小型水库雨水情测报及大坝安全监测建设介绍

一、背景介绍

二、站点布设

布局示意图：

红色：坝轴线
兰色：监测横断面，一般不少于3个，300m内间距20_{50m，300m外间距50}10m。黄色:监测纵断面，一般不少于4个。上游坝坡正常蓄水位以上应布设1个。

断面示意图：

水雨情监测：实时水位、雨量数据，为蓄水调水、防汛抗旱提供及时准确的数据支撑。
降雨量：实时降雨量、累计降雨量。降雨量会直接影响水位高低。
水位：汛限水位、正常蓄水位、设计洪水位等。
图像、视频监控：对水色、漂浮物、异常情况等实时监控，让管理更及时高效。
语音对讲、喊话：告警作用等

站点施工：
一、结合水库资料、设计方案、图纸勘查现场：标记记录安装位置（经纬度等）、所需水尺根数、立杆高度、横臂长度、所需线缆长度、水准点高程校核、确认并记录现场供电、现场网络信号、现场交通情况等。
二、勘察资料确认，施工计划制定、设备辅材采购、立杆定制、人员组织等。
三、基础开挖浇筑、线缆沟开挖等。
四、设备、立杆组装固定，线缆敷设回填等。
五、设备调试、平台联调。

GNSS监测：利用北斗高精度定位技术，通过观测大坝整体的微小变形量，构成统计分析模型，预测变形体长期的变化趋势。观测精度可达毫米级。
人工观测：用精密水准仪等设备定期对坝体形变状态进行观测，对观测资料汇总整编

站点施工：
一、结合水库资料、设计方案、图纸勘查现场：标记记录安装位置（经纬度等）、所需线缆长度、监测点、基点高程校核、确认并记录现场供电、现场网络信号、现场交通情况等。
二、勘察资料确认，施工计划制定、设备辅材采购、立杆（观测墩）定制、人员组织等。
三、基础开挖浇筑、线缆沟开挖等。
四、设备、立杆组装固定，线缆敷设回填等。
五、设备调试、平台联调。

GNSS站点：

人工观测：

渗压监测：渗流不仅使水库损失储水量，还极易引起管涌、流土等渗透变形。
坝体内渗流的水面线叫做浸润线。实时了解浸润线高程，结合安全浸润线高程，提高对坝体安全监测的时效性，及时性，科学性。
浸润线示意：

土石坝稳定的一个关键因素是浸润线的位置（土石坝内土壤的完全饱和带）。在安全的水坝中，这个饱和带被很好的限制在地表以下。

站点施工：
一、结合水库资料、设计方案、图纸勘查现场：标记记录安装位置（经纬度等）、测压孔钻深、所需测压管及线缆长度、确认并记录现场供电、现场网络信号、现场交通情况等。
二、勘察资料确认，施工计划制定、设备辅材采购、立杆、测压管定制、人员组织等。
三、测压管钻孔、基础开挖浇筑、线缆沟开挖等。
四、测压管安装、渗压计设备、立杆组装固定，安装考证表记录、线缆敷设回填、孔口保护装置制作等。
五、设备调试、平台联调。

渗流监测：将渗水汇集到集水沟内进行直观监测，掌握水工建筑物及其地基的渗流情况，分析判断是否正常和可能发生不利影响的程度及原因，为工程养护修理和安全运用提供依据。

站点施工：
一、结合水库资料、设计方案、图纸勘查现场：标记记录安装位置（经纬度等）、集渗沟及线缆长度、确认并记录现场供电、现场网络信号、现场交通情况等。
二、勘察资料确认，施工计划制定、设备辅材采购、立杆定制、人员组织等。
三、集渗沟修建、基础开挖浇筑、线缆沟开挖等。
四、量水堰计设备、立杆组装固定、线缆敷设回填、保护装置制作等。
五、设备调试、平台联调。

