關(guān)于幾種大壩安全監(jiān)測儀器可靠性評價方法的探討

楊紹興

摘要：為了監(jiān)測大壩應(yīng)力及應(yīng)變，在大壩上埋設(shè)了很多傳感器，它們對大壩的性態(tài)進行實時的監(jiān)測。但是隨著傳感器長期的使用，也會出現(xiàn)很多質(zhì)量問題，本文針對大壩中測量儀器和監(jiān)測方式進行簡單評估，探討問題及解決措施。

關(guān)鍵詞：大壩安全，檢測方式，檢測項目

1引言

隨著大壩在長期的運行過程中，內(nèi)部安全監(jiān)測儀器的可靠性和穩(wěn)定性也得到降低。為了找出大壩安全監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀，準確區(qū)分現(xiàn)有儀器和不可用儀器，有必要按照一定的方法對監(jiān)測儀器進行全面監(jiān)測。檢查和鑒定。

2鋼弦式儀器檢測

最近十年，鋼弦式儀器在大壩安全監(jiān)測中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于鋼弦式儀器的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度高，具有很好的長期可靠性及穩(wěn)定性，頻率信號可以遠距離傳輸?shù)葍?yōu)異特性，鋼弦式儀器在許多地方基本取代了電阻式等傳統(tǒng)的傳感器。

2.1采用孔隙水壓計監(jiān)測

在中國的土石壩均采用孔隙水壓計監(jiān)測壩體的孔隙水壓力和壩基揚壓力。施工期在心墻中設(shè)置孔隙水（滲）壓計監(jiān)測心墻的孔隙水壓，以便能通過調(diào)整相應(yīng)的施工進度避免過高的心墻孔隙水壓。

大多數(shù)土石壩的揚壓力監(jiān)測，主要是將滲（揚）壓計放人標準的測壓管中進行的。在許多老壩中，現(xiàn)存的測壓管直徑通常偏小，滲（揚）壓計尺寸的微型化至關(guān)重要，某公司鋼弦式儀器直徑最小可達lmm，從而無需掃孔即可直接放人絕大部分工程的測壓管中。在老土壩中采用鉆孔后埋設(shè)滲（揚）壓計也是一種可用的方法，但應(yīng)注意鉆孔引起壩體中的材料抗?jié)B性破壞。在許多情況下是采用尖頭的貫人式滲壓計，連接在鉆桿頭上壓人軟土體中。中國的一些工程中，當鉆孔埋設(shè)滲（揚）壓計可能出現(xiàn)問題時，常采用貫人式，或者采用兩種方式結(jié)合。

2.2采用鋼弦式水壓計檢測

采用鋼弦式水壓計對庫水位和滲流量進行監(jiān)測是一種非常簡單而又可靠的方法。由于鋼弦式水壓計量程可以做到很大或很小，可為0.10～100m水頭（中國浙江某大型抽水蓄能電站，采用的某公司鋼弦式滲壓計亦達8MPa），而精度卻很高（可達萬分之幾）。在用于庫水位量測時，只需將一只適當量程的鋼弦式水壓計放人庫內(nèi)即可，比較傳統(tǒng)方法節(jié)省了大量土建費用。在進行滲流量監(jiān)測時，只需將一只微量程的鋼弦式水壓計放人滲流堰內(nèi)，這種鋼弦式微壓計通?？梢詼y出小達0.lmm（或更?。┑难咚^變化，從而得出滲流量。在微壓量測中，大氣壓變化的影響是不容忽視的。邊種鋼弦式微壓計可以消除大氣壓變化的影響。

鋼弦式儀器被廣泛采用的其他原囚是其令人滿意的耐惡劣環(huán)境和快速反應(yīng)能力以及便于自動化接口。中國的某工程采用了三支某鋼弦式水壓計用于監(jiān)測調(diào)壓井高達175m的水位變幅，水位變化高達0.80m/s，要求每秒一次自動監(jiān)測并實時圖形顯示，精度要求在175m量程內(nèi)達到3cm，這些要求對傳統(tǒng)的傳感器無疑是嚴峻的挑戰(zhàn)，然而，鋼弦式儀器卻可以勝任。

3碾壓混凝土及混凝土壩

3.1鋼弦式測縫計及溫度計檢測

碾壓混凝土是一種較新型的筑壩方法，在全世界均得到廣泛采用。在碾壓混凝土中，通常會產(chǎn)生一些施工裂縫，可以采用防止混凝土過熱及灌漿方法進行控制。對碾壓混凝土壩的監(jiān)測通常采用鋼弦式測縫計及溫度計（鋼弦式儀器通常均帶測溫功能），較大部分其他類型的僅器，鋼弦式儀器更適應(yīng)碾壓混凝土的惡劣工作條件而無需改造，通常只需對電纜加以特殊保護以防止施工機械帶來的破壞。南非的一個碾壓混凝土壩中，采用了10多只測縫計沿壩軸線串聯(lián)在一起，用于監(jiān)測壩體的裂縫狀態(tài)。

