大型水閘工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)研究

于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013)

大型水閘工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)研究

于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013)

近年來(lái)，在水利工程設(shè)計(jì)中，安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)受到越來(lái)越多的重視。但各工程在監(jiān)測(cè)方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容差異較大。為了更好地規(guī)范今后的設(shè)計(jì)，本文主要針對(duì)大型水閘安全監(jiān)測(cè)的目的、設(shè)計(jì)的基本要求、具體設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行詳述。

大型水閘;安全監(jiān)測(cè);設(shè)計(jì)

1 前言

隨著水利事業(yè)的快速發(fā)展和眾多水利工程的興建，出現(xiàn)了許多需要解決的問(wèn)題。由于地質(zhì)條件、自然環(huán)境等因素的復(fù)雜性以及人們認(rèn)識(shí)上的局限性，目前在工程設(shè)計(jì)中尚不能預(yù)見(jiàn)所有的工程安全問(wèn)題，從而使工程安全存在諸多潛在風(fēng)險(xiǎn)。

工程安全監(jiān)測(cè)能及時(shí)提供水工建筑物工作性態(tài)的第一手資料，是及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程安全隱患的一種有效的方法。我國(guó)自20世紀(jì)50年代起，已經(jīng)開(kāi)展了一系列工程安全監(jiān)測(cè)的探索，經(jīng)過(guò)幾代水利人的不懈努力，工程安全監(jiān)測(cè)在儀器研制、埋設(shè)技術(shù)、自動(dòng)化采集以及資料整編分析方面都取得了很大進(jìn)步，一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善。舉世矚目的三峽工程，埋設(shè)監(jiān)測(cè)儀器總計(jì)達(dá)10萬(wàn)多支，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)模堪稱世界第一。本文主要對(duì)大型水閘工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳述，為今后水閘監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供參考。

2 水閘安全監(jiān)測(cè)的目的

a.為工程運(yùn)行管理及調(diào)度提供可靠的信息，為正常、安全運(yùn)行服務(wù)。

b.監(jiān)視水閘的運(yùn)行安全，全面反映整個(gè)水閘的工作狀況，對(duì)可能發(fā)生的險(xiǎn)情提前預(yù)報(bào)。

c.掌握施工期各部位的狀況，驗(yàn)證施工工藝的合理性，并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)，滿足水閘施工要求，同時(shí)也為驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)、驗(yàn)證或修改施工方案提供依據(jù)。

d.根據(jù)監(jiān)測(cè)資料驗(yàn)證設(shè)計(jì)成果的正確性，為以后的工程設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展積累資料。

3 水閘安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的基本要求

水閘監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“突出重點(diǎn)、全面兼顧、統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施”的設(shè)計(jì)原則。監(jiān)測(cè)儀器設(shè)施的布置，應(yīng)密切結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)工程規(guī)模及特點(diǎn)，結(jié)合工程存在的主要技術(shù)問(wèn)題及難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照全面、可靠、適用、精確、方便、經(jīng)濟(jì)、迅捷，力求先進(jìn)和便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)理念，在綜合考慮監(jiān)測(cè)設(shè)施的耐久性、可靠性、自動(dòng)化性能及穩(wěn)定性等因素的前提下，使儀器的布置既能滿足工程各階段的安全要求，又能全面反映工程實(shí)際施工和運(yùn)行安全狀態(tài)。

4 水閘安全監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大型水閘安全監(jiān)測(cè)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。不同地區(qū)不同用途的水閘，其地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)狀況及運(yùn)行狀況也各有不同，因此對(duì)于不同的水閘，應(yīng)在結(jié)合工程特點(diǎn)，明確工程用途的基礎(chǔ)上，依據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)部位的選取、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的擬訂及其監(jiān)測(cè)設(shè)施的布置。

大型水閘常見(jiàn)的安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查是一種維護(hù)建筑物安全運(yùn)行最直接的措施，指用直覺(jué)方法或借助簡(jiǎn)單工具，通過(guò)建筑物外觀顯示出來(lái)的異?，F(xiàn)象判斷建筑物內(nèi)部可能發(fā)生的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)檢查分為日常檢查、定期檢查和特別巡視檢查。

