李 昂

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 工程概况

鸡冠山渠首枢纽工程坐落于鸡东县城西8 km鸡西市郊内穆棱河上，穆棱河流域属于中温带大陆性季风气候，多年平均蒸发量为742 mm(穆棱站E601蒸发皿观测值)。全年日照时数2632 h，年盛行风向为西风和西南风，多年平均风速3.3 m/s，年最大风速28.7 m/s。根据穆棱河穆棱站冰情资料统计，穆棱河封冻期一般在11月中旬，解冻期4月上旬，最大冰厚1.42 m，多年平均最大冰厚1.08 m。

鸡冠山渠首工程是鸡林灌区的水源工程，对鸡林灌区灌溉起着至关重要的作用，拦河蓄水灌溉形式：全闸方案。全闸方案采用3孔×30 m钢坝闸，两个中墩2.0 m×6.3 m，闸顶高程186.84 m，设计引水位181.75 m，设计洪水位185.20 m(P=5%)，校核洪水位186.30 m(P=2%)。该方案基本恢复天然河道行洪能力，改善渠首的运行条件，春季凌汛排冰问题得以有效的解决，开闸是泄洪，对闸前的淤积冲刷较彻底，同时对于水生态来说，没有完全阻断鱼类的洄游通道。全闸方案的渠首工程特性如表1所示。

表1 鸡冠山渠首工程特性表

钢坝闸属于翻板闸门的一种(底轴驱动翻板闸门)，其创新之处在于：由于结构受力(设计理念按纵向悬臂结构进行设计，使计算断面与跨度大小无关，单孔跨度较大)的不同，使得孔口宽度范围可在10～100 m；水头差可在1～6 m。闸门门页绕底轴翻转，具有常规翻板闸和橡胶坝的双重优势。

黑龙江省为寒冷地区，鸡冠山渠首采用的底轴驱动翻板闸门从规模上为中型水闸，同时为我省单孔跨度较大的水闸，从工程运行安全角度和后期工程管理出发，对钢坝闸进行安全监测设计为后期同规模工程指导施工及提高设计水平是很有必要的。

2 钢坝闸安全监测设计

2.1 渗流监测

根据《水利水电工程安全监测设计规范》，水闸基底渗透压力监测断面应根据地质条件、水闸结构型式、闸基轮廓线形状等因素确定。钢坝闸渗流监测沿顺水流方向布置2个渗流断面，每个断面在地下轮廓线有代表性部位布置7个监测点[1-2]。渗流监测采用振弦式渗压计(见图1)，振弦式传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小，通过相应的测量电路，就可得到与拉力成一定关系的电信号。

图1 振弦式渗压计结构示意图

2.2 位移监测

钢坝闸的闸门底轴净宽为30 m，作用在闸室底板上，闸室的不均匀沉降或者位移等会对钢坝闸的底轴造成一定影响，甚至造成底轴变形进而闸门无法启闭。钢坝闸位移监测在闸室底板6个分缝处各布置2支传感器，分别测垂直位移和水平位移[3-5]。位移监测采用振弦式测缝计(见图2)，测缝计用于测量混凝土、岩石、土体和结构物伸缩缝的开合度，内置的温度传感器可同时监测安装位置的温度，内部万向节接头允许一定程度的剪切位移。采用不锈钢制造的振弦式测缝计具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。由专用的四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信号，频率信号不受电缆长度的影响。适合埋设在混凝土内长期监测建筑物的裂缝变化。

图2 振弦式测缝计结构示意图

每支传感器有专用水工电缆将信号传输至自动化数据采集仪，故布置电缆走向同时需布置保护管防止电缆受到破坏。

3 钢坝闸安全监测成果分析

3.1 渗流监测成果

通过对传感器的数据采集，部分传感器的监测数据如表2所示。

表2 渗压计监测数据

由于不同传感器的率定表不同，现选取其中一支进行成果计算演示：

编号1519648渗压计的当前读数R1是8454.603 kPa，当前温度T1是14.1 ℃，初始温度是22.4 ℃，系数K=-0.050 27 kPa/℃，A=-1.874 99E-07，B=-0.108 835 682，C=963.455 532。渗流压力P计算公式如式(1)所示。

(1)

式中：A为多项式率定系数；R1为传感器读数，kPa；B、C为已知率定系数；K为系数，kPa/℃；T1为传感器读数当前温度数值， ℃；T0为初始温

度， ℃；S1为当前大气压值，mbar；S0为初始大气压值，998.1 mbar。

通过计算可知，选取的编号1519648渗压计的压强值为30.31 kPa。

根据上表计算结果并分析可知，当正常蓄水工况下，铺盖和齿墙前布置的渗压计压强为31.96 kPa，铺盖和齿墙后布置的渗压计压强值16.82 kPa，这说明上游铺盖和齿墙的防渗效果较好，起到了一定的防渗作用。

3.2 位移监测成果

位移监测同样对传感器进行数据采集，经过分析处理计算，部分传感器监测数据如表3所示。

表3 测缝计监测数据

现选取其中一支测缝计进行成果计算演示：

编号1410882测缝计的当前读数R1是6319.392 mm，当前温度T1是15.2 ℃，初始温度是22.0 ℃，系数K=-0.003 63 mm/℃，A=8.384 37E-09，B=0.004 062 785，C=-10.195 924 54。位移L计算公式如式(2)所示。

(2)

式中：A为多项式率定系数；R1为传感器读数,mm；B、C为已知率定系数；K为系数，mm/℃；T1为传感器读数当前温度数值， ℃；T0为初始温度， ℃。

通过计算可知，选取的编号1410882测缝计的竖向位移值为15.84 mm。

通过在钢坝闸闸室底板分缝处上布置的测缝计进行观测，根据上表计算结果并分析可知，闸室底板分缝处最大的竖向位移为23.06 mm，单跨钢坝闸底轴长度为30 m，在正常运行工况下位移不会对底轴产生不利影响。

4 结 语

随着水闸安全监测的快速发展，其安全监测研究与应用将日趋深入广泛。本文研究仅以鸡冠山渠首钢坝闸工程为依托，钢坝闸安全监测布置设计应根据工程规模、复杂程度和不利后果、经济分析等因素，本工程布置了渗流监测和位移监测，从钢坝闸的渗流监测结果来看，在蓄水完成水位稳定后，上游铺盖和齿墙的防渗效果较好，起到了一定的防渗作用。从钢坝闸的位移监测结果来看，闸室底板在分缝处产生一定的位移，但位移对钢坝闸底轴不会产生不利影响。加强对工程安全监测与相关问题研究，对于保证工程的安全、反馈设计、延长工程运行寿命、为运行管理提供决策依据以及提高工程运行的社会经济综合效益等方面都有着十分重要的意义。