水利樞紐大壩安全監(jiān)測方式探討

孫 偉

(丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設(shè)管理局， 遼寧 丹東 118000)

水利樞紐大壩安全監(jiān)測方式探討

孫 偉

(丹東市三灣水利樞紐及輸水工程建設(shè)管理局， 遼寧 丹東 118000)

本文主要分析了水利樞紐大壩安全監(jiān)測的原則，并結(jié)合遼寧省丹東三灣水利樞紐工程大壩概況，針對水利樞紐大壩安全監(jiān)測方式和監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行研究和探討，以期確保避免水利樞紐大壩風(fēng)險的產(chǎn)生或發(fā)生險情時能夠及時進(jìn)行防范和處理，保障大壩安全，降低經(jīng)濟(jì)損失。

水利樞紐工程大壩； 安全監(jiān)測方式； 檢查內(nèi)容

水利樞紐大壩作為擋水、泄水、取水的建筑工程，能夠起到灌溉、供水、泄洪、發(fā)電等作用，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，但如果水利樞紐出現(xiàn)事故，將會帶來巨大的危害，因此加強(qiáng)對水利樞紐大壩安全監(jiān)測工作具有重要意義。為了降低水利樞紐大壩安全事故的危險率，水利部門需要定期進(jìn)行安全監(jiān)測。但由于大壩規(guī)模較大，需要監(jiān)測的項(xiàng)目和內(nèi)容較多，如何獲取全面和正確的檢測數(shù)據(jù)，分析大壩的異常趨勢成為水利部門考慮的重要問題。

1 工程概況

本文主要結(jié)合遼寧省丹東三灣水利樞紐進(jìn)行分析，該工程總投資17.68億元，現(xiàn)已完成工程量的95%，具備蓄水能力。建成后總庫容1.29億m3，將作為境內(nèi)水源地，為丹東城市供水提供保障，并兼顧發(fā)電等功能。項(xiàng)目由水利樞紐、輸水管線和凈水廠工程三部分組成。水利樞紐大壩外部建筑包含引水設(shè)備、攔河壩等，下部位置主要以瀝青混凝土為主，二級建筑物為主要設(shè)施。該大壩主要采用碾壓性瀝青材料作為防滲材料，并采用混凝土堆砌成壩基防水墻體，與墻下砂礫石材料相連接。

2 水利樞紐大壩安全監(jiān)測概述及原則

水利樞紐大壩安全監(jiān)測工作主要是利用檢測儀器和巡視檢查的方式，對大壩的壩體、壩基及周圍環(huán)境等進(jìn)行全面檢測和觀察，以獲取必要的判斷信息。安全監(jiān)測不僅需要對大壩固定的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，還需要對大壩外觀和內(nèi)部進(jìn)行大范圍的觀察和探查，確保及時掌握大壩當(dāng)前的工作狀態(tài)。水利樞紐大壩安全監(jiān)測是隨著大壩施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，讓人們逐步認(rèn)識到了大壩安全監(jiān)測的重要性。隨著安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，如今大壩安全監(jiān)測儀器越來越先進(jìn)，可以快速獲取大壩當(dāng)前的工作狀態(tài)。

水利部門在對大壩進(jìn)行安全監(jiān)測時，首先要檢測大壩的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等，即需要通過安裝安全監(jiān)測傳感器實(shí)現(xiàn)對大壩的整體監(jiān)測。另外安全監(jiān)測傳感器必須具有自動性、安全性、可靠性等特征，確保能夠在遇到地震、洪水時依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3 水利樞紐工程大壩安全監(jiān)測方式

3.1 大壩安全巡視檢查檢測

巡視人員在對大壩進(jìn)行安全巡視時，首先要對壩頂、迎水坡、背水坡、壩肩、壩基等進(jìn)行觀察，察看壩體是否存在裂縫、變形、隆起、塌坑、滲水等現(xiàn)象。隨后巡視人員需要對溢洪道進(jìn)行觀察，查看溢洪道有無阻水現(xiàn)象及建筑物是否存在安全隱患，再進(jìn)行防水設(shè)施、閘門和啟閉設(shè)備及其他設(shè)施的觀察。巡視人員常用的檢查方法主要為眼看、耳聽、腳踩等，并結(jié)合鋼卷尺、錘子等對大壩進(jìn)行檢測。另外，巡視人員需要對定期巡視檢測工作進(jìn)行記錄，并對記錄進(jìn)行歸檔。

