水工建筑物的安全監(jiān)控

曹衛(wèi)華 朱英超 趙書玲

（1.西平縣防汛微波通訊站 河南 駐馬店 463900；2.西平縣洪河管理所河南 駐馬店 463900；3.西平縣老王坡滯洪區(qū)管理所 河南 駐馬店 463900）

水工建筑物的監(jiān)控是由性態(tài)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行控制兩部分組成，其中性態(tài)監(jiān)控是在水工建筑物內(nèi)埋設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)自動(dòng)或者人工獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析、建模、運(yùn)算等得到建筑物運(yùn)行的整體性能，從而客觀的對(duì)水工建筑物做出綜合評(píng)價(jià)。而運(yùn)行控制則是對(duì)不滿足正常使用的建筑物進(jìn)行改良措施，使其能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)工作。

1 水工建筑物的安全監(jiān)控目的和意義

1.1 對(duì)水工建筑物正常工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)

水工建筑在使用時(shí)發(fā)生破壞的話，通常是有一定的先兆，在平時(shí)對(duì)水工建筑各方面的監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷分析計(jì)算可以準(zhǔn)確的評(píng)定其工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以及時(shí)很好的處理，并通過(guò)數(shù)據(jù)的積累，對(duì)以后的工作有借鑒作用。

1.2 對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)理論的驗(yàn)證

對(duì)已建好運(yùn)營(yíng)或者正在建設(shè)當(dāng)中的水工建筑物埋設(shè)長(zhǎng)期的觀測(cè)儀器，掌握了建筑物的變化性態(tài)，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)時(shí)的一些加設(shè)理論和簡(jiǎn)化結(jié)果是否合理。水工結(jié)構(gòu)和普通的建筑相比要考慮較多的水文環(huán)境和地質(zhì)條件，不確定因素較多，理論不夠成熟，通過(guò)數(shù)據(jù)的分析研究可以對(duì)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行修正，所以設(shè)計(jì)原理和參數(shù)的驗(yàn)證對(duì)水工結(jié)構(gòu)的發(fā)展有很大的意義。

1.3 對(duì)施工質(zhì)量的檢查

為保證施工的質(zhì)量，在建筑物施工期間采集數(shù)據(jù)可以很好的指導(dǎo)施工工藝的進(jìn)行，對(duì)施工起到指導(dǎo)作用。

2 水工安全監(jiān)控的內(nèi)容和要求

水工建筑物的監(jiān)控內(nèi)容大致上可以分為原型觀測(cè)、監(jiān)控分析和建筑物的工作狀態(tài)評(píng)估三個(gè)方面。具體的內(nèi)容和要求如下：

2.1 觀測(cè)模型的設(shè)計(jì)和設(shè)備的安裝，根據(jù)監(jiān)控的基本要求，首先對(duì)觀測(cè)的對(duì)象做好計(jì)劃，選好觀測(cè)點(diǎn)，要做到儀器安裝方便、數(shù)據(jù)取值有效合理的效果。儀器安裝時(shí)要進(jìn)行校正標(biāo)定，并填寫安裝記錄。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)時(shí)，人員、測(cè)次、時(shí)間以及儀器上要固定，對(duì)觀測(cè)程序嚴(yán)格執(zhí)行，做到按照指定時(shí)間、不缺、不漏、精度高的要求，并隨時(shí)的記錄、計(jì)算和校核。

2.3 工作狀態(tài)的評(píng)估，要及時(shí)的對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，繪制出先關(guān)參數(shù)的變化曲線，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算做好預(yù)報(bào)工作，對(duì)評(píng)估報(bào)告提供可靠的資料。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)定，如果發(fā)現(xiàn)有非正常工作的現(xiàn)象要及時(shí)的報(bào)告給有關(guān)的部門處理，得到解決方案，不能拖沓，必要時(shí)可以提出處理意見。

3 水工建筑的原型監(jiān)測(cè)

3.1 檢查觀測(cè)

檢查監(jiān)測(cè)是利用人員本身通過(guò)觀察、手摸或者利用一些簡(jiǎn)單的工具對(duì)建筑物進(jìn)行簡(jiǎn)單的觀測(cè)。使用儀器觀測(cè)雖然可以得到更為準(zhǔn)確的信息，但一個(gè)建筑物的儀器安設(shè)點(diǎn)數(shù)是有限的，太多的儀器設(shè)備不利于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，另外水工建筑物裂縫、滲水等缺陷部位也不一定反生在儀器設(shè)備的觀測(cè)點(diǎn)上，所以人員的檢查觀測(cè)具有相當(dāng)重要的地位。有利于及時(shí)的彌補(bǔ)儀器的不足，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常情況的發(fā)生。

檢查觀察主要檢測(cè)建筑物有無(wú)裂縫，在壩腳、迎水坡部位有無(wú)塌陷、流土和沼澤化的現(xiàn)象，在伸縮縫部位是否有滲漏，混凝土表面有沒(méi)有松軟、侵蝕的危害，有泄水作用的部位檢查有無(wú)磨損、剝落，金屬部位的焊縫、鉚釘?shù)仁欠裆P變形。

3.2 儀器的量測(cè)

