防洪、灌溉為主的年調(diào)節(jié)中型水庫(kù)。該水庫(kù)始建于1959年1月，1960年6月竣工。水庫(kù)主要建筑物由大壩、輸水洞和溢洪道組成，水庫(kù)興利庫(kù)容507萬(wàn)m3，調(diào)洪庫(kù)容720萬(wàn)m3，總庫(kù)容1226萬(wàn)m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。

2.2 工程存在的問題

鸚鴿嘴水庫(kù)于2007年10月，由臨澤縣水務(wù)局組織，甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院承擔(dān)，張掖市水務(wù)局審定，對(duì)鸚鴿嘴水庫(kù)進(jìn)行了大壩安全鑒定。2007年12月，水利部大壩安全中心通過核查，大壩安全類別綜合評(píng)定為三類壩，應(yīng)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

大靖峽水庫(kù)于2009年12月，由古浪縣水務(wù)局組織，甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)。武威市水務(wù)局邀請(qǐng)有關(guān)專家在武威市對(duì)大靖峽水庫(kù)進(jìn)行了安全鑒定。2010年5月，經(jīng)水利部大壩安全中心核查，大壩安全類別綜合評(píng)定為三類壩，應(yīng)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

兩座水庫(kù)在工程安全監(jiān)測(cè)方面存在的問題如下：

(1)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善；

(2)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施老化、損毀嚴(yán)重；

(3)監(jiān)測(cè)手段落后，不能滿足現(xiàn)代工程運(yùn)行管理的要求。

2.3 安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的原則

(1)大壩安全監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目的布設(shè)遵循國(guó)家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有先進(jìn)性，要在技術(shù)性能上達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的水平，運(yùn)行應(yīng)穩(wěn)定、可靠、簡(jiǎn)便、實(shí)用。

(3)應(yīng)采用故障率低、可靠性好，并經(jīng)過長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及儀器設(shè)備。大壩安全監(jiān)測(cè)和管理達(dá)到自動(dòng)化。

(4)在大壩原有安全監(jiān)測(cè)設(shè)施基礎(chǔ)上更新改造，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用，滿足水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)的要求。

2.3.2 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容

由于這兩座水庫(kù)工程大壩均為土石壩，除了鸚鴿嘴水庫(kù)庫(kù)區(qū)有右岸滑坡體外，水庫(kù)工程的建筑物布置很相似，因此監(jiān)測(cè)內(nèi)容很接近。監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)及其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

(1)變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)主要包括壩體表面變形監(jiān)測(cè)、滑坡體的表面變形和深層變形監(jiān)測(cè)。

對(duì)兩座水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)勘察后發(fā)現(xiàn)，壩體表面位移監(jiān)測(cè)設(shè)施已被破壞和滑坡體表面無(wú)監(jiān)測(cè)設(shè)施，因此，在兩座水庫(kù)上下游壩坡分別重新布設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)和8個(gè)，在壩體以外分別布設(shè)工作基點(diǎn)4個(gè)和3個(gè)，以監(jiān)測(cè)壩體的表面變形；滑坡體表面布置6個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，納入壩體監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)內(nèi)。水平位移監(jiān)測(cè)采用三角網(wǎng)法，儀器采用經(jīng)緯儀或全站儀；垂直位移監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)法，水準(zhǔn)等級(jí)為Ⅲ等。

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5353-2006）滑坡體深層監(jiān)測(cè)的規(guī)定及鸚鴿嘴水庫(kù)滑坡的滑動(dòng)狀態(tài)，在滑坡體的前沿約2000 m高程附近布置6個(gè)測(cè)斜孔，儀器采用活動(dòng)式測(cè)斜儀。

圖1 鸚鴿嘴水庫(kù)滲流及變形監(jiān)測(cè)典型剖面

(2)滲流監(jiān)測(cè)

滲流監(jiān)測(cè)對(duì)于壩體而言是必設(shè)項(xiàng)目，現(xiàn)有滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施老化破損嚴(yán)重，本次針對(duì)壩體運(yùn)行的現(xiàn)狀，在壩體重新布設(shè)滲流的監(jiān)測(cè)斷面。

對(duì)于鸚鴿嘴水庫(kù)，在壩橫0+023.40、0+073.40、0+123.40這3個(gè)斷面各布設(shè)3根測(cè)壓管，管內(nèi)安設(shè)1支滲壓計(jì)，共9支。