4.2 表面變形監(jiān)測(cè)

水閘的表面變形監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要的觀測(cè)項(xiàng)目，是判斷水閘正常工作的基本條件，一般包括水平位移觀測(cè)和垂直位移觀測(cè)等。

位移觀測(cè)是利用光學(xué)或機(jī)械方法設(shè)置一條基準(zhǔn)線，測(cè)量測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的偏移值。在工程上常用埋設(shè)表面標(biāo)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和伸縮儀的方法測(cè)量。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)水閘的設(shè)計(jì)運(yùn)用情況，在有可能產(chǎn)生顯著外部變形的地方埋設(shè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，一般在設(shè)計(jì)時(shí)常選擇在閘墩、岸墻、翼墻頂部的端點(diǎn)和中點(diǎn)埋設(shè)標(biāo)點(diǎn)。其中沉降標(biāo)點(diǎn)在工程施工期可先行埋設(shè)在底板面層，在工程竣工后、放水前再引接到上述結(jié)構(gòu)的頂部，以便達(dá)到監(jiān)測(cè)資料的完整性。建筑物的第一次位移觀測(cè)應(yīng)在標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)后及時(shí)進(jìn)行，然后根據(jù)施工期不同荷載階段按時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，在工程竣工放水前、后應(yīng)立即對(duì)位移分別觀測(cè)一次，以后再根據(jù)工程運(yùn)用情況定期進(jìn)行觀測(cè)。

常用的變形觀測(cè)方法及要求見(jiàn)表1、表2。

表1 表面豎向位移監(jiān)測(cè)方法和要求

表2 表面水平位移監(jiān)測(cè)方法和要求

4.3 內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

水閘內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)包括水閘及其地基內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)例證明，建筑物的事故不是一蹴而就，而是從微觀性態(tài)的變化逐漸惡化的過(guò)程。因此內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)相比外部變形監(jiān)測(cè)更易于發(fā)現(xiàn)水閘異常的先兆。

內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)采用埋設(shè)儀器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)采用不同儀器，具體詳見(jiàn)表3：

表3 常用內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

應(yīng)力應(yīng)變屬于建筑物的微觀性態(tài)，是建筑物的微觀反應(yīng)或局部反應(yīng)。設(shè)計(jì)時(shí)，為了監(jiān)測(cè)水閘關(guān)鍵部位混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力，需要選擇水閘有代表性斷面中可能產(chǎn)生應(yīng)力集中或可能出現(xiàn)較大應(yīng)力的部位布置應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)，來(lái)監(jiān)測(cè)水閘的應(yīng)力狀況。

工程上較常用的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀器目前主要有兩種類型：差動(dòng)電阻式和振弦式。差動(dòng)電阻式儀器的優(yōu)點(diǎn)在于其可靠性和穩(wěn)定性較好，但傳統(tǒng)的差阻式儀器的靈敏度比較低，精度較小;相比差阻式儀器，振弦式儀器在靈敏度和精度方面一般比較高，長(zhǎng)電纜傳輸可靠，但對(duì)于安裝要求較高。水閘在設(shè)計(jì)時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器的形式應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)及工程要求進(jìn)行選用，此外，在選擇時(shí)應(yīng)兼顧所選儀器的成熟性、先進(jìn)性和應(yīng)用的便捷性，以確保日后施工便利和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

溫度觀測(cè)包括水閘內(nèi)部溫度觀測(cè)、邊界溫度觀測(cè)和地基溫度觀測(cè)。其目的是觀測(cè)水閘及其基礎(chǔ)溫度分布情況及變化規(guī)律。設(shè)計(jì)時(shí)，水閘內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及觀測(cè)儀器的選擇應(yīng)結(jié)合應(yīng)力測(cè)點(diǎn)進(jìn)行。

4.4 伸縮縫、裂縫監(jiān)測(cè)