三、施工介绍

水位尺：
按照《水位观测标准》（GB/T50138-2010）中的有关要求设置直立式水位尺。并定期进行人工观测，以便与自动观测进行校核。

1、水尺为搪瓷或不锈钢材料，1m高，宽约10cm的尺板组成，分辨力1cm。（其他尺寸可定制）。
使用时将水尺板固定在水尺桩上。沿水位测量断面设置一组水尺桩，装上水尺板，构成直立式水尺。
2、水尺桩由混凝土材料制成，牢固固定在岸坡或上游坝面。相邻水尺桩之间的水位刻度要有一定的重合（如20cm），以保证读到任一水位。
3、安装完成后，用精密水准测量方法确定每根水尺的零点高程。在读取水尺板的水位刻度读数后，加上该水尺的零点高程即为水位高程。
4、当测量断面建筑物有合适的直立面时，可沿建筑物直立面直接安装水尺板。

雷达水位计：
1、雷达水位计的现场安装非常简单。将水位计安装在预制的立杆支架或坝体上即可。如图所示

（1）、安装时避免水面漂浮物多的地方。
（2）、水位计下方一定范围内不应有其他物体，以免造成反射，产生测量错误。
（3）、安装仪表时注意最高液位不得进入测量盲区。
（4）、将仪表接地，增加防雷措施。
（5）、信号电缆缚设保护管进行保护。

气泡水位计：
当迎水坡较缓，在坝体上采用雷达式水位计无法观测到死水位时，可采用气泡式压力水位计。安装示意如图所示。

气泡式水位计是通过一根气管向水下的固定测点吹气，使吹气管内的气体压力和测点的静水压力平衡，通过测量吹气管内压力实现水位的测量，其传感器置于水面以上。
①气管的铺设是气泡式压力水位计安装中最重要的环节。铺设气管应遵循以下原则：
a)气管应平稳下行并尽量沿直线铺设。
b）气管长度不宜超过150m；气管有拐弯的部分弯曲度不能过于尖锐，应让气管有一个光滑的通道。
c）气管的末端应设法固定在保护管内部，防止气管在水中飘动影响测量的准确性。
d）用高密度混凝土块且有份量的、稳定的插入河岸的关键部位以固定气管，防止洪水威胁或塌陷，或将气管固定在已有的稳定建筑物上。
②气室的固定安装
在保护管安装前先把气容固定好（用螺丝或者焊死固定在坚韧的金属上）然后直接进行安装，安装时固定水上部分的金属管即可。

雨量计：
降雨量观测点选择在周围空旷、平坦、不受突变地形、树木和建筑物以及烟尘的影响，雨量监测设施周边20m 范围内不得有高杆作物、树木等。雨量筒周边应避开障碍物，无法避开时，障碍物到雨量筒的距离与障碍物的高度比不得小于两倍，以确保该场地上观测的降雨量可以代表水平地面上的降水水深。

①安装前检查仪器完整性及灵敏度。
②安装固定雨量筒、调平及安装稳固。
③调整翻斗支架水平：检查和调整翻斗使其水平。
④安装输出信号线：与遥测终端连接，锁紧外筒，锁紧螺钉。
⑤安装完成后，再次检查安装是否正确，仪器运转是否正常，
并检查量测精度是否符合要求。
摄像头：
1、视频监视点宜设置在大坝、溢洪道、放水涵等位置，重点监视大坝全貌，兼顾水尺、溢洪道进（出）口、放水涵出口、坝后渗漏等。
2、设置在坝顶的视频监视点可以考虑与雨水情站点联合布设，统一建站、集中供电；其他视频监视点可独立设置。
3、摄像头安装在视野开阔、光线充足的位置，离地面高度不小于2米，应具有防水、防尘、防盗等措施。

Gnss：
（1）在选取的点位上先开挖一个606080cm的基坑（具体尺寸依据现场及设计方案）；
（2）制作观测墩的浇筑模板，制作606020cm的正方形模板（具体尺寸依据现场及设计方案）；
（3）水泥标号不低于325，按照C25的混凝土强度标准进行混凝土拌和；
（4）放入地笼、制作好的模板，浇筑混凝土，进行振捣直至混凝土与模板齐平；
（5）静止12小时后拆模。
（6）设备安装，固定立杆、将设备固定在强制对中器上，连接线缆。
（7）设备调试，对每个监测点进行IP规划，对主机设置好IP号和端口号，调试并做记录保存。

