大壩安全監(jiān)測的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

[摘 要]對(duì)運(yùn)行中大壩的結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià),是十分復(fù)雜的問題,大壩安全監(jiān)測資料是完善評(píng)價(jià)體系的基石。筆者通過遼寧省內(nèi)個(gè)別水庫列為病險(xiǎn)庫事例,從分析影響大壩安全的各種因素入手,對(duì)大壩安全監(jiān)測的若干問題談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

[關(guān)鍵詞]大壩 安全 監(jiān)測 運(yùn)行

作者簡介:姜鳳海,1963年出生,男,遼寧鐵嶺,現(xiàn)從事水庫供水管理,工程師。

前言 大壩特殊性主要表現(xiàn)在:①投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性;②結(jié)構(gòu)、邊界條件及運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性;③設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性

大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運(yùn)行性態(tài)和安全狀況的有效手段,也是對(duì)大壩的結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。

一、影響大壩安全的因素

影響大壩安全的因素很多,有關(guān)資料表明:30%是由于設(shè)計(jì)洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事;27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜,基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故;20%是由于地下滲漏引起揚(yáng)壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起;11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)以及施工質(zhì)量等原因;12%是不同的特有原因所致。

大壩失事的原因大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計(jì)、施工和自然因素引起,它沒有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程,而是一旦大壩建成就已確定,如地質(zhì)勘測、水文資料有誤、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、浸蝕、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,或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞,如參窩水庫屬于第三類情況。目前,大壩安全監(jiān)測主要是針對(duì)后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個(gè)階段來討論,著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。

(一)設(shè)計(jì)階段。在設(shè)計(jì)階段,壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等;樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。如喀什一級(jí)大壩位于高地震烈度區(qū),在1985年大地震時(shí),迎水面滑落庫中,其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的,特別是水文計(jì)算及地質(zhì)勘探和處理兩個(gè)方面,如柴河水庫、參窩水庫,前期勘探、設(shè)計(jì)工作不夠是造成后期工程除險(xiǎn)加固的重要原因之一。

(二)施工階段。施工階段能否貫徹設(shè)計(jì)意圖、確保施工質(zhì)量,特別是有效解決施工中發(fā)現(xiàn)的新問題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一,如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結(jié)構(gòu)的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機(jī)電安裝等都將直接影響大壩的安全。參窩水庫大壩在施工中,其壩體碾壓沒有達(dá)到工程質(zhì)量要求,至使后期工程加固維修。如清河水庫大壩迎、背水坡工程施工時(shí),所用石料來自開挖溢洪道的碴石,抗風(fēng)化能力極低,后期對(duì)大壩護(hù)坡進(jìn)行更新改造。

(三)運(yùn)行階段。運(yùn)行管理涉及水庫調(diào)度、大壩及附屬機(jī)電設(shè)施檢查、監(jiān)測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評(píng)價(jià)等,其中每一環(huán)節(jié)都事關(guān)大壩的安全。如清河水庫運(yùn)行五十年來出現(xiàn)的防浪墻裂縫、測壓管70%堵塞、監(jiān)測系統(tǒng)滯后、出口閘門設(shè)備老化等安全問題。

二、大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵

通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多,并且時(shí)間跨度大(從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)行管理)。大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發(fā)揮工程效益。

(一)監(jiān)測范圍和內(nèi)容。大壩安全監(jiān)測范圍和內(nèi)容包括:“壩體、壩基、壩肩,以及對(duì)大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。可見關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內(nèi)容多,如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級(jí)水庫的運(yùn)行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。 大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進(jìn)行確定,根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級(jí)水庫大壩,大壩安全監(jiān)測的時(shí)間應(yīng)從設(shè)計(jì)時(shí)開始直至運(yùn)行管理,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況,還應(yīng)包括輔助機(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。

(二)大壩安全監(jiān)測的針對(duì)性。大壩安全監(jiān)測是針對(duì)具體大壩的具體時(shí)期做出的,一定要有鮮明的針對(duì)性。a)時(shí)間上的針對(duì)性。由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時(shí)期,因此在前一個(gè)階段監(jiān)測的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn),而后者則應(yīng)是針對(duì)材料老化和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。b]空間結(jié)構(gòu)上的針對(duì)性。針對(duì)具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地加強(qiáng)監(jiān)測,如針對(duì)面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。

大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理互相補(bǔ)充,大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng)造條件。

(三)監(jiān)測手段和方法。大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測,前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進(jìn)儀器和技術(shù)對(duì)大壩特別是隱患進(jìn)行檢查,以便作到早發(fā)現(xiàn)早處理,如借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進(jìn)行檢查,從而完成對(duì)其定位及嚴(yán)重程度的判定。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜,同時(shí),由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監(jiān)測的難度增大。另一方面,目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(diǎn)(小范圍)監(jiān)測”,如測縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過測點(diǎn)的裂(接)縫開度的變化,而不能發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點(diǎn)監(jiān)測到的是壩體(基)綜合反應(yīng),因而難以進(jìn)行具體情況的原因分析。

監(jiān)測手段和方法必須多樣化,將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來,如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。

筆者認(rèn)為一種費(fèi)用低、安裝調(diào)試簡單、易維護(hù)、可以進(jìn)行大范圍監(jiān)測、實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。

三、結(jié)語

分析可知,大壩安全監(jiān)測實(shí)際上是一種管理,其根本目的是為了工程效益。綜合起來可以得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí): (一)大壩安全監(jiān)測范圍空間上、時(shí)間上應(yīng)從設(shè)計(jì)開始。大壩安全監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括與大壩安全有關(guān)的泄洪及機(jī)電設(shè)備; (二)大壩安全監(jiān)測應(yīng)與氣象、水情、洪水預(yù)報(bào)及水庫調(diào)度結(jié)合起來,使之成為水庫運(yùn)行調(diào)度決策支持系統(tǒng)的一部分,真正為工程效益的最大化服務(wù);(三)大壩安全監(jiān)測應(yīng)充分利用科技進(jìn)步,走向即時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。