大壩安全監測分析

崔建華，李 晶，李 濤

（濟南市臥虎山水庫管理處，山東 濟南 250110）

1 大壩安全監測的目的

1.1 掌握大壩的工作狀態，指導工程的運行管理

通過大壩的安全監測及時獲取大壩安全的第一手資料，掌握大壩工作狀態，實現對大壩的在線、實時安全監控。在發生異常現象時，分析產生的原因和危險程度，預測大壩的安全趨勢。及時采取措施，把事故消滅在萌芽狀態中，保證工程安全。

1.2 驗證壩工設計理論和選用參數的合理性

到目前為止，因實際情況復雜多變，水工建筑的設計尚不能完全與實際情況相吻合，作用在建筑物上的荷載除水壓力和自重力，都難以精確計算。因此在水工設計中不得不采用一些經驗系數和簡化公式進行計算。通過大壩安全監測認識監測物量變化規律，檢驗壩工基本理論的正確性、設計方法和計算參數的合理性，驗證施工措施、材料性能、工程質量的效果。

1.3 了解施工期建筑物的狀態以保證施工質量

分析施工期觀測資料，可以了解大壩在施工期間的結構性態變化，為后續施工采取合理措施提供信息，據此指導施工，保證工程質量。此外施工期的原型監測，不僅服務于施工期，更重要的是它記錄了建筑物初期的工作狀態，這對研究大壩工作狀態發展的全過程提供了極為寶貴的資料。

1.4 檢驗設計與施工，促進壩工科技發展

目前研究水工建筑物結構性態的主要手段是理論計算和模型試驗。由于影響因素及復雜性，研究時均須作一些假定或簡化，致使設計與實際存在差異。通過大壩安全監測的監測資料反映各種因素的影響，其結果可彌補前兩種方法之不足，據此對設計理論和方法進行修正，以進一步提高壩工建設技術水平。

2 大壩安全監測的內容

大壩安全監測的范圍應根據壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資以及失事后果等確定，根據具體情況由壩體、壩基、壩肩，推廣到庫區及梯級水庫大壩；監測的時間應從設計時開始至運行管理；監測的內容包括壩體結構、地質狀況、輔助機電設備及消洪泄能建筑物等。按照時間劃分，具體有以下幾個階段：

2.1 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。1980年6月19日，烏江渡水庫泄洪水霧引起開關站出現相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電。類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發生。以上事故的發生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴重后果，均是由于整體布置不合理，對泄洪水霧飄移危害認識不夠所致。喀什一級大壩位于高地震烈度區，黏土斜墻壩的抗震性能差，而設計又將防滲膜放在斜墻下游側，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在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。

綜上所述，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。因此，在工程的設計階段，地質條件、結構穩定性和材料參數是安全監測的主要內容。

2.2 施工階段

施工過程的監測不僅對保證施工安全、改進設計、調整施工方案很重要，而且是為了取得從基礎開挖到工程竣工這一不斷變動過程中建筑物性狀變化的完整資料。另外，施工過程中的臨時建筑物，如圍堰、導流工程也需要監測。在大體積混凝土施工中，溫度控制是施工中的關鍵。必須對溫度控制的效果進行嚴格監測。在土石壩防滲排水結構的施工中，碾壓程序必須嚴格控制，并對密實度作監測。一些監測項目還可以在施工期和永久期相互結合，監測儀器可兼顧并用。如施工期埋設的初遇大壩壩基或其附近的溫度計，在運行期可作為監測滲流的輔助設施。

2.3 運行階段

在運行階段要特別重視水庫首次蓄水。水庫首次蓄水過程是大壩和基礎第一次承受荷載和水的各種作用，是對工程結構能力的初次考驗，也是對壩基巖體強度和抗滑能力的檢驗。在此期間，大壩結構和壩基會發生一些初始的、不可逆的變化，即時取得這一時期的監測資料，對于監控蓄水期的安全和認識大壩在今后長期運行中性狀變化規律十分重要。

2.4 老化階段

隨著材料的逐漸老化，材料的性能有所下降，大壩整體性能也會降低。這時的常規監控模型難以準確描述大壩實際運行形態，此時大壩安全監測的主要內容轉為監測混凝土材料和混凝土內部所配鋼筋的老化程度等。老化程度監測通常采用聲波、取樣分析和水質分析等方法來了解混凝土強度、孔隙率和水對混凝土的侵蝕程度。

3 大壩安全監測的分類

3.1 儀器監測

儀器監測是選擇有代表性的部位或斷面，按需要使用或安裝、埋設儀器設備，對某些物理量進行系統的觀測，取得反映建筑物性狀變化的實測數據。儀器監測的項目主要有 “變形監測”、“滲流監測”、“應力、應變及溫度監測”和“環境量監測”。隨著監測范圍的擴展，諸如水力學監測、地震監測、動力監測等一些新興監測項目不斷涌現。

3.2 巡視檢查

監測技術人員通過目視或借助一些專用設備(如在某些部位安裝攝像頭，輔設人工巡視專用棧道等)，對建筑物現場包括壩體、坡腳、壩肩、廊道、排水設施、機電設備、船閘、航道、高陡邊坡等部位進行查看、比較、分析，進而發現建筑物在施工、擋水、運行中可能危及工程安全的異常現象。它彌補了監測儀器僅埋設在指定部位的不足，而且能直觀地發現某些監測儀器不易監測到的非正常現象，提供有關建筑物安全等一些重要信息，是監測系統的組成部分。

巡視檢查和儀器監測是不可分割的。巡視檢查也要盡可能利用當今的先進儀器和技術對大壩特別是隱患進行檢查，以早發現早處理。如土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發現，因此，必須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。因此，在大壩監測中多數采用兩種監測手段結合起來的方法。

4 大壩安全監測技術的開發

目前，我國開發的大壩安全監測系統雖然有了較大的提高，某些方面達到了國際先進水平，但是系統總體性能和國際先進產品相比，還存在一定的差距，特別是在可靠性和長期穩定性方面有待進一步的提高。為了縮短與國際先進的大壩安全監測系統的差距，2002年水利部立項批準了南京水利科學研究院開發更適合我國國情、性能達到國際先進水平的大壩安全監測系統。

盡管大壩安全監測已經能夠做到監測數據自動采集，但是95%以上的水庫大壩安全監測數據的實時分析、大壩運行性態的實時評價還難以實現。如果做不到這一點，大壩安全監測就沒有真正成為大壩安全的耳目，沒有起到應有的作用。隨著科學技術的飛速發展，在工程技術人員和軟件專家的密切合作下，大壩監測資料的實時分析、評價已經可以實現。這樣的分析評價軟件近年來已有不少單位在研制，這是水庫大壩安全監測技術發展的必然方向。

5 結語

大壩安全監測實際上是一種管理，已從最初的驗證設計發展為監視工程安全，并且開始出現安全監控。因此，水工大壩從設計、施工到運行管理以及老化階段，都應充分發揮安全監測的作用，儀器監測和數據采集要盡可能做到自動化，并與巡視檢查相結合，對檢測資料分析做到及時、準確，確保大壩以合理的投入來保證長期穩定、安全的運行，實現工程效益最大化。隨著大壩安全監測技術的發展，大壩安全監測進一步向系統化、即時化、智能化、網絡化方向發展。