淺析大壩安全監(jiān)測的方法和意義

□姜翔宇 □劉 青

（1中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 2河南方正水利工程咨詢有限公司）

0 引言

大壩工程本身就具有復(fù)雜性，這就給其安全監(jiān)測帶來了更大的挑戰(zhàn)。大壩安全問題直接關(guān)系到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也關(guān)系到大壩工程的經(jīng)濟(jì)效益，因此，如何根據(jù)工程實(shí)際情況制定系統(tǒng)的安全監(jiān)測方法成為工作人員必須面對的問題。

1 大壩安全影響因素

大壩工程是一項(xiàng)施工復(fù)雜的、涉及范圍廣泛、施工周期長的工程，施工過程容易受到外界因素的影響，因此，影響大壩安全的因素也較多。具體來說，可以分為三類：第一，由于設(shè)計(jì)、施工和自然因素引起的安全失事。這類因素對大壩安全的影響較大，主要由于這類影響因素是大壩建成就已經(jīng)確定了的，如設(shè)計(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號(hào)過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的,有一個(gè)從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程,如沖刷、侵蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等；第三類是上述兩種混合情況,即設(shè)計(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正。

2 大壩安全監(jiān)測的意義

大壩安全監(jiān)測是一種事前控制的措施，對于保證大壩安全以及人們生命和財(cái)產(chǎn)安全都有著重要的意義，具體來說，大壩安全監(jiān)測的意義主要有以下幾個(gè)方面：①水庫大壩監(jiān)測與安全評價(jià)相輔相成，是水庫大壩安全評價(jià)中不可分割的兩部分。大壩安全監(jiān)測需要對大壩本身以及大壩周圍的設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測，其監(jiān)測資料能夠?yàn)榘踩u價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而促進(jìn)大壩安全評價(jià)工作的進(jìn)行。有了大壩安全監(jiān)測的資料，工作人員就能夠?qū)Υ髩蔚陌踩院头€(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，從而完成安全評價(jià)工作。②有助于認(rèn)識(shí)各種觀測量的變化規(guī)律和成因機(jī)理，確保大壩安全。延長大壩壽命，提高大壩運(yùn)行綜合效益。③有助于反饋大壩設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工和大壩運(yùn)行，推動(dòng)壩工理論的發(fā)展。利用大壩安全監(jiān)測資料進(jìn)行正、反分析，及時(shí)評價(jià)大壩和壩基的工作性態(tài)，依據(jù)設(shè)計(jì)、施工方案，對在建或擬建大壩提出反饋意見，以達(dá)到檢驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的目的。

3 大壩安全監(jiān)測的方法實(shí)例分析

3.1 工程簡況

文章結(jié)合阿海水電站的工程實(shí)例對大壩安全監(jiān)測方法和意義相關(guān)問題進(jìn)行研究。阿海水電站位于云南省麗江地區(qū)，玉龍縣與寧蒗縣交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段水電梯級(jí)規(guī)劃的第四個(gè)梯級(jí)電站，阿海水電站以發(fā)電為主，兼顧防洪，水庫正常蓄水位1504m，相應(yīng)庫容8.06×108m3，死水位1492m，相應(yīng)庫容5.68×108m3，具有日調(diào)節(jié)能力。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 變形監(jiān)測

①水平位移。②垂直位移。采用幾何水準(zhǔn)測量和靜力水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行垂直位移監(jiān)測。③壩基變形。根據(jù)壩基地質(zhì)條件以及壩體的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，選擇4號(hào)壩段、8號(hào)壩段、10號(hào)壩段、13號(hào)壩段、15號(hào)壩段作為監(jiān)測壩段，其中4號(hào)壩段布置1套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、1套基巖變位計(jì)，8號(hào)壩段布置2套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、4套基巖變位計(jì)，10號(hào)壩段布置2套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、4套基巖變位計(jì)，13號(hào)壩段布置1套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、1套基巖變位計(jì)，15號(hào)壩段布置1套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、1套基巖變位計(jì)，共計(jì)7套4點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)，12套基巖變形計(jì)進(jìn)行壩體基巖深部的變形監(jiān)測。④傾斜。各橫向廊道內(nèi)均布置了幾何水準(zhǔn)測點(diǎn)，且基礎(chǔ)橫向廊道內(nèi)還布置有靜力水準(zhǔn)線路，大壩傾斜監(jiān)測采用幾何水準(zhǔn)及靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)所得到的壩體垂直位移推算。⑤接縫和裂縫。壩體橫縫開合度監(jiān)測，壩基接縫監(jiān)測，壩體裂縫。

3.2.2 滲流監(jiān)測

滲流監(jiān)測包括壩體滲透壓力監(jiān)測、壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測、壩體和壩基滲流量監(jiān)測、繞壩滲流和地下水位監(jiān)測以及水質(zhì)分析等。①壩基揚(yáng)壓力。在1號(hào)～19號(hào)壩段上游基礎(chǔ)灌漿排水廊道內(nèi)每個(gè)壩段布置1個(gè)測壓管測點(diǎn)，監(jiān)測壩基縱向揚(yáng)壓力。在4號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、13號(hào)、15號(hào)壩基橫向排水廊道沿順河向方向各布置一排測壓管測點(diǎn)，監(jiān)測壩基橫向揚(yáng)壓力。②壩體滲透壓力。為監(jiān)測碾壓混凝土壩體層面上的滲透壓力，選擇4號(hào)壩段、8號(hào)壩段、10號(hào)壩段、15號(hào)壩段的典型高程采用上游密下游稀的布置方式布置滲壓計(jì)。③滲流量。壩體壩基滲水通過壩基排水廊道分別引至位于10號(hào)壩段的壩體集水井和廠房滲漏集水井，在8號(hào)、10號(hào)、14號(hào)壩段壩基排水廊道、集水井附近、廠房檢修集水井附近共設(shè)置21座三角形量水堰，監(jiān)測壩體和壩基滲流量。④繞壩滲流。繞壩滲流監(jiān)測采用在兩岸帷幕端頭及壩肩布置水位孔的方式進(jìn)行監(jiān)測，其中左岸布置5個(gè)，右岸布置5個(gè)，水位孔共計(jì)10個(gè)。⑤消力池底板揚(yáng)壓力。在消力池底板B1、B3、B7區(qū)（壩縱0+074.50m），C1、C3、C7 區(qū)（壩縱 0+095.50m）、D1、D5 區(qū)（壩縱0+116.50m）、E1、E4區(qū)（壩縱0+137.50m）共布置 10支滲壓計(jì)，B6、C6、D6、D6區(qū)的廊道內(nèi)各布置1支測壓管，測壓管共計(jì)4支，以監(jiān)測消力池底板揚(yáng)壓力。

