大壩安全監測的幾點認識

[摘 要]對運行中大壩的結構性態和安全狀況做出準確評價,是十分復雜的問題,大壩安全監測資料是完善評價體系的基石。筆者通過遼寧省內個別水庫列為病險庫事例,從分析影響大壩安全的各種因素入手,對大壩安全監測的若干問題談幾點認識。

[關鍵詞]大壩 安全 監測 運行

作者簡介:姜鳳海,1963年出生,男,遼寧鐵嶺,現從事水庫供水管理,工程師。

前言 大壩特殊性主要表現在:①投資及效益的巨大和失事后造成災難的嚴重性;②結構、邊界條件及運行環境的復雜性;③設計、施工、運行維護的經驗性、不確定性和涉及內容的廣泛性

大壩安全監測是人們了解大壩運行性態和安全狀況的有效手段,也是對大壩的結構性態和安全狀況做出準確評價的基礎。隨著科學技術的發展、管理水平的提高及人們觀念的轉變,大壩安全監測的內涵也進一步加深。

一、影響大壩安全的因素

影響大壩安全的因素很多,有關資料表明:30%是由于設計洪水位偏低和泄洪設備失靈引起洪水漫頂而失事;27%是由于地質條件復雜,基礎失穩和意外結構事故;20%是由于地下滲漏引起揚壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起;11%是由于大壩老化、建筑材料變質以及施工質量等原因;12%是不同的特有原因所致。

大壩失事的原因大致可以分成3類。第一類是由設計、施工和自然因素引起,它沒有一個從量變到質變的過程,而是一旦大壩建成就已確定,如地質勘測、水文資料有誤、設計洪水位偏低、混凝土標號過低、未考慮地震荷載等;第二類是在運行、管理過程中逐步形成的,有一個從量變到質變的發展過程,如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結構的銹蝕等;第三類是上述兩種混合情況,即設計、施工中的不完善在運行中得不到改正,或者說隨著時間的推移和運行管理的不力使設計、施工中的隱患發展為破壞,如參窩水庫屬于第三類情況。目前,大壩安全監測主要是針對后兩種情況。下面將從設計、施工、運行維護3個階段來討論,著重強調目前大壩安全監測容易忽視的一些方面。

(一)設計階段。在設計階段,壩址的確定決定了地形、地質、地震發生頻率及水文條件等;樞紐的總體布置、壩型及結構、材料選擇和分區、水文資料的收集及洪水演算、地質勘探等都將影響大壩的安全。如喀什一級大壩位于高地震烈度區,在1985年大地震時,迎水面滑落庫中,其原因是壩體結構設計不合理。大壩的許多安全隱患是由設計階段留下的,特別是水文計算及地質勘探和處理兩個方面,如柴河水庫、參窩水庫,前期勘探、設計工作不夠是造成后期工程除險加固的重要原因之一。

(二)施工階段。施工階段能否貫徹設計意圖、確保施工質量,特別是有效解決施工中發現的新問題是確保大壩安全的關鍵因素之一,如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結構的施工、有關泄洪建筑物的機電安裝等都將直接影響大壩的安全。參窩水庫大壩在施工中,其壩體碾壓沒有達到工程質量要求,至使后期工程加固維修。如清河水庫大壩迎、背水坡工程施工時,所用石料來自開挖溢洪道的碴石,抗風化能力極低,后期對大壩護坡進行更新改造。

(三)運行階段。運行管理涉及水庫調度、大壩及附屬機電設施檢查、監測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價等,其中每一環節都事關大壩的安全。如清河水庫運行五十年來出現的防浪墻裂縫、測壓管70%堵塞、監測系統滯后、出口閘門設備老化等安全問題。

二、大壩安全監測的新內涵

通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多,并且時間跨度大(從設計施工到運行管理)。大壩安全監測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發揮工程效益。

(一)監測范圍和內容。大壩安全監測范圍和內容包括:“壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其它與大壩安全有直接關系的建筑物和設備”。可見關系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內容多,如泄洪設備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內大的施工特別是地下施工爆破等。 大壩安全監測的范圍應根據壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據具體情況由壩體、壩基推廣到庫區及梯級水庫大壩,大壩安全監測的時間應從設計時開始直至運行管理,大壩安全監測的內容不僅是壩體結構及地質狀況,還應包括輔助機電設備及泄洪消能建筑物等。

(二)大壩安全監測的針對性。大壩安全監測是針對具體大壩的具體時期做出的,一定要有鮮明的針對性。a)時間上的針對性。由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現問題的時期,因此在前一個階段監測的重點應是設計參數的復核和施工質量的檢驗,而后者則應是針對材料老化和設計復核進行。b]空間結構上的針對性。針對具體的壩址、壩型和結構有針對性地加強監測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結構、高強震地區均質土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩定等。

大壩監測應和大壩設計、施工和運行管理互相補充,大壩安全監測理應成為檢驗設計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創造條件。

(三)監測手段和方法。大壩安全監測包括巡視檢查和儀器監測,前者也要盡可能的利用當今的先進儀器和技術對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發現早處理,如借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態面波法等進行檢查,從而完成對其定位及嚴重程度的判定。大壩邊界條件和工作環境較為復雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監測的難度增大。另一方面,目前儀器監測還只能作到“點(小范圍)監測”,如測縫計只能發現通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發現測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監測到的是壩體(基)綜合反應,因而難以進行具體情況的原因分析。

監測手段和方法必須多樣化,將定性和定量監測結合起來,如將傳統的變形、滲流、應力應變及溫度監測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質分析等結合起來。

筆者認為一種費用低、安裝調試簡單、易維護、可以進行大范圍監測、實時性高的系統才是發展方向。

三、結語

分析可知,大壩安全監測實際上是一種管理,其根本目的是為了工程效益。綜合起來可以得出如下幾點認識: (一)大壩安全監測范圍空間上、時間上應從設計開始。大壩安全監測內容應包括與大壩安全有關的泄洪及機電設備; (二)大壩安全監測應與氣象、水情、洪水預報及水庫調度結合起來,使之成為水庫運行調度決策支持系統的一部分,真正為工程效益的最大化服務;(三)大壩安全監測應充分利用科技進步,走向即時化、智能化、網絡化。