观测墩要求
1）开挖至相对固定的部位，浇筑钢筋混凝土底座和柱身。
2）基点布设在两岸山坡上，布设位置要求坚实、可靠，避免自然及人为影响。基点采用整体钢筋混凝土结构，立柱高度大于 1.2m。对于埋设在岩基上的工作基点，底座可直接浇筑在岩石上；对于埋设在土基上的工作基点或增设的非固定工作基点，底座必须埋入地面或坝面 0.6m 以下至原状土层。
3）底座部分为 1m×1m×0.4m；柱身为台柱体，与底座相连，柱体顶部尺寸为 0.3m×0.3m ，底部尺寸为 0.6m×0.6m ，工作基点高度为 1.5m ，观测墩和校核基点高度为 0.9m（具体尺寸依据设计方案）。
4）顶部埋设强制对中底盘，底盘的中误差小于 0.2mm。
5）在测墩基座上浇筑一混凝土结构，并且该结构与测墩基座紧密接触，同时埋设水准标点。
6）若采用视准线法，则各测点的强制对中底盘心位于视准线上，其偏差不得大于 10mm ，倾斜度不得大于 4″。

水准点：
基本水准点应从国家三等及以上水准点用不低于三等水准引测。
水准点一般由混凝土制成，深埋到冻土线下，标石的顶部埋有耐腐蚀的半球状金属标志。

测压管：
施工顺序：
(1)造孔
(2)测压管制造
(3)测压管安装
(4)封孔
(5)灵敏度检验
(6)管口保护
(7)表格记录

(1)造孔
采用150型地质铅机钻进，开孔直径100～110mm，干钻，严禁用泥浆固壁或清水循环钻进。为防止塌孔，可采用套管固壁。对岩芯进行编录描述。终孔后，测量孔斜，以便精确确定测点位置。
(2)测压管制造
测压管由透水段和导管段组成。透水段可用导管管材加工制成，面积开孔率约10%～20%，孔眼形状不限，但须排列均匀且内壁无毛刺，透水段长度约2m左右，外部包扎足以保证防止土颗粒进入的无纺土工织物，管底封闭。导管长度视管材和埋设方便而定，两端接头处宜用外丝扣，用外箍接头相连。
(3)测压管安装
埋设前，应对钻孔深度、孔底高程、孔内水位、有无塌孔以及测压管加工质量、各管段长度、接头、管帽情况等进行全面检查并做好记录。
下管前应先在孔底填约10m厚的反滤料。下管过程中，必须连接严密，吊系牢固，保持管身顺直。就位后，应立即测量管底高程和管水位，并在管外回填反滤料，逐层夯实，直至本测点的设计进水段高度。从孔底至反滤料顶面的孔段长度，才是真正的测压管进水段(可大于测压管管体透水段) ，也是该测压管的实际监测范围，故须在埋设中严格遵守设计意图，精确测量并记录存档。
对反滤料的要求，既要能防止细颗粒进入测压管，又要有足够的透水性，一般其渗透系数宜大于周围土体的10～100倍，对粘性土或砂壤土可用纯净细砂；对砂砾石层可用细砂到粗砂的混合料。回填前需洗净、风干，缓慢入孔。
(4)封孔
封孔材料，采用膨润土球（或高崩解性粘土球）。要求在钻孔中潮解后的渗透系数小于周围土体的渗透系数。土球由直径 5～10mm 的不同粒径组成，应风干，不宜日晒、烘烤。封孔时需逐粒投入孔内，必要时可掺入 10％～20％的同质土料，并逐层捣实。切忌大批量倾倒，以防架空。管口下 1～2m 范围内应用夯实法回填粘土。封至设计高程后，向管内注水，至水面超过泥球段须面，使泥球崩解膨胀。
(5)灵敏度检验
测压管安装、封孔完毕后应进行灵敏度检验。检验方法采用注水试验，一般应在库水位稳定期进行。试验前先测定管中水位，然后向管内注清水。若进水段周围为壤土料，注水量相当于每米测压管容积的3～5倍；若为砂粒料，则为5～10倍。注入后不断观测水位，直至恢复到或接近注水前的水位。对于粘壤土，注水水位在五昼夜内降至原水位为灵敏度合格；对于砂壤土，一昼夜降至原水位为灵敏度合格；对于砂砾士， 1～2h降至原水位或注水后水位升高不到3～5m为合格。
(6)管口保护
灵敏度检验合格后，尽快安设管口保护装置。管口保护装置，采用现浇混凝土底座或砖石砌筑，预埋膨胀螺丝，再安装钢制保护盖，该结构简单、牢固，能防止雨水流入和人畜破坏，且具有锁闭功能，开启方便。
(7)施工记录
施工过程中，应填写好钻孔记录表、测压管埋设记录表及测压管考证表等相关表格。

