大型水閘工程安全監測設計研究

于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測設計院，濟南 250013)

大型水閘工程安全監測設計研究

于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測設計院，濟南 250013)

近年來，在水利工程設計中，安全監測設計受到越來越多的重視。但各工程在監測方面的設計內容差異較大。為了更好地規范今后的設計，本文主要針對大型水閘安全監測的目的、設計的基本要求、具體設計內容進行詳述。

大型水閘;安全監測;設計

1 前言

隨著水利事業的快速發展和眾多水利工程的興建，出現了許多需要解決的問題。由于地質條件、自然環境等因素的復雜性以及人們認識上的局限性，目前在工程設計中尚不能預見所有的工程安全問題，從而使工程安全存在諸多潛在風險。

工程安全監測能及時提供水工建筑物工作性態的第一手資料，是及時發現工程安全隱患的一種有效的方法。我國自20世紀50年代起，已經開展了一系列工程安全監測的探索，經過幾代水利人的不懈努力，工程安全監測在儀器研制、埋設技術、自動化采集以及資料整編分析方面都取得了很大進步，一些行業標準也在逐步完善。舉世矚目的三峽工程，埋設監測儀器總計達10萬多支，監測系統的規?？胺Q世界第一。本文主要對大型水閘工程安全監測設計的有關內容進行詳述，為今后水閘監測設計提供參考。

2 水閘安全監測的目的

a.為工程運行管理及調度提供可靠的信息，為正常、安全運行服務。

b.監視水閘的運行安全，全面反映整個水閘的工作狀況，對可能發生的險情提前預報。

c.掌握施工期各部位的狀況，驗證施工工藝的合理性，并及時反饋設計，滿足水閘施工要求，同時也為驗證或修改設計、驗證或修改施工方案提供依據。

d.根據監測資料驗證設計成果的正確性，為以后的工程設計及監測技術的發展積累資料。

3 水閘安全監測設計的基本要求

水閘監測設計應遵循“突出重點、全面兼顧、統一規劃、分期實施”的設計原則。監測儀器設施的布置，應密切結合工程實際，根據工程規模及特點，結合工程存在的主要技術問題及難點進行設計，按照全面、可靠、適用、精確、方便、經濟、迅捷，力求先進和便于實現自動化的設計理念，在綜合考慮監測設施的耐久性、可靠性、自動化性能及穩定性等因素的前提下，使儀器的布置既能滿足工程各階段的安全要求，又能全面反映工程實際施工和運行安全狀態。

4 水閘安全監測的主要內容及設計要點

大型水閘安全監測應結合工程實際來進行設計。不同地區不同用途的水閘，其地質情況、結構狀況及運行狀況也各有不同，因此對于不同的水閘，應在結合工程特點，明確工程用途的基礎上，依據相應的監測設計規范來進行監測部位的選取、監測項目的擬訂及其監測設施的布置。

大型水閘常見的安全監測項目主要包括以下內容。

4.1 現場檢查

現場檢查是一種維護建筑物安全運行最直接的措施，指用直覺方法或借助簡單工具，通過建筑物外觀顯示出來的異?，F象判斷建筑物內部可能發生的問題。現場檢查分為日常檢查、定期檢查和特別巡視檢查。

4.2 表面變形監測

水閘的表面變形監測是一項重要的觀測項目，是判斷水閘正常工作的基本條件，一般包括水平位移觀測和垂直位移觀測等。

位移觀測是利用光學或機械方法設置一條基準線，測量測點相對于基準線的偏移值。在工程上常用埋設表面標點，采用水準儀、經緯儀和伸縮儀的方法測量。設計時應根據水閘的設計運用情況，在有可能產生顯著外部變形的地方埋設觀測標點，一般在設計時常選擇在閘墩、岸墻、翼墻頂部的端點和中點埋設標點。其中沉降標點在工程施工期可先行埋設在底板面層，在工程竣工后、放水前再引接到上述結構的頂部，以便達到監測資料的完整性。建筑物的第一次位移觀測應在標點埋設后及時進行，然后根據施工期不同荷載階段按時進行觀測，在工程竣工放水前、后應立即對位移分別觀測一次，以后再根據工程運用情況定期進行觀測。

常用的變形觀測方法及要求見表1、表2。

表1 表面豎向位移監測方法和要求

表2 表面水平位移監測方法和要求

4.3 內部變形監測

水閘內部變形監測包括水閘及其地基內部的應力、應變、溫度等項目。國內外大量實例證明，建筑物的事故不是一蹴而就，而是從微觀性態的變化逐漸惡化的過程。因此內部變形監測相比外部變形監測更易于發現水閘異常的先兆。