3.2.3 應(yīng)力應(yīng)變和溫度

應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測包括壩體和壩基溫度、混凝土應(yīng)力應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力、錨索應(yīng)力等。

3.2.4 壩體抗震

壩體抗震監(jiān)測包括抗震鋼筋應(yīng)力監(jiān)測和混凝土裂縫監(jiān)測。在2號(hào)壩段樁號(hào)壩縱0+037.50布置監(jiān)測斷面，在斷面壩體上、下游面抗震鋼筋高程1459m、高程1502m處布置光纖光柵式鋼筋計(jì)、裂縫計(jì)，共計(jì)3支光纖光柵式鋼筋計(jì)、2支光纖光柵式裂縫計(jì)，監(jiān)測抗震鋼筋應(yīng)力和混凝土裂縫。在10號(hào)壩段樁號(hào)壩縱0+222.10、壩縱0+230.70布置兩個(gè)監(jiān)測斷面，各斷面壩體上游面抗震鋼筋高程1430m、高程1443.50m處布置光纖光柵式鋼筋計(jì)、裂縫計(jì)，共計(jì)4支光纖光柵式鋼筋計(jì)、4支光纖光柵式裂縫計(jì)，監(jiān)測抗震鋼筋應(yīng)力和混凝土裂縫。在15號(hào)壩段樁號(hào)壩縱0+383.10、壩縱0+391.90布置兩個(gè)監(jiān)測斷面，各斷面壩體上、下游面抗震鋼筋高程1493m、高程1503m處布置光纖光柵式鋼筋計(jì)、裂縫計(jì)，共計(jì)6支光纖光柵式鋼筋計(jì)、4支光纖光柵式裂縫計(jì)，監(jiān)測抗震鋼筋應(yīng)力和混凝土裂縫。

3.2.5 大壩地震反應(yīng)

大壩地震反應(yīng)監(jiān)測選擇在4號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、15號(hào)壩段壩頂和左右岸灌漿洞內(nèi)各布置1個(gè)強(qiáng)震監(jiān)測點(diǎn)，10號(hào)壩段高程1453m廊道和廠房發(fā)電機(jī)層各布置一個(gè)強(qiáng)震監(jiān)測點(diǎn)，4號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、15號(hào)壩段基礎(chǔ)灌漿排水廊道各布置一個(gè)強(qiáng)震監(jiān)測點(diǎn)，組成一個(gè)大壩強(qiáng)震監(jiān)測臺(tái)陣。為了獲取自由場地的地震動(dòng)特征，在壩下游邊坡穩(wěn)定區(qū)域的適當(dāng)位置布置1臺(tái)強(qiáng)震儀進(jìn)行監(jiān)測。以上共計(jì)13個(gè)強(qiáng)震監(jiān)測點(diǎn)。

3.2.6 水力學(xué)

水力學(xué)監(jiān)測主要針對溢流壩及消力池、左沖底孔等泄水建筑物，主要監(jiān)測項(xiàng)目包括水面線、底流速、動(dòng)水壓力、脈動(dòng)壓力、振動(dòng)、空蝕、空化、空腔負(fù)壓等。溢流壩及消力池水力學(xué)監(jiān)測選擇3號(hào)、4號(hào)閘墩及溢流壩、消力池邊墻、壩縱0+074.50m、壩縱0+086.40m、壩縱0+087.40m、壩縱0+095.50m、壩縱0+096.50 m、壩縱 0+107.40m、壩縱 0+108.40m、壩縱 0+116.50m、壩縱0+117.50m、壩縱0+137.50m作為監(jiān)測斷面，共布置表面脈動(dòng)壓力測點(diǎn)24個(gè)、縫隙脈動(dòng)壓力測點(diǎn)12個(gè)、振動(dòng)測點(diǎn)12個(gè)、水聽器測點(diǎn)2個(gè)、水尺20條。左沖底孔在工作閘室，閘室后中隔墩及邊墻、消力池邊墻、消力池中心線（壩橫0+195.867）作為監(jiān)測斷面，共布置水面線測點(diǎn)19個(gè)、動(dòng)水壓力測點(diǎn)10個(gè)、底流速測點(diǎn)4個(gè)、空穴監(jiān)聽測點(diǎn)4個(gè)、通氣井風(fēng)速測點(diǎn)2個(gè)、空腔負(fù)壓測點(diǎn)2個(gè)。

4 結(jié)語

綜上所述，大壩安全監(jiān)測的意義重大，影響大壩安全的因素有很多，為了提高大壩安全監(jiān)測效果，必須制定系統(tǒng)的大壩安全監(jiān)測方案，有針對性地開發(fā)新型監(jiān)測技術(shù)。同時(shí)還要制定完善的預(yù)警機(jī)制和應(yīng)急預(yù)案，確保大壩安全、減少損失。

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