3.2 大壩安全變形檢查檢測

常用的大壩安全變形監(jiān)測方法包括三角網(wǎng)、視準(zhǔn)線、精密水準(zhǔn)、GPS、全站儀等，監(jiān)測人員需要結(jié)合水利樞紐工程大壩的實(shí)際情況選擇合適的檢測方法。檢測人員需要及時監(jiān)測出大壩在正常工作狀態(tài)下的變形規(guī)律，才能夠確保及時發(fā)現(xiàn)大壩異常現(xiàn)象，從而保障大壩的安全。為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，監(jiān)測值的誤差需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變形量，即壩體變形對監(jiān)測精度的要求較高，如國際測量工作者聯(lián)合會變形觀測研究小組提出監(jiān)測值誤差不能超過變形量的10%～20%，但由于大壩的壩高較小，變形監(jiān)測點(diǎn)較遠(yuǎn)，會對檢測精度產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DLT 78—2003)的規(guī)定，壩體水平、垂直位移量誤差為±1.0mm，壩頂一次測量誤差應(yīng)md≤0.707mm，土石壩變形監(jiān)測綜合精度為mm級別。另外為了確定安全穩(wěn)定的點(diǎn)位變形工作基點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測人員可以采用倒錘線方法和雙金屬標(biāo)方法。

在對水利樞紐工程大壩進(jìn)行位移監(jiān)測時，采用三角形邊角網(wǎng)法監(jiān)測壩頂拱座，垂直法監(jiān)測水平位移，精密水準(zhǔn)法監(jiān)測垂直位移。在進(jìn)行監(jiān)測標(biāo)點(diǎn)的布置時，需布置位移標(biāo)點(diǎn)2個，且水平位移標(biāo)點(diǎn)和垂直位移標(biāo)點(diǎn)的位置需要在同一標(biāo)點(diǎn)上，包含8個壩頂位移標(biāo)點(diǎn)、2個拱座巖石標(biāo)點(diǎn)、6個壩肩位移標(biāo)點(diǎn)等。另外還需要布置6個控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)和4個下游水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，并采用正、倒垂線布置方式，在垂線高程廊道各設(shè)置1個監(jiān)測點(diǎn)，包含195.00m高程廊道和220.00m高程廊道等。

同時監(jiān)測人員通過布設(shè)裂縫計和測縫計的方式，監(jiān)測接縫和裂縫，在大壩斷面壩基巖體布設(shè)測點(diǎn)和單點(diǎn)式基巖變位計，監(jiān)測基巖變形情況。

3.3 大壩安全滲流監(jiān)測

檢測人員在進(jìn)行混凝土壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測和滲透壓力監(jiān)測時，可以采用孔隙水壓力計布設(shè)方式，如在監(jiān)測橫斷面布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的測點(diǎn)，一般包含3個測點(diǎn)位置，即灌漿帷幕前、排水孔后和兩者之間，另外還需要在灌漿排水平洞布設(shè)空隙水壓力計滲透壓力，監(jiān)測。對于混凝土繞壩滲流可以通過在連桿巖體布設(shè)監(jiān)測斷面，鉆孔埋設(shè)孔隙水壓力計的方式進(jìn)行檢測，一般帷幕前布設(shè)1個孔隙水壓力計，帷幕后互設(shè)3個孔隙水壓力計，且需要確保孔隙水壓力達(dá)到強(qiáng)透水層，能夠檢測地下水位線以下位置。

在進(jìn)行大壩滲流量檢測時，可以通過在壩基廊道布設(shè)量水堰計的方式，對滲漏水進(jìn)行測量，包含河床滲漏水和岸坡滲漏水等，詳細(xì)監(jiān)測大壩滲漏情況，保障大壩安全。

3.4 大壩安全應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

常見的水利樞紐大壩安全隱患為壩體裂縫，而土體應(yīng)力則是導(dǎo)致裂縫的主要原因，嚴(yán)重危害大壩的安全性和可靠性，因此監(jiān)測人員需要加強(qiáng)對壩體應(yīng)力和應(yīng)變的監(jiān)測，觀察混凝土壩在的應(yīng)力分布及變化。監(jiān)測人員需要通過在控制性斷面布設(shè)五向應(yīng)變計組的方式，觀察壩體應(yīng)變量，并計算出壩體的應(yīng)力，同時分析壩體在不同條件下的總變形。監(jiān)測人員需要在五向應(yīng)變計組附近布設(shè)無應(yīng)力計，以扣除非應(yīng)力變形量獲取應(yīng)力應(yīng)變。

對于鋼筋應(yīng)力的監(jiān)測可以在大壩溢洪道、廊道等結(jié)構(gòu)位置設(shè)計測點(diǎn)，并在測點(diǎn)位置安裝鋼筋計，以獲得準(zhǔn)確的鋼筋應(yīng)力，并對鋼筋應(yīng)力進(jìn)行計算和分析，以獲得保障大壩安全的數(shù)據(jù)。

