水工建筑物安全監(jiān)測布置優(yōu)化方法研究

王順

株洲市水利水電規(guī)劃勘測設計院 湖南株洲 412007

1 泄水建筑物布置原則

（1）工程規(guī)模小，從安全性、經(jīng)濟性、運行管理的方便性等方面考慮，泄水建筑物由溢洪道和泄洪洞（兼導流洞）組成。

（2）工程枯水期來水量較小，汛期洪水較大，大壩為均質(zhì)土壩，因此泄水建筑物應滿足超泄能力較大、運行簡單、管理方便、造價低廉的原則，故溢洪道不設閘門，采用自由溢流方式。

（3）泄水建筑物布置應盡量選擇有利的地形和地質(zhì)條件布置在岸邊，并盡量避免開挖而形成高邊坡。溢洪道進、出口的布置應使水流順暢。

（4）泄洪洞與導流洞結合，施工期參與導流，運行期參與泄洪。泄洪洞兼導流洞一次建成，滿足導流泄洪的要求，減少工程投資[1]。

2 監(jiān)測布置點的布置方法

若水工建筑物主體曲面在主方向上的面積比較大，就有較大的可能性使得某些監(jiān)測點間距過大，此時，采用主成分分析法在建筑物的曲面變化主要方向上加以詳細分析，其目的就是要將局部的所有近似在一個平面的監(jiān)測點歸為一個類別，通過降低插值擬合過程中的計算誤差，形成向量空間聚類布置劃分。對于相近的一類監(jiān)測點聚類中，可以考慮采用歐氏距離法完成相關的分析。歐氏距離聚類法可以對各監(jiān)測點集再進一步劃分，那些不滿足在同一平面限定條件的安全監(jiān)測點會被繼續(xù)進行拆分，最終所有監(jiān)測點集都能夠符合平面度標準。在水工建筑中，安全監(jiān)測點的的選擇可能會更加復雜，必須考慮具體工程的情況，根據(jù)需要作出必要的調(diào)整。

3 水工建筑物安全管理原因

3.1 磨蝕破壞

大部分的水工建筑物都處在高速流動的水流中，水中若含有大量泥沙或其他顆粒類物質(zhì)，在高速水流流經(jīng)水工建筑物表面時，會對其產(chǎn)生一定的沖擊，若泥沙含量大，沖刷面積也會增大，長此以往，磨蝕破壞程度也在不斷提升，且被破壞部位一般都位于水下，檢查與維修難度也較大。維修時，需要投入大量的資金與高超的技術和裝備，維修時間長，水工建筑物此時也不能使用，會對周邊人們的日常生活造成很大的影響[2]。

3.2 凍融破壞

水工建筑物在建設時多使用混凝土作為建筑材料，但混凝土本身性能存在一定的缺陷，會呈現(xiàn)出凍融破壞。世界許多區(qū)域都會產(chǎn)生氣候的交替性變化，當溫度處于零度以下時，水凍結成冰，出現(xiàn)膨脹應力，膨脹應力較大時，水工建筑物的結構會出現(xiàn)裂縫，建筑物表面也會出現(xiàn)削落現(xiàn)象繼而遭到破壞。發(fā)生凍融破壞時，建筑物內(nèi)部的混凝土材料處于飽水狀態(tài)，加上外界溫度出現(xiàn)冷熱循環(huán)變化，結構表面和內(nèi)部的水會出現(xiàn)凍結和融化，形成凍融循環(huán)。

4 水工建筑物的安全管理措施

4.1 安全監(jiān)測過程管理

在進行安全監(jiān)測過程管理時，相關觀測人員一定要與水工建筑物的設計和施工部門共同檢查混凝土工程與基礎工程的實際質(zhì)量，也要準備好水工建筑物的監(jiān)測準備與建筑物的結構和高程控制，及時發(fā)現(xiàn)處理觀測數(shù)據(jù)中的不足和缺陷，更全面的進行水工建筑物的安全監(jiān)理工作。監(jiān)理過程中，要整合好觀測數(shù)據(jù)與資料以確保觀測結果的準確性，并根據(jù)監(jiān)測結果及時處理水工建筑物中存在的問題。

4.2 水工建筑物消缺管理

消缺處理主要包括這幾個方面：①滲漏處理。水工建筑物的滲漏問題主要出現(xiàn)在主廠房、河床壩段等地，分縫漏水情況最為嚴重，處理時，專業(yè)的工作人員要根據(jù)不同的滲漏情況針對性的分析處理，將滲漏問題從源頭控制。②泄洪底板破壞處理。以實際情況來看，我國的水工建筑物中的泄洪建筑物基本都經(jīng)歷過多次泄洪，使其在長期被水沖刷后出現(xiàn)破損問題。例如，底板部位的澆筑混凝土被沖刷，中孔與表孔溢流面存在著些不規(guī)則的龜裂，此時可以使用環(huán)氧砂漿或聚合物砂漿對其進行修補修理，繼而提升泄洪建筑物的質(zhì)量。③岸邊邊坡滑坡處理。岸邊的邊坡因為遭受水流多次沖刷，很容易存在滑坡風險，相關修理人員要定期檢查岸邊邊坡，做好一定的預防措施[3]。

4.3 水工建筑物破壞管理措施

①磨蝕管理。設計時應考慮日后的磨蝕，在水工建筑物的整體設計中添加抗磨蝕部分，將過流部分的建筑物降低，加入泄洪元素。同時，也要增加消力池厚度，增加抗磨蝕能力，并加強水工建筑物的施工管理，確保施工環(huán)節(jié)質(zhì)量。在發(fā)現(xiàn)水工建筑物已經(jīng)被破壞時，要及時維修，并做好定期監(jiān)測。②空蝕管理。預防空蝕磨壞主要可從三個方面處理，一是要提高水流空化數(shù)，降低破壞強度；二是要在設計時改善水閘形狀，降低局部壓力，并使用合理的水流結構，避免空泡和微射流破壞壁面；三是要應用向水流內(nèi)加氣的方式，改變水流物理性質(zhì)。③凍融管理。凍融管理可從地基和結構方面共同改善，防護地基時，可使用保溫法和排水隔離法，增加熱阻，并避免水工建筑物與水直接接觸，而結構方面則是要利用深基礎法穩(wěn)定結構，保護水工建筑物。

5 結語

水工建筑物的種類較多，不僅包括各個大壩主體，也包括各種附屬設施，引水建筑物、泄洪建筑物、廠房等均屬于此類，這些設施都有共同的特征，即結構復雜、規(guī)模較大，基于此情況，水工建筑物的維護、管理難度都比較高，也加大著安全問題的發(fā)生幾率。因此，為進一步提高水工建筑物的整體質(zhì)量和其運行的安全性，必須要結合實際情況增強安全管理工作，不僅能提高質(zhì)量和安全性，也能推動當?shù)厣鐣?jīng)濟市場的發(fā)展。