渗压计：
(1)直接在测压管内安装渗压计。
(2)渗压计在埋设前，必须进行室内检验及现场检定。
(3)安装前，需将渗压计在水中浸泡 2 小时以上，使其达到饱和状态，并保持饱和状态。
(4)安装时，先取下仪器端部的透水石，在钢膜片上涂一层黄油或凡士林油以防生锈。
(5)电缆接长时，必须将同色芯线接在一起，并用锡焊牢，认真进行防水处理，并确保密封性能。
(6)渗压计安装过程中，应认真填写好渗压计安装记录表及其考证表。

集/排渗沟：
对于坝体下游坝脚有渗流明流出水的水库，在坝脚下游有渗水汇集的地方设置集水沟。采用矩形断面，其长度应大于堰上水头的7倍，且总长不得小于2m（堰板上、下游的堰槽长度分别不得小于1.5m或0.5m）。堰槽两侧应平行和铅直。

量水堰：
在集水沟的出口处布置量水堰，监测其出逸(明流）流量。渗流出口处安装堰板和量水堰计，实现渗漏量的自动化观测。

量水堰安装：
（1）堰口水流形态必须为自由式。
（2）量水堰应设在排水沟的直线段上，堰槽段应采用矩形断面。
（3）堰板为平面，局部不平处不大于±2mm，堰口局部不平处不大于±1mm；堰板顶部水平，两侧高差不大于堰宽的1／500，直角三角堰的直角误差不得大于30″；堰板与侧墙应保持铅直，倾斜度小于1／200，侧墙局部不平整小于±5mm，堰板与侧墙互相垂直，误差小于30″．两侧墙问局部距离误差小于±10mm；堰板采用不锈钢板，过水堰口下游边缘制成45°角。
（4）堰板应与堰槽两侧墙和来水流向垂直。堰板应平正和水平，高度应大于5倍的堰上水头。
（5）测读堰上水头的水尺或测针，应设在堰口上游3～5倍堰上水头处。尺身应铅直，其零点高程与堰口高程之差不得大于1mm。
（6）在水尺或测针安装处用带隔栅的防污管做个静止观测井，安装量水堰计。
（7）量水堰安装完毕，应详细填写考证表，存档备查。

立杆基础:
1、基础测量 → 基础土方开挖 → 立模 → 混凝土浇筑 → 预埋件预埋 → 养护 → 拆模 → 土方回填。
2、雨水情视频站立杆基础和雨量站立杆采用混凝土独立基础，基础大小为800mm×800mm×1000mm，出地面 100mm。基础混凝土强度为 C25。（具体尺寸依据现场和设计方案）
3、独立视频监控站等立杆基础采用混凝土基础，基础尺寸为800mm×800mm×800mm，基础出地面 100mm，基础混凝土强度为 C25。（具体尺寸依据现场和设计方案）