3.5 大壩安全溫度監(jiān)測

溫度應(yīng)力也是導(dǎo)致大壩出現(xiàn)裂縫的主要原因，主要是由于水利樞紐大壩是通過碾壓混凝土快速施工而成，其中壩體內(nèi)部熱量難以及時揮發(fā)，而外部溫度減低，則會導(dǎo)致壩體內(nèi)部和外部產(chǎn)生較大的溫差。因此為了避免溫度應(yīng)力對大壩安全性的影響，檢測人員需要注意對大壩溫度的監(jiān)測，嚴(yán)格控制混凝土入倉溫度，并合理采用降溫措施，減少溫度應(yīng)力，避免壩體裂縫。對于壩體溫度的監(jiān)測，監(jiān)測人員需要在相應(yīng)斷面上布設(shè)溫度計，最好與五向應(yīng)變計組的布設(shè)位置相同。另外監(jiān)測人員還需要注意在誘導(dǎo)縫、橫縫處布置溫度計，并注意對庫水溫的監(jiān)測。

3.6 大壩安全水位、降水量監(jiān)測

對于大壩安全水位的監(jiān)測，一般主要采用在溢洪道閘墩布設(shè)自記水位計的方式，測量最高水位和最低水位。監(jiān)測人員需要在大壩下游布設(shè)水池、引水閘室布設(shè)鋁合金水池、防空洞布設(shè)水池、廠房尾水出口布設(shè)水池和雷達(dá)自報式儀器等，觀測相應(yīng)水質(zhì)的水位，收集水位原始資料，并結(jié)合雨水情測報系統(tǒng)計算大壩蓄水容量，及時了解大壩蓄水水位。

對于大壩降水量的監(jiān)測，監(jiān)測人員可以通過在電站廠房布置雨量站和雷達(dá)自報式儀器收集水位和雨量，并結(jié)合周邊其他雨量站點(diǎn)綜合分析大壩的雨量情況。另外監(jiān)測人員還需要注意設(shè)置差阻式溫度計監(jiān)測庫區(qū)氣溫。

4 水利樞紐工程大壩安全溫度監(jiān)測結(jié)果分析

2015年大壩混凝土溫度監(jiān)測結(jié)果見下表。

2015年大壩混凝土溫度監(jiān)測統(tǒng)計表

如果混凝土部分溫度提升，且溫升歷時較短，可能會造成混凝土裂縫，根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果可知，混凝土最高溫為47.7℃，最長溫升歷時6d，溫差較小，最短溫升歷時2d，基本不會因?yàn)闇囟仍蛞鸹炷亮芽p。雖然最高溫度和最低溫度相差較大，但主要是由于最高溫和最低溫在不同的季節(jié)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，混凝土最低溫度為-189℃，主要為閘墩外層混凝土，即混凝土溫度狀態(tài)正常，具有可靠性。

5 結(jié) 語

綜上所述，水利樞紐大壩在人們生產(chǎn)生活中起到重要作用，如今用來監(jiān)測大壩的方式和儀器也越來越豐富，可以有效保證大壩的安全性，為人類和社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)。監(jiān)測人員需要結(jié)合大壩配置一套完整的監(jiān)測設(shè)施，確保能夠大范圍詳細(xì)監(jiān)測大壩的相應(yīng)數(shù)據(jù)，確保大壩安全穩(wěn)定的運(yùn)行，并提升大壩施工技術(shù)。

[1] 宋忠孝.基于B/S、C/S架構(gòu)的大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在長洲水利樞紐中的應(yīng)用[J].紅水河,2014(6):54-58.

[2] 魏波.結(jié)合喀臘塑克水利工程實(shí)例探析大壩工程安全監(jiān)測控制[J].河南水利與南水北調(diào),2014(24):51-52.

[3] 楊軍,阿旺次仁.滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造設(shè)計[J].東北水利水電,2015(3):65-67.

[4] 楊軍,徐海峰.西藏滿拉水利樞紐工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)改造設(shè)計探討[J].中國水利,2015(10):46-48，51.

[5] 劉敏,符偉杰,徐國龍.飛來峽水利樞紐大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的防雷措施[J].水利水文自動化,2003(2):17-20.

Discussion on water conservancy dam safety monitoring mode

SUN Wei

(DandongSanwanWaterConservancyandWaterDeliveryEngineeringConstructionAdministration,Dandong118000,China)

In the paper, the principles of safety monitoring in water conservancy dam are analyzed mainly. The safety monitoring mode and monitoring results of water conservancy dams are studied and discussed combining with the condition of Sanwan water conservancy dam in Dandong of Liaoning, thereby ensuring that water conservancy dam risks can be avoided, and risks can be prevented and handled timely, guaranteeing the safety of dam, and lowering economic loss.

water conservancy project dam; safety monitoring mode; inspection contents

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.019

TV698.1

A

1005-4774(2017)06- 0080- 03