儀器量測(cè)既是在相應(yīng)的建筑部位預(yù)設(shè)儀器設(shè)備，通過(guò)規(guī)律性的采集數(shù)據(jù)，來(lái)判定建筑物的工作狀態(tài)。

1）變形觀測(cè)

變形觀測(cè)是原型觀測(cè)中較為重要的一部分，要對(duì)土工、混凝土、土壩等建筑物觀測(cè)水平位移和垂直位移、地基的固結(jié)沉降情況、伸縮縫的變形等。

2）滲透觀測(cè)

對(duì)于土壩類的滲透觀測(cè)，浸潤(rùn)線的位置變化情況可以通過(guò)孔隙水壓力儀來(lái)確定，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、工程等級(jí)以及施工方法和地質(zhì)情況等定出觀測(cè)斷面，觀測(cè)斷面要能夠反應(yīng)出主要的滲流情況和問(wèn)題可能發(fā)生的地點(diǎn)，根據(jù)斷面的大小確定測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

其他還包括滲流量的觀測(cè)、繞壩滲流觀測(cè)、壩基滲壓觀測(cè)、土壩孔隙水壓力觀測(cè)以及滲水透明度觀測(cè)。對(duì)混凝土建筑物的滲透觀測(cè)還要包括壩基場(chǎng)壓力觀測(cè)和混凝土內(nèi)部滲透滲透壓觀測(cè)。

3）應(yīng)力與溫度觀測(cè)

以混凝土壩的觀測(cè)為例，通過(guò)在混凝土內(nèi)部埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)，來(lái)觀測(cè)混凝土內(nèi)部因?yàn)闇囟?、濕度、化學(xué)變化以及應(yīng)力引起的總應(yīng)變。無(wú)應(yīng)力計(jì)主要用來(lái)量測(cè)溫度、濕度以及化學(xué)變化引起的應(yīng)變，總應(yīng)變減去這一部分就可以得到有荷載引起的應(yīng)變，換算成應(yīng)力，即可得出想要的結(jié)果。

溫度對(duì)混凝土壩體也有重要的影響，溫度觀測(cè)要在壩體內(nèi)布設(shè)溫度計(jì)，在靠近壩體表面、在壩體鋼管、寬縫、伸縮縫等附近要加大測(cè)點(diǎn)的布設(shè)密度，和壩體周圍的水文地質(zhì)條件結(jié)合起來(lái)，對(duì)壩體內(nèi)部溫度的出合理的觀測(cè)處理。

4）水流的觀測(cè)

主要對(duì)水流形態(tài)觀測(cè)，從而得出水流帶給建筑物的作用力，避免不利的水流影響。水流平面形態(tài)包括水流的流向、回流、旋窩、折沖水流、翻滾。觀測(cè)時(shí)從泄水建筑物開始向上下游兩端一直到水流正常的地方。

對(duì)于高速水流，要著重觀測(cè)水流引起的振動(dòng)、壓力以及負(fù)壓進(jìn)氣量等，觀測(cè)數(shù)據(jù)可以提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)資料，為維修維護(hù)建立有效的依據(jù)。

4 數(shù)據(jù)分析的數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型的分析方法在數(shù)據(jù)處理上較為復(fù)雜，但效果好，能夠從數(shù)據(jù)中認(rèn)識(shí)和了解建筑物的運(yùn)行規(guī)律，具有監(jiān)控預(yù)警的作用。目前常見的數(shù)據(jù)模型方法有數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型、混合模型三種。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型是通過(guò)多項(xiàng)式的擬合和最小二乘法的原理，對(duì)那些復(fù)雜的沒(méi)有顯式函數(shù)的明確表達(dá)式數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得出較為理想的數(shù)學(xué)表達(dá)式。大壩等水工結(jié)構(gòu)受到各種水文環(huán)境的影響，具有很多的不確定性，所以數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型對(duì)水工建筑來(lái)說(shuō)具有很好的效果。

確定性模型，是利用數(shù)學(xué)力學(xué)方法計(jì)算得到結(jié)果和實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到效應(yīng)量和環(huán)境量之間的關(guān)系。

混合模型是處于統(tǒng)計(jì)模型和確定性模型之間的一種模型方法，一部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方式得到，一部分則是通過(guò)力學(xué)計(jì)算的確定性方式得到。

確定性和混合模型考慮到了建筑物的幾何尺寸和最大荷載不利效應(yīng)，理論性強(qiáng)、概念清晰，但是計(jì)算量大，在復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu)物上計(jì)算就更加復(fù)雜，而統(tǒng)計(jì)學(xué)理論則可以很好的解決這一問(wèn)題，滿足工程需要。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)監(jiān)測(cè)儀器獲得的數(shù)據(jù)要通過(guò)信息管理和監(jiān)控預(yù)警兩方面的處理。通過(guò)對(duì)原始材料的轉(zhuǎn)換、處理，能夠很好的預(yù)測(cè)大壩等水工建筑物的工作狀態(tài)，從而達(dá)到預(yù)警的效果。

［1］左東啟.模型實(shí)驗(yàn)的理論和方法[M].北京：水利電力出版社，1984.

［2］鄭萬(wàn)勇，楊振華.水工建筑物[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

［3］方衛(wèi)華.對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].大壩與安全，2004(6):26-28.