內部變形監測采用埋設儀器的方式來實現。對于不同的監測內容應采用不同儀器，具體詳見表3：

表3 常用內部變形監測

應力應變屬于建筑物的微觀性態，是建筑物的微觀反應或局部反應。設計時，為了監測水閘關鍵部位混凝土應力和鋼筋應力，需要選擇水閘有代表性斷面中可能產生應力集中或可能出現較大應力的部位布置應變計和鋼筋計，來監測水閘的應力狀況。

工程上較常用的應力應變監測儀器目前主要有兩種類型：差動電阻式和振弦式。差動電阻式儀器的優點在于其可靠性和穩定性較好，但傳統的差阻式儀器的靈敏度比較低，精度較小;相比差阻式儀器，振弦式儀器在靈敏度和精度方面一般比較高，長電纜傳輸可靠，但對于安裝要求較高。水閘在設計時，監測儀器的形式應根據工程特點及工程要求進行選用，此外，在選擇時應兼顧所選儀器的成熟性、先進性和應用的便捷性，以確保日后施工便利和運行的穩定性。

溫度觀測包括水閘內部溫度觀測、邊界溫度觀測和地基溫度觀測。其目的是觀測水閘及其基礎溫度分布情況及變化規律。設計時，水閘內部溫度測點的布設及觀測儀器的選擇應結合應力測點進行。

4.4 伸縮縫、裂縫監測

水閘中的縫分為為克服過大的溫度應力而設置的伸縮縫和由于荷載作用產生的裂縫。由于水閘使用環境的特殊性及質量控制的重要性，對水閘縫的監測是保證水閘安全的重要方法。監測水閘結構伸縮縫和荷載產生的裂縫的開合度主要使用測縫計進行觀測。

4.5 滲壓監測

水閘滲壓監測主要包括揚壓力、滲透壓力、滲透量及側向繞流監測等。

水閘工程中，基礎揚壓力可采用測壓管進行觀測，也可采用滲壓計。滲壓監測設施需要預先埋設，測點沿水閘與地基的接觸面布置，通常在閘室及其上下游連接段的代表性部位下的地基上安裝滲壓計，在設計時，一般選擇在閘室的前后接縫處各布設一組滲壓計，其余根據閘室實際情況進行布設。側向繞流可以通過在邊墩兩側預先埋設滲壓觀測設備進行監測。

4.6 土壓力監測

土壓力監測，可分為側向土壓力及地基反力監測，通常采用土壓力計進行觀測。監測地基反力的土壓力計應預先埋設在水閘與地基的接觸面上，選取有代表性部位，在設計時根據工程實際情況可以與滲壓計結合布置;監測側向土壓力的土壓力計通常埋設在邊墩、翼墻等結構外側與回填土的接觸面上，沿高度方向選取有代表性測量點進行布置。

5 水閘安全監測設計中的注意事項

a.監測實際中，監測部位的選取、監測項目的擬訂及其監測設施的布置應根據工程特點并依據相應的監測設計規范的要求進行設計。

b.儀器的選型應以保證觀測的穩定性和可靠性為前提，選擇合理的適用條件、量程范圍和精度要求，避免盲目追求高標準或任意降低標準。

c.水閘安全監測過程中由于測點多、測點布置分散，因此在設計階段應對每個測點進行編號。這樣可以有效避免由于測點多、導線混亂而導致的測點被混淆的錯誤，為以后施工的順利進行和獲得正確有效的安全監測數據提供了必要保證。

d.安全監測設計項目多、測點多、工作非常繁瑣，在設計時應統籌各種監測項目，使監測系統得到充分優化，力求做到簡單全面。

6 結語

工程監測不同于水工結構設計，它沒有標準的做法，只能根據不同的工程情況進行設計。工程竣工后，一定要對監測設計內容進行回訪，根據不同的監測數據進行分析，以便為以后的工程設計積累經驗。長此以往，即可摸索出最優的工程安全監測設計方法。

1 林繼鏞．水工建筑物［M］．北京：中國水利水電出版社，2009．

2 王才歡，屈國治，等．水工程安全檢測與評估［M］．北京：中國水利水電出版社，2008．

3 吳中如．水工建筑物安全監控理論及其應用［M］．北京：高等教育出版社，2003．

4 SL 60—94土石壩安全監測技術規范［S］．

Study on Large Sluice Project Safety Monitoring Design

YU Wen-peng，ZHANG Chao，LAN Hao
(Shandong Water Survey and Design Institute，Jinan250013，China)

Safety monitoring design obtains more and more attention during water conservancy project design in recent years．However，the design contents of various projects in the monitoring aspect are greatly different．The paper describes the aim，basic requirements and specific contents of design in detail in order to better regulate design in the future．

large sluice;safety monitoring;design

TV698.1

A

1005-4774(2013)08-0050-03