淠史杭灌区罗管节制闸安全监测设计

2018-01-30尹小萍

治淮 2018年6期

尹小萍

安全监测工作是保证工程正常安全运行、充分发挥工程效益、更好地为工农业生产服务的一项重要手段。它采用埋设一系列专用仪器来监测施工期和使用期工程的稳定性及安全状况，为工程设计及施工提供可靠资料，并进行工程的安全性评估，对可能危害工程安全的险情作出预判，及时采取处理措施，保证项目安全。

罗管节制闸为淠史杭特大型灌区的重要工程，为了解水闸在运行期及施工期结构的安全性和安全程度，必须对其进行安全监测。

一、工程概况

罗管节制闸是淠史杭特大型灌区设计流量最大的节制闸，位于金安区三十铺境内。该闸兴建于1960年，是调控淠东、杭淠、瓦西3条干渠水位，是向合肥市区、郊区、肥东县、肥西县、长丰县输水的咽喉。闸下控制灌溉面积409.5万亩。罗管节制闸共7孔，中孔宽4.9m，边孔宽2.6m，闸身长15m，闸室宽27.34m；平板钢闸门，卷扬式启闭机；正常蓄水位49.9m（1985国家高程基准，下同），设计水位50.05m，设计流量172.10m3/s，渠底高程闸上45.45m，闸下45.23m。该闸运行50余年，虽经4次大的维修，但浆砌石圬工结构闸墩未作加固处理，已接近使用年限。该闸作为安徽省淠史杭灌区2012年度续建配套与节水改造项目原规模拆除重建，根据《灌溉与排水工程设计规范》，确定罗管节制闸建筑物级别为2级，闸室及岸墙建筑物级别均为2级，临时建筑物级别为4级。其防洪标准为50年一遇，校核标准为200年一遇。正常蓄水位49.9m，闸上设计水位50.05m，闸下设计水位49.9m，设计流量172.1m3/s，校核流量189.0m3/s。罗管节制闸在原闸址处拆除重建，闸室采用钢筋混凝土开敞式结构，5孔，每孔净宽5.0m，总净宽25.0m，闸室垂直水流向总宽31.8m。闸室顺水流向长15.0m，底板高程45.00m。闸室底板采用大小底板筏式基础，底板厚度为1.0m，中墩厚1.2m，边墩1.0m。上游为半圆型翼墙，下游为折线型翼墙连接，墩项高程54.40m，左、右岸均布置桥头堡。

二、安全监测设计内容

罗管节制闸布置有表面变形观测、扬压力监测、土压力监测、钢筋应力监测等。现已报废较多，本次除险加固过程中，要对主体结构拆除重建，现有的监测点基本报废，需重新布设观测点及观测仪器。

针对罗管节制闸的工程特点，确定该工程安全监测系统的设计原则如下：（1）安全监测系统的监测项目、测点布置及系统的功能、性能应满足国家或行业技术标准的要求；（2）仪器选型在满足精度要求的前提下，应做到可靠、耐久、经济、实用；（3）各类监测设施的埋设应尽量结合现场实际情况，既方便施工又要保证埋设质量；（4）监测数据可实现实时自动化采集；（5）对所测资料应及时进行整理、分析和评价，以便及时发现工程所存在的不安全因素并采取处理措施；（6）系统具备良好的安全性、兼容性、可扩充性、可维护性、高可靠性。

1.变形监测

变形监测包括水闸主体结构的水平位移和沉降位移。

水平位移对水闸工程中的主体建筑物闸室和岸墙非常重要，其测量值可直接反映闸室和岸墙的整体稳定情况。因此该工程选择岸墙和闸室为水平位移观测的对象。水平位移观测采用视准线法，该方法是建立一个平行于建筑物轴线的铅垂面为基准面，设计在闸室顶部和岸墙前墙顶部上共布置14个测点，另外，在水闸两侧的堤防上各布置一套工作、校核基点。

建筑物的沉降位移反映建筑物的不均匀沉降，对稳定非常重要，本闸在闸室、岸墙及上下游翼墙顶部均设置沉降测点，和上述设立的工作及校核基点一起，形成完全闭合的水准测量路线，测量方法采用二等水准测量，该工程共设垂直位移标点30个。

2.扬压力监测

扬压力监测包括建筑物基底扬压力监测和两侧绕渗监测。该工程地基为土基，因此地基土的稳定是建筑物稳定的前提，地基的渗流安全稳定非常重要，需进行地基的扬压力监测，确保工程安全。

对于地基的扬压力监测，采用选取3个闸室底板断面，每个断面沿水流方向各设3个测点进行扬压力监测。并在同一断面的上游铺盖及下游消力池底板下各设1个测点，总共埋设15支渗压计。

对于闸室绕渗监测，在闸室左右两侧的岸墙及翼墙底板下各设2个测点，共埋设12支孔隙水压力计，以观测地基的绕渗情况。

该工程闸室下的9支孔隙水压力计采用测压管埋设方式，以便孔隙水压力计在运行过程中出现质量问题或损坏后得以及时更换，在闸墩中埋设De60镀锌钢管，管顶位于墩顶，工程施工完毕后再将水压力计投入到管底，并将电缆向上引出。

3.土压力和地基应力监测

在左右两侧的岸翼墙，按不同部位，选取4个断面，每个断面在墙后自下而上设3个土压力测点，另外在底板下也设置两个测点，以测量土压力和地基应力分布情况，为设计提供可靠的数据。

4.水位观测

对于水位观测，该工程在距闸室150m处上下游渠道底部各埋设两支水压力计，以自动观测上下游的水位，该部位距水闸较远，过水时水流波动对水位的影响较小，故可得到准确的水位值。

另外为方便水闸的运行管理，直观看见上下游的水位，本闸分别在上下游翼墙的前墙上各设两条水位标尺。

5.仪器选型

该工程的渗压计及土压力计均采用振弦式仪器，振弦式仪器具有以下几方面主要性能特点：①结构简单，长期稳定性好；②灵敏度高；③体积小。

振弦式多点位移计的工作原理概括为：当结构物产生变位开合度发生变化时，会使位移计左、右安装座产生相对位移，该位移传递给振弦，使振弦受到应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激拨振弦并测量其振动频率。频率信号经电缆传输至读数装置或数据采集系统。再经换算即可得到被测结构物伸缩缝或裂缝相对位移的变化量。

钢弦式渗压计主要用于长期测量测压管、钻孔、堤坝、管道和压力容器里的液体及孔隙水压力，性能非常优异。其主要部件均用特殊钢材制造，有足够的强度适合各种恶劣环境安装使用。特别是在完善电缆保护措施后，可直接埋设在对仪器要求较高的碾压土中。

6.安全监测自动化系统

安全监测自动化系统包括各监测仪器的自动化测量和数据的自动采集和实现数据的软件集中处理分析。针对罗管节制闸的工程特点和观测项目，采用安全可靠、故障率低、易于维护的数据采集系统是十分必要的。该工程安全监测系统采用分布式安全系统，安全监测全部埋设仪器通过水工专用电缆连接，电缆走线终端均引到设在桥头堡内的监测站，站内布置3台振弦式数据采集DAU单元，将全部振弦式传感器接入其中，并将传感器的输出信号转换成可传送的数字信号。监测站内DAU间采用RS-485连接，然后用光缆将数字信号输送到水闸的管理区，管理区内设数据采集工作站及其他自动化办公设备，可以便捷地完成日常数据采集、物理量转换、数据保存及分析工作，极大提高监测工作效率。