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摘要：大坝安全监测是大坝安全运行性态和安全状态的耳目,是支持水库安全管理的重要手段。因此,建立大坝安全监测系统是非常重要的。
关键词：大坝 安全监测 施工技术
中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：
前言
目前在大坝安全监测设计与施工方面存在一些问题和不足,对此还没有引起各方面应有的重视。很多技术上的问题,不仅带有普遍性,而且具有长期性,不同程度地影响了监测成果的真实性和可靠性,迫切需要提出来研究和解决。
一、大坝安全监测设计的类别及特点
1已建坝监测系统的更改设计
监测系统随着时间推移，必须进行适时的更新改进才能应对大坝运行的需要，使监测系统能够更加合理有效地对大坝进行安全监测。对已建坝监测系统的更改设计，要根据大坝运行期间出现的问题，在原有的基础上不断更新改进，以原来的设计为鉴，建立起适用于大坝现行状况的监测系统。
2新建坝的监测设计
在大坝工程设计的同时，就应投入新建坝的监测设计，用已有的工程经验，结合新坝工程的设计资料来进行新建坝的监测设计。从事设计人员应有相当丰富的工作经验，尽量准确估计大坝隐患可能产生的原因和方位，最大可能地避免或减少监测布置中的盲点。
二、大坝安全监测设计与施工技术分析
1变形监测
水平位移
a视准线
以往视准线法观测精度普遍较低,不能满足规范要求,今后除在观测技术及操作上采取措施外,主要是提高仪器精度,如果采用测角精度为0.5″,测距精度为1×10-6mm 的自动跟踪全站仪,不仅能满足水平位移观测精度要求,而且可以提高自动化水平。
b引张线
双向引张线是引张线的发展方向和必然趋势。当采用双向引张线时,需注意的是各测点的观测高程是不同的,它应随沿引张线垂径的变化而变化,设计时应分别对各测点高程进行计算。
c激光线
真空激光线的观测精度接近引张线法,相对误差可达1×10-7,可比视准线法提高一个数量级。大气激光线观测精度稍高于视准线。
(2)垂直位移
a表面位移
表面垂直位移监测目前仍以精密水准法为主,该法设有测点、工作基点和校核基点(基准点)三种。目前一般监测设计和施工都要求坝顶和坝基之间进行高程传递。
b内部位移
对于土石坝内部垂直位移,目前采用水管式沉降仪监测的比较多,这种方法必须随坝体填筑进行埋设,且需挖沟、浇筑混凝土垫层等,对施工有一定干扰。
c基准点
垂直位移监测的基准点,可采用平洞基岩标、钢管标、双金属标等多种方式。但需注意的是,只有在温度变化较大的部位设置基准点时,才应采用双金属标。
挠度
a正垂线
一些工程在进行正垂线设计时,没能将悬挂点设置在坝顶,而仅设置在上部廊道中,失去了观测坝顶最大挠度的可能,损失的这部分位移往往占很大的比例,
b倒垂线
倒垂线在钻孔底部锚固点的稳定性是比较可靠的,一般情况可不再校核倒垂线的稳定性。目前有不少工程采用控制网校核倒垂线,由于控制网观测精度低于倒垂线,所以效果不够理想。
(4)倾斜
a精密水准
采用精密水准法监测大坝倾斜是一种间接观测方法。此法简单、方便、适应性强,观测出两测点之间的相对高差,即可计算出倾斜角。
b静力水准
提高静力水准准确度的方法是设置补偿器,如果要求观测垂直位移还应测出补偿器的绝对高程。此外,当已知补偿器和测点罐体有效面积时,也可计算出相应的观测精度。
c倾斜仪
倾斜仪的型式有多种,混凝土坝规范虽有规定,但以往布置较少,建议采用遥测倾斜仪,将仪器布设在监测基面的不同高程,即可建成快速、可靠、精密的自动化监測系统。
d测斜仪
测斜仪受观测精度的限制,适用于观测土石坝、滑坡体及高边坡的倾斜,而不适用于混凝土坝及其基岩的倾斜监测。
2渗流监测
(1)测压管
监测渗流压力的测压管目前存在的问题比较多,有可能造成观测结果出现滞后和失真现象,不能反映工程的实际情况,现分述如下:
a管径
我国《土石坝安全监测技术规范》SL60-94,以下简称为“土石坝规范”,和混凝土坝规范都规定测压管管径为50mm,实际上大多数工程都超过规定值,一般采用值为3～6,即在575mm～150mm之间。
b进水段
测压管进水段长度应包括花管段和未封堵段,混凝土坝规范规定为钻孔“孔深离建基面不大于1.0m”,土石坝规范规定“一般长1m～2m,当用于点压力观测时,应小于0.5m”,
c观测
混凝土坝规范规定“两次读数之差不大于1cm”,土石坝规范规定“两次测读误差应不大于2cm”。我们认为这种规定还是比较宽的,尤其是土坝,似应将2cm 改为1cm,但实际工程上仍然难以达到,建议进一步提高电测水位仪器的测量精度。
(2)渗压计
国内外生产的渗压计品种较多,常用且国内已生产的有钢弦、电感和电阻式三种，但是各厂家仪器规格并不统一。
(3)渗流量
目前在我国大坝安全监测工作中,无论是混凝土坝或土石坝,对于渗流量监测的重要性的认识都很不够,以致造成不少高坝大库在蓄水后甚至发电运行10 多年后都缺少渗流量的监测资料,有些坝属施工时未建好,有些坝则在设计时就缺项。
3应力监测
(1)混凝土应力
观测结果表明,在混凝土应力观测中,混凝土无应力计观测是一项重要内容,其观测值中包括有温度、湿度和自生变形,这些变形对混凝土的应力状态会产生较大的影响。