3.2變形與應(yīng)變檢測

混凝土壩的變形與應(yīng)變是在施工期將位移計和應(yīng)變計預(yù)埋于測點進行觀測。在已建成的壩中，有關(guān)裂縫的觀測是將測縫計安裝在裂縫表面進行的。測縫計也用于壩體鉆孔中以監(jiān)測由于化學(xué)作用而產(chǎn)生的混凝土膨脹，鋼弦式測縫計也用于量測在大壩改造中新老混凝土接合處的監(jiān)測。

在許多混凝土壩中，壩的變形與偏轉(zhuǎn)是采用垂線式引張線來監(jiān)測，然而，這些措施通常采用其他一些技術(shù)措施來強化，最常采用的一種方法是鉆孔多點位移計，直接從壩內(nèi)廊道貫穿到基礎(chǔ)。多點位移計也用于基礎(chǔ)的變位，在研究壩的長期性態(tài)時，采用數(shù)據(jù)記錄儀自動記錄的多點位移計將非常有用。典型的鉆孔位移計主要山不銹鋼或溫度系數(shù)最低的碳纖測桿以及錨頭，采用鋼弦式電測頭精度可高達0.01mm?？偠灾?，鋼弦式儀器的發(fā)展已經(jīng)使其可適應(yīng)絕大部分的大壩安全監(jiān)測，在今天，鋼弦式儀器深受歡迎并在不少地方取代傳統(tǒng)的電阻式等儀器，其原因在于價格低廉、種類齊全、具有優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性、可靠性、耐久性及高精確度。

3.3倒垂線檢測

倒垂線孔可說是巖心鉆探中最難施工的一種鉆孔，鉆孔雖說不算深，一般在30～50m之間，孔徑在中168mm～300mm之間，但垂直精度要求很高，鉆孔偏斜距一般在20mm～40mm以內(nèi)，要達到這一指標是很難的。目前鉆進倒垂孔鉆進方法大致有兩種：一種是無巖心鉆探，用沖擊鉆頭或牙輪鉆頭鉆進;另一種是有巖心鉆探，用鋼粒、硬質(zhì)合金、金剛石鉆進。本文認為，這兩種鉆進方法稍有不慎很難達到精度要求，有些鉆孔曾鉆幾次都達不到要求，工程造價每米超過數(shù)千元，甚至有些鉆孔報廢。經(jīng)過4個倒垂孔的鉆探施工，現(xiàn)就如何鉆進好大壩倒垂孔談些見解，供同行業(yè)參考。

倒垂線浮體裝置采用恒定浮力式，浮子的要求浮力按下式確定：

浮子浸入油中的體積V為：

浮子的實際浮力P為：

式中：G為浮子自重。

根據(jù)到垂線所承受的拉力（浮力P）計算鋼絲的實際應(yīng)力σ：

式中：d為鋼絲的直徑cm，S為鋼絲截面積cm2。

不銹鋼絲的極限強度為σ0（取13000㎏f/cm2），鋼絲抗拉安

全系數(shù)K為：

根據(jù)混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（DL/T5178-2016）的規(guī)定：倒垂線線體強度應(yīng)大于浮子浮力的3倍，即K≥3。

通過測量結(jié)果顯示鋼絲平均安全系數(shù)為3.18，但是超出標準也不達到10%，在使用中也不是非常有儲備能量。由于倒垂線在使用時，長期承受荷載作用下，如果承受的浮力過大、而且垂線維護不合理導(dǎo)致生銹時，垂線橫斷面變小，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，此時的鋼絲原有的安全系數(shù)會發(fā)生急劇下降，易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

4定向側(cè)鉤埋設(shè)垂線

埋設(shè)倒垂線有兩種方法：一種是常規(guī)埋設(shè)，用錨桿插人護管底內(nèi)的水泥漿里。這種方法埋設(shè)誤差大，一般為20mm，牢固性也差，時間長，有時會造成埋設(shè)失敗。另一種是采用定向倒鉤埋設(shè)垂線新技術(shù)，用正鉤、倒鉤來完成垂線埋設(shè)。倒鉤根據(jù)鉆孔側(cè)斜資料，確定好最佳位置后，將倒鉤事先焊在護管底內(nèi)，定向下好護管，正鉤連同垂線牢牢地鉤住，這樣既簡單、準確，又省時、省力。如有效口徑偏小，可實現(xiàn)“抓下保上”，充分利用孔內(nèi)的有效口徑，準確無誤地將垂線固定在所需要的位置上，其結(jié)構(gòu)見示意圖。

定向倒鉤埋設(shè)垂線有如下優(yōu)點：

1）成功率為100%;

2）對下護管調(diào)試，護管回填起到監(jiān)控作用;

3）可以克服磁性干擾，提高埋設(shè)質(zhì)量;

4）垂線固定點若不夠理想，還可以通過正鉤在地表進行調(diào)整;

5）垂線埋設(shè)后，用1：1水泥砂漿捏成直徑20mm的球，從孔口慢慢投人，省時省力。

6結(jié)束語

大壩鋼弦式檢測和倒垂孔鉆進檢測技術(shù)在水電部門發(fā)展很快，施工隊伍越來越多，隨著水利資源的開發(fā)，對檢測要求越來越高，也提出更高更精的要求。一定保障安全的檢測，并且技術(shù)過硬，才能給大壩提供安全保障。

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