大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題的剖析

李文紅，陳 斌

( 浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠(chǎng)，浙江 衢州324000)

大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是安全監(jiān)測(cè)得以實(shí)施的基礎(chǔ)和保障，通過(guò)安全監(jiān)測(cè)并進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)掌握大壩的工作性狀，解決影響大壩正常運(yùn)作的隱患，并通過(guò)對(duì)投入應(yīng)用的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)以前設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)和不足。對(duì)大壩工程的安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行合理分析和研究，綜合探討安全監(jiān)測(cè)中常見(jiàn)的知識(shí)誤區(qū)，為改善設(shè)計(jì)施工提供科學(xué)、合理的依據(jù)。

1 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的類(lèi)別及特點(diǎn)

1．1 已建壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的更改設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著時(shí)間推移，必須進(jìn)行適時(shí)的更新改進(jìn)才能應(yīng)對(duì)大壩運(yùn)行的需要，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠更加合理有效地對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。對(duì)已建壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的更改設(shè)計(jì)，要根據(jù)大壩運(yùn)行期間出現(xiàn)的問(wèn)題，如壩體變形或沉陷，庫(kù)岸、邊坡的穩(wěn)定性降低以及出現(xiàn)裂縫、管涌、漏水狀況等，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入合理地分析，在原有的基礎(chǔ)上不斷更新改進(jìn)，以原來(lái)的設(shè)計(jì)為鑒，建立起適用于大壩現(xiàn)行狀況的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1．2 新建壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

在大壩工程設(shè)計(jì)的同時(shí)，就應(yīng)投入新建壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，用已有的工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新壩工程的設(shè)計(jì)資料來(lái)進(jìn)行新建壩的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。從事設(shè)計(jì)人員應(yīng)有相當(dāng)豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，盡量準(zhǔn)確估計(jì)大壩隱患可能產(chǎn)生的原因和方位，最大可能地避免或減少監(jiān)測(cè)布置中的盲點(diǎn)。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要注意的幾個(gè)問(wèn)題

2．1 水準(zhǔn)測(cè)量問(wèn)題

截至目前為止，對(duì)大壩垂直位移的觀(guān)測(cè)用精密水準(zhǔn)測(cè)量法居多，按一等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行水準(zhǔn)基點(diǎn)的校準(zhǔn)，通常達(dá)到的效果很好，但仍會(huì)存在一些問(wèn)題:

1) 水準(zhǔn)基點(diǎn)通常避開(kāi)壩區(qū)水庫(kù)，所以對(duì)校測(cè)壩區(qū)工作基點(diǎn)穩(wěn)定性的傳遞會(huì)由基點(diǎn)經(jīng)過(guò)水準(zhǔn)，而事實(shí)上，水準(zhǔn)基點(diǎn)會(huì)常遭破壞，致使一些工程在蓄水不久后，便中斷了對(duì)工作基點(diǎn)的校測(cè);

2) 壩基沉陷會(huì)伴隨大壩施工開(kāi)始到大壩建成的整個(gè)過(guò)程，因此，必須從設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行3個(gè)方面注重壩基沉陷，才能取得壩基沉陷的全過(guò)程資料;

3) 設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到廊道內(nèi)斜坡段坡度大導(dǎo)致水準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳遞困難的情況，根據(jù)具體實(shí)際決定是從下游橫向傳入廊道，還是從豎井垂直傳遞，無(wú)論怎樣都應(yīng)將高程數(shù)據(jù)傳入，否則，廊道內(nèi)沉陷測(cè)值只是底板的相對(duì)升降，而非蓄水后的絕對(duì)值;

4) 還有一些工程在橫向廊道內(nèi)上、下游部位設(shè)置標(biāo)點(diǎn)，想由高差推算基礎(chǔ)傾斜值，這種方法觀(guān)測(cè)精度不夠，取得效果并不明顯。比方說(shuō)一條長(zhǎng)50 m 的水準(zhǔn)線(xiàn)，其上、下游的端點(diǎn)高差測(cè)量精度若想符合基礎(chǔ)傾斜觀(guān)測(cè)精度±1″的要求，就不得＜0．25 mm。

2．2 變形監(jiān)測(cè)

大壩變形是安全監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，而壩體的水平和垂直位移是變形監(jiān)測(cè)的重中之重，《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定:所有混凝土壩的壩頂垂直位移精度為±1 mm，壩基為±0．3 mm;壩基傾斜的精度要求為±1″，支墩壩以及重力壩的壩頂水平位移精度為±1 mm，而壩基為±0．3 mm。這項(xiàng)規(guī)定為監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供了定量的客觀(guān)依據(jù)。變形監(jiān)測(cè)主要方法有引張線(xiàn)及垂線(xiàn)等。