對(duì)于大靖峽水庫(kù)，在壩橫0+041.40、0+066.40、0+092.40這3個(gè)斷面各布設(shè)3根測(cè)壓管，管內(nèi)安設(shè)1支滲壓計(jì)，共9支。鸚鴿嘴水庫(kù)滲流及變形監(jiān)測(cè)典型剖面（圖1）。

(3)其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

其他的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括對(duì)水位監(jiān)測(cè)、滲流量監(jiān)測(cè)、流量監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)。

對(duì)于鸚鴿嘴水庫(kù)，分別在水庫(kù)上游壩坡和溢洪道進(jìn)口閘墩布設(shè)2支滲壓計(jì)以監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位；利用在壩下游已設(shè)置的滲水井監(jiān)測(cè)滲流量，井內(nèi)增加1套自記水位計(jì)；為了改善壩址區(qū)的水文氣象站的監(jiān)測(cè)條件，在原氣象站中增設(shè)1套翻斗式雨量計(jì)和1支電子溫度計(jì)。

對(duì)于大靖峽水庫(kù)，分別在水庫(kù)的溢洪道進(jìn)口和輸水隧洞進(jìn)口閘墩布設(shè)2支滲壓計(jì)以監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位；在輸水隧洞進(jìn)水閘后洞壁側(cè)面布設(shè)1套電磁流量計(jì)以監(jiān)測(cè)輸水流量。

(4)水庫(kù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

水庫(kù)建設(shè)年代較早，監(jiān)測(cè)手段落后，本次工程加固設(shè)計(jì)列入了監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的內(nèi)容，主要是在增設(shè)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目全部納入，儀器的電纜線引至壩頂適當(dāng)位置設(shè)置集線箱集中采集數(shù)據(jù)，然后將信息通過通訊光纜輸出，傳至管理站計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。

本次設(shè)計(jì)中鸚鴿嘴水庫(kù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備滿足自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的要求，由于資金的原因自動(dòng)化設(shè)計(jì)被取消，監(jiān)測(cè)儀器在集線箱集中，人工利用讀數(shù)儀采集數(shù)據(jù)；大靖峽水庫(kù)監(jiān)測(cè)儀器接入了自動(dòng)化系統(tǒng)。

水庫(kù)監(jiān)測(cè)儀器數(shù)量統(tǒng)計(jì)表如表1示。

3 對(duì)除險(xiǎn)加固工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)

無(wú)論改建加固的水庫(kù)工程是土壩或砼壩，只是監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容有所不同，監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的思路、理念和目的性是相同的，結(jié)合以上兩個(gè)工程監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，談?wù)劰P者個(gè)人的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

表1 水庫(kù)除險(xiǎn)加固安全監(jiān)測(cè)儀器統(tǒng)計(jì)表

（1）結(jié)合加固工程的運(yùn)行實(shí)際和工程存在的問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。需加固處理的工程一般建設(shè)年代較早，由于設(shè)計(jì)技術(shù)落后、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低等各方面的原因，監(jiān)測(cè)設(shè)施或無(wú)、或者不完善、或損毀。加固監(jiān)測(cè)需結(jié)合工程的具體功能、加固工程的設(shè)計(jì)方案、安全鑒定意見進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要參照現(xiàn)行的有關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)相應(yīng)等級(jí)的工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的布設(shè)。由于加固工程的設(shè)計(jì)是在已建的工程上進(jìn)行的，對(duì)于現(xiàn)狀工程能夠利用的監(jiān)測(cè)設(shè)施要充分利用，能維修改造的進(jìn)行維修改造，無(wú)法維修改造的進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，只有這樣加固工程的設(shè)計(jì)才能做到有的放矢。

（2）加固工程設(shè)計(jì)需突出重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。變形和滲流監(jiān)測(cè)是壩體的基本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，也是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，具體設(shè)計(jì)中需核對(duì)原工程變形及滲流監(jiān)測(cè)的已有項(xiàng)目，按照現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行補(bǔ)充完善。對(duì)于加固工程壩體變形監(jiān)測(cè)，由于工程已運(yùn)行多年壩體內(nèi)部變形已穩(wěn)定，變形監(jiān)測(cè)主要是完善表面變形監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)、工作及校核基點(diǎn)，使工程區(qū)形成完善的平面和垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，以滿足工程加固后運(yùn)行的常規(guī)和特殊情況下的監(jiān)測(cè)需要。滲流及水位監(jiān)測(cè)需結(jié)合工程區(qū)壩體滲流計(jì)算進(jìn)行儀器布設(shè)，監(jiān)測(cè)儀器建議采用進(jìn)口滲壓計(jì)，以保證儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。儀器的量程需結(jié)合工程規(guī)模及計(jì)算數(shù)據(jù)選取，其他環(huán)境量等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇布設(shè)。