水閘中的縫分為為克服過(guò)大的溫度應(yīng)力而設(shè)置的伸縮縫和由于荷載作用產(chǎn)生的裂縫。由于水閘使用環(huán)境的特殊性及質(zhì)量控制的重要性，對(duì)水閘縫的監(jiān)測(cè)是保證水閘安全的重要方法。監(jiān)測(cè)水閘結(jié)構(gòu)伸縮縫和荷載產(chǎn)生的裂縫的開(kāi)合度主要使用測(cè)縫計(jì)進(jìn)行觀測(cè)。

4.5 滲壓監(jiān)測(cè)

水閘滲壓監(jiān)測(cè)主要包括揚(yáng)壓力、滲透壓力、滲透量及側(cè)向繞流監(jiān)測(cè)等。

水閘工程中，基礎(chǔ)揚(yáng)壓力可采用測(cè)壓管進(jìn)行觀測(cè)，也可采用滲壓計(jì)。滲壓監(jiān)測(cè)設(shè)施需要預(yù)先埋設(shè)，測(cè)點(diǎn)沿水閘與地基的接觸面布置，通常在閘室及其上下游連接段的代表性部位下的地基上安裝滲壓計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，一般選擇在閘室的前后接縫處各布設(shè)一組滲壓計(jì)，其余根據(jù)閘室實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)。側(cè)向繞流可以通過(guò)在邊墩兩側(cè)預(yù)先埋設(shè)滲壓觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.6 土壓力監(jiān)測(cè)

土壓力監(jiān)測(cè)，可分為側(cè)向土壓力及地基反力監(jiān)測(cè)，通常采用土壓力計(jì)進(jìn)行觀測(cè)。監(jiān)測(cè)地基反力的土壓力計(jì)應(yīng)預(yù)先埋設(shè)在水閘與地基的接觸面上，選取有代表性部位，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)工程實(shí)際情況可以與滲壓計(jì)結(jié)合布置;監(jiān)測(cè)側(cè)向土壓力的土壓力計(jì)通常埋設(shè)在邊墩、翼墻等結(jié)構(gòu)外側(cè)與回填土的接觸面上，沿高度方向選取有代表性測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行布置。

5 水閘安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

a.監(jiān)測(cè)實(shí)際中，監(jiān)測(cè)部位的選取、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的擬訂及其監(jiān)測(cè)設(shè)施的布置應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)并依據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

b.儀器的選型應(yīng)以保證觀測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性為前提，選擇合理的適用條件、量程范圍和精度要求，避免盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)或任意降低標(biāo)準(zhǔn)。

c.水閘安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中由于測(cè)點(diǎn)多、測(cè)點(diǎn)布置分散，因此在設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。這樣可以有效避免由于測(cè)點(diǎn)多、導(dǎo)線混亂而導(dǎo)致的測(cè)點(diǎn)被混淆的錯(cuò)誤，為以后施工的順利進(jìn)行和獲得正確有效的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供了必要保證。

d.安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目多、測(cè)點(diǎn)多、工作非常繁瑣，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌各種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到充分優(yōu)化，力求做到簡(jiǎn)單全面。

6 結(jié)語(yǔ)

工程監(jiān)測(cè)不同于水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的做法，只能根據(jù)不同的工程情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程竣工后，一定要對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行回訪，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便為以后的工程設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)此以往，即可摸索出最優(yōu)的工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法。

1 林繼鏞．水工建筑物［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2009．

2 王才歡，屈國(guó)治，等．水工程安全檢測(cè)與評(píng)估［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2008．

3 吳中如．水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］．北京：高等教育出版社，2003．

4 SL 60—94土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．

Study on Large Sluice Project Safety Monitoring Design

YU Wen-peng，ZHANG Chao，LAN Hao
(Shandong Water Survey and Design Institute，Jinan250013，China)

Safety monitoring design obtains more and more attention during water conservancy project design in recent years．However，the design contents of various projects in the monitoring aspect are greatly different．The paper describes the aim，basic requirements and specific contents of design in detail in order to better regulate design in the future．

large sluice;safety monitoring;design

TV698.1

A

1005-4774(2013)08-0050-03