1) 引張線(xiàn)觀(guān)測(cè)的綜合精度。引張線(xiàn)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)直線(xiàn)型或折線(xiàn)型大壩的水平位移。引張線(xiàn)法是在兩個(gè)固定基準(zhǔn)點(diǎn)之間張緊一根高強(qiáng)鋼絲作基準(zhǔn)線(xiàn)，用布設(shè)在大壩各觀(guān)測(cè)點(diǎn)的比測(cè)裝置測(cè)定各個(gè)測(cè)點(diǎn)偏離基準(zhǔn)線(xiàn)的變化量，進(jìn)而得到各測(cè)點(diǎn)的水平位移量。引張線(xiàn)可布置在壩頂或壩基廊道及壩體廊道中，其觀(guān)測(cè)精度可以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)規(guī)范要求。但應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于壩體較長(zhǎng)時(shí)采用的浮托式引張線(xiàn)，其綜合測(cè)量精度深受浮體的抗凍和抗蒸發(fā)性能及線(xiàn)體的復(fù)位能力和自由度的影響。

2) 垂線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。垂線(xiàn)監(jiān)測(cè)法分為正垂線(xiàn)和倒垂線(xiàn)，是量側(cè)大壩水平位移的監(jiān)測(cè)法。垂線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意線(xiàn)體設(shè)計(jì)和測(cè)量裝備都會(huì)影響到垂線(xiàn)量測(cè)精度:①垂線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)控制在＜50 m，垂線(xiàn)太長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩，降低量測(cè)精度。為防止垂線(xiàn)產(chǎn)生擺動(dòng)或振蕩，應(yīng)對(duì)可能的竄風(fēng)部位實(shí)行封閉，用套管保護(hù)設(shè)置在壩外或?qū)捒p的垂線(xiàn)，并保證密閉垂線(xiàn)觀(guān)測(cè)室的門(mén)，防止氣流產(chǎn)生;②應(yīng)選擇簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)備進(jìn)行人工觀(guān)測(cè)，雖然當(dāng)前遙測(cè)垂線(xiàn)坐標(biāo)儀的精度最差也為0．15 mm，遠(yuǎn)高于人工觀(guān)測(cè)，但為了避免監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)漏失，在布置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，應(yīng)并行布置人工觀(guān)測(cè)設(shè)備，以備必要時(shí)的校測(cè)。

2．3 溫度監(jiān)測(cè)

溫度監(jiān)測(cè)法在混凝土壩監(jiān)測(cè)中經(jīng)常用到，對(duì)壩基溫度、混凝土溫度以及壩庫(kù)水溫和氣溫的測(cè)量都有顯著效果。除專(zhuān)用溫度計(jì)外，國(guó)內(nèi)通用的差動(dòng)電阻式儀器均能兼測(cè)溫度。除過(guò)壩基，觀(guān)測(cè)對(duì)象中混凝土、大氣和水的溫度變幅通常在20 ～30 ℃之間，精度與變幅比例遠(yuǎn)＞1/10，測(cè)值較為可靠，能如實(shí)反映溫度的變化規(guī)律。

氣溫較之壩溫容易觀(guān)測(cè)，可以保證長(zhǎng)期連續(xù)預(yù)測(cè)，但根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，若大壩性狀出現(xiàn)異常，氣溫因子往往不能解釋原因，而結(jié)合壩溫分析，則能得到滿(mǎn)意的答案。尤其是施工時(shí)埋在處于大壩基礎(chǔ)面或其附近的溫度計(jì)，在大壩運(yùn)行時(shí)可以作為輔助工具進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)，而要探測(cè)基礎(chǔ)滲流的變化情況則需要實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)的分布以及變化規(guī)律。

2．4 壩基工作性狀的綜合監(jiān)測(cè)

據(jù)悉，很多大壩失事的緣由多是由壩基引發(fā)的，由于壩基及壩區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，要探測(cè)清楚壩基性態(tài)并進(jìn)行有效的工程處理是很難甚至沒(méi)可能的。水庫(kù)的形成使壩區(qū)巖體失去平衡，并會(huì)在水庫(kù)高水頭的長(zhǎng)期作用下持續(xù)惡化，引發(fā)諸多干擾大壩正常運(yùn)行的不利因素，為以后的發(fā)展速率埋下隱患。當(dāng)然大壩安全監(jiān)測(cè)不便直接用滲流滲壓監(jiān)測(cè)法，可將基礎(chǔ)水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)以及應(yīng)壓力監(jiān)測(cè)綜合起來(lái)，易于分析計(jì)算，盡最大可能完善大壩安全監(jiān)測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

成功的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)充分掌握壩工設(shè)計(jì)及施工中的關(guān)鍵性問(wèn)題，盡量準(zhǔn)確預(yù)估大壩在運(yùn)行期間可能出現(xiàn)的異常，根據(jù)實(shí)際選擇合適的監(jiān)測(cè)方法，讓監(jiān)測(cè)設(shè)備的布置恰如其分、恰到好處，有效獲取大壩運(yùn)行性態(tài)信息。同時(shí)，安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)還應(yīng)保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈活性，以免運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際需要實(shí)時(shí)更新、改善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為大壩運(yùn)行期間的安全提供更有利的保障，為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與施工工藝提取更多合理科學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)，提高大壩工程安全監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。

［1］楊立新，廖占勇．大壩及工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的討論［J］．水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2009(04) :52 －55.

［2］周少敏．淺議大壩的安全監(jiān)測(cè)［J］．黑龍江科技信息，2009(30):305.

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［4］王浩，李幫芬，夏艷松． 黃河龍口水利樞紐工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)［J］．水利水電工程技術(shù)，2011(02) :34 －37.

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