（3）手段先進(jìn)，符合現(xiàn)代水利工程管理的需求。選擇的儀器成熟可靠，監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)最大程度實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。加固后的工程，為了實(shí)時(shí)掌握工程的運(yùn)行工況，滿足現(xiàn)代水利水電工程運(yùn)行管理的要求，結(jié)合工程監(jiān)測(cè)布置和所選用監(jiān)測(cè)傳感器的實(shí)際情況，在加固設(shè)計(jì)的同時(shí)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)，配套建設(shè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，對(duì)工程布設(shè)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目盡最大可能的使其接入自動(dòng)系統(tǒng)中。自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有利于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的整理、提高分析和應(yīng)用能力，同時(shí)也有助于運(yùn)行管理水平的提高。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇需遵循以下兩個(gè)原則：①符合本工程的需求，即將本工程的儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集；②性價(jià)比最優(yōu)，即所選擇的自動(dòng)化設(shè)備與所接入的儀器最匹配，同時(shí)其設(shè)備功能簡(jiǎn)潔、投資最節(jié)??；③運(yùn)行維護(hù)成本最低、操作簡(jiǎn)便，即自動(dòng)化設(shè)備通用性強(qiáng)，備用備件最少。

（4）監(jiān)測(cè)工作要做到儀器監(jiān)測(cè)和人工巡視檢查的并重。儀器的監(jiān)測(cè)對(duì)工程的運(yùn)行固然重要，但也不能忽視巡視檢查這個(gè)重要環(huán)節(jié)，巡視檢查分為日常巡視檢查和年度巡視檢查。日常巡視檢查按照工程的實(shí)際情況，劃分為若干個(gè)巡視檢查責(zé)任區(qū)。每個(gè)責(zé)任區(qū)建立由專人負(fù)責(zé)的巡查小組，按照制訂的日常巡視檢查程序，對(duì)大壩安全檢測(cè)范圍進(jìn)行例行檢查。年度巡視檢查應(yīng)在每年汛前、汛后及高水位、低氣溫時(shí)，按規(guī)定的檢查項(xiàng)目，對(duì)整個(gè)樞紐工程進(jìn)行較為全面的檢查。施工期應(yīng)按建筑物的施工情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查。檢查的時(shí)間和次數(shù)按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行制定，如遇工程區(qū)地震等特殊情況需加強(qiáng)儀器監(jiān)測(cè)和巡視檢查次數(shù)。

（5）做到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)整理、分析及整編。監(jiān)測(cè)儀器和巡視監(jiān)測(cè)的布設(shè)和監(jiān)測(cè)時(shí)間安排已經(jīng)完成了監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中最重要的兩步驟，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)需要及時(shí)的進(jìn)行整理、分析和整編。只有這樣，整個(gè)的監(jiān)測(cè)才能對(duì)加固后工程運(yùn)行起到保障作用。資料的整理分析和整編是一項(xiàng)瑣碎但很重要的工作，需安排固定人員來(lái)完成。

4 結(jié)語(yǔ)

安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了水利工程設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，在加固工程中的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)只有注重與工程實(shí)際相結(jié)合、監(jiān)測(cè)重點(diǎn)突出、提高自動(dòng)化程度、儀器監(jiān)測(cè)與巡視檢查并重以及資料的及時(shí)整理分析整編這幾個(gè)方面，才能使監(jiān)測(cè)設(shè)施為加固后工程安全運(yùn)行起到保障作用。為了使監(jiān)測(cè)設(shè)施的作用得以發(fā)揮，建議工程運(yùn)行管理單位提高對(duì)于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在工程運(yùn)行中重要性的認(rèn)識(shí)，結(jié)合工程實(shí)際，培養(yǎng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行專業(yè)技術(shù)班組，以便更好地實(shí)施監(jiān)測(cè)運(yùn)行管理工作。