土方开挖:
（1）土方开挖主要技术要求：
1）建基面表层不合格土、杂物等必须清除，范围内的坑、槽、沟等，按填筑要求进行回填处理；
2）清基开挖、多余的弃土、杂物、废渣等，应运至指定地点堆放；
3）实际开挖轮廓必须符合施工图纸或工程师现场指定的开口线、水平尺寸和高程的要求，开挖最终清基轮廓均不得欠挖。
（2）开挖方法
本工程单个基础土方开挖工程量较小，主要采用人工开挖，开挖后的土方经土方填筑取土平衡后，应及时运至指定地方堆放，防止冲刷弃渣，造成水土流失。
所有基础开挖均应在非雨天进行施工。在雨季进行施工时，应保证基础工程质量和安全施工的技术措施，有效防止雨水冲刷大坝和侵蚀地基土壤。
施工前首先清理施工现场，测量人员按照设计图纸放样，放样开挖边线，标示开挖高度。
（3）土方回填
1）基础开挖完成后，应及时进行土石方回填，及时恢复原貌。土方回填应遵守基础工程施工验收规范标准，以及设计图纸中的要求进行施工。
2）填土前，清除基底内的杂物，回填土料应符合“规范”要求，采用蛙式打夯机夯实，不具备条件的地方采用人工夯实，各层填土应控制适宜的含水量，以提高压实效果。
3）雨天施工应采取措施，注意场地积水及时排除，雨后土料的含水量增大，应及早晒干，控制含水量用于回填。
混凝土（参考）:
1、采用自拌砼施工，砼均不考虑掺用外加剂，个别部位以及冬季砼施工则在工程施工过程中根据监理工程师的指示另作调整。
2、水泥选用 32.5 级以上普通硅酸盐水泥。
3、细骨料宜选用质地坚硬、清洁、级配良好的天然砂。粒形一般应为方圆形，不应含有活性材料。天然砂料宜按粒径分成两级。
4、含水量：进入拌和机的细骨料含水量应均衡，并小于 6% ，应考虑有足够的堆存脱水时间。
细度模数：细骨料细度模数控制在 2.4～2.8 范围内，细度模数平均值的变化范围不超过 0. 15。
5、粗骨料选用坚硬、清洁、级配良好的碎石，天然级配，最大粒径不超过 40 mm 。砼拌和及养护用水均采用水库水供应，其水质性能满足砼料拌和用水的要求。
6、所有模浇砼采用水平连续浇筑，砼平仓采取人工与振捣器相结合的方式，靠近模板、钢筋密集、止水带、预埋件的地方采用人工打铲平仓，其它部位采取振捣器直接平仓。
7、冬季施工按照规范规定：温和地区日平均气温在 3℃以下时，即进入低温季节施工期，低温季节砼施工要求防冻防裂。
8、尽量避免在大雨和暴雨浇筑砼，确实需在雨天浇筑砼时，则适当调整配合比，以保证砼强度不受影响。

防雷接地:
在各监测站点需做直接雷防护措施，参照 GB50343-2012 《建筑物电子信息系统防雷设计规范》及 GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌保护技术要求》有关规定，接地电阻≤10Ω。

一般防直接雷击是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地模块装置构成完整的电气通路，将雷电流泄入大地。
1、安装不锈钢避雷针，选用Ф12 不锈钢制作。地网选用3根 40mm×40mm×5mm 热镀锌角钢为垂直地极。用L=1.5 米，以 40×4mm 热镀锌扁钢互连，地极埋地深度≥0.8 米。（具体尺寸依据现场及设计图纸）
2、接地体的布设：先进行避雷接地体沟槽的开挖，然后进行垂直造孔将热镀锌角钢埋入，垂直接地体长度、埋设间距按施工图要求进行加工，再把所有的垂直接地体用设计要求的热镀锌扁钢牢固焊接后利用引下线与避雷针连成一体，然后用土填埋。引下线通过连接体从基础侧面与水平接地体相连。
3、现场施工时，使用精密地阻仪进行电阻测量，要求接地电阻≤10Ω。
示例施工：
方案一、采用3根1.5m镀锌角钢（50505m）按三角形布置打进底下，角钢埋深至少0.8m，间距至少1.5m
方案二、采用3根1.5m镀锌角钢（50505m）按直线布置打进底下，角钢埋深至少0.8m，间距至少1.5m
避雷针采用12mm镀锌圆钢，其顶端高出立杆最高点至少600mm，避雷圆钢采用抱箍与立杆固定。
两种方案的3根角钢顶端都采用镀锌扁钢（505mm）焊接，并选择其中一角焊接镀锌扁钢(505mm)伸出地面与避雷圆钢底端焊接。