(2)钢筋应力
混凝土坝规范中列出的钢筋应力计算公式的计算值是钢筋的综合应力(总应力) ,计算结果仅适合于钢筋单独受力作用的情况。当钢筋与混凝土联合作用后,由于受到混凝土徐变和自由体积变形的影响,便包含了荷载应力和附加应力两部分,为了求出与设计钢筋应力相应的荷载应力,就需要考虑混凝土徐变和自由体积变形的影响。
(3)岩石应力
岩石应力监测一般仍采用直接监测岩石应变的方法。由于岩石表面节理裂隙较多,在观测岩石应变时,往往要将传感器加长,加长杆一般为钢筋或钢管,长度为1m～2m或更长,为此,应考虑加长杆温度变化对测值的影响。
(4)土压力
土压计一般用于土体或土体界面的土压力观测,即使如此,由于受仪器结构效应、埋设效应、标定效应等因素影响,技术上尚不够成熟,致使土压力观测值与实际值相差较大。
(5)仪器鉴定
目前各工程监测仪器损坏失效的较多,究其原因是对仪器检查鉴定不够,致使维护工作跟不上。为了保证已安装埋设仪器测值的可靠和正常工作,及时对监测系统进行检查和鉴定是至关重要的。
4自动化监测
(1)测点选择
近年来自动化监测技术有了很大的发展,自动化监测具有精度高、速度快,可实现远程监测及传输等优点,获得了越来越多的应用。由于大坝测点较多,如何选择其中一部分纳入自动化系统是搞好自动化监测的关键。虽然每座大坝都有各自的特点和问题,但应满足监视大坝安全运行为主的原则是一致的,即应对可能存在安全隐患和异常部位的测点进行跟踪监测。
(2)报警系统
目前已建自动化监测的报警系统,一般只有测值超限报警功能,还应增加设备故障报警。同时对于测值超限报警也应包括监测物理量的技术监控指标报警。
(3)准确度
在已建立的自动化系统中,一般仅对系统的观测精度提出要求,而没有提出准确度指标,致使往往造成观测值精度很高,但准确度很低,不能反映大坝的真实性态。
(4)人工比侧
自动化监测不允许出现中断运行,必须长期可靠并真实反映大坝及地基的性态变化,发生故障能及时判断和迅速排除,同时可用人工观测取得数据。
结束语
大坝安全监测设计应保证监测系统的灵活性，以免运行时根据实际需要实时更新、改善监测系统，为大坝运行期间的安全提供更有利的保障，为优化设计方案与施工工艺提取更多合理科学的实践经验和理论依据，提高大坝工程安全监测的质量。
参考文献
[1]方卫华.综论土石坝的安全监测[J].红水河.2002(04)
[2]赵志仁,赵永.水利水电工程安全监测设计优化的研究[J].大坝观测与土工测试.2000(05)
[3]龙应斌,周克明.松子坑大坝安全监测系统简介[J].水利水文自动化.2000(03)
[4]郑民,阳武.飞来峡大坝安全监测自动化系统的实现[J].水利科技.2002(01)
关键词：大坝 安全监测 施工技术
中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：
前言
目前在大坝安全监测设计与施工方面存在一些问题和不足,对此还没有引起各方面应有的重视。很多技术上的问题,不仅带有普遍性,而且具有长期性,不同程度地影响了监测成果的真实性和可靠性,迫切需要提出来研究和解决。
一、大坝安全监测设计的类别及特点
1已建坝监测系统的更改设计
监测系统随着时间推移，必须进行适时的更新改进才能应对大坝运行的需要，使监测系统能够更加合理有效地对大坝进行安全监测。对已建坝监测系统的更改设计，要根据大坝运行期间出现的问题，在原有的基础上不断更新改进，以原来的设计为鉴，建立起适用于大坝现行状况的监测系统。
2新建坝的监测设计
在大坝工程设计的同时，就应投入新建坝的监测设计，用已有的工程经验，结合新坝工程的设计资料来进行新建坝的监测设计。从事设计人员应有相当丰富的工作经验，尽量准确估计大坝隐患可能产生的原因和方位，最大可能地避免或减少监测布置中的盲点。
二、大坝安全监测设计与施工技术分析
1变形监测
水平位移
a视准线
以往视准线法观测精度普遍较低,不能满足规范要求,今后除在观测技术及操作上采取措施外,主要是提高仪器精度,如果采用测角精度为0.5″,测距精度为1×10-6mm 的自动跟踪全站仪,不仅能满足水平位移观测精度要求,而且可以提高自动化水平。
b引张线
双向引张线是引张线的发展方向和必然趋势。当采用双向引张线时,需注意的是各测点的观测高程是不同的,它应随沿引张线垂径的变化而变化,设计时应分别对各测点高程进行计算。
c激光线
真空激光线的观测精度接近引张线法,相对误差可达1×10-7,可比视准线法提高一个数量级。大气激光线观测精度稍高于视准线。
(2)垂直位移
a表面位移
表面垂直位移监测目前仍以精密水准法为主,该法设有测点、工作基点和校核基点(基准点)三种。目前一般监测设计和施工都要求坝顶和坝基之间进行高程传递。
b内部位移
对于土石坝内部垂直位移,目前采用水管式沉降仪监测的比较多,这种方法必须随坝体填筑进行埋设,且需挖沟、浇筑混凝土垫层等,对施工有一定干扰。
c基准点
垂直位移监测的基准点,可采用平洞基岩标、钢管标、双金属标等多种方式。但需注意的是,只有在温度变化较大的部位设置基准点时,才应采用双金属标。
挠度
a正垂线
一些工程在进行正垂线设计时,没能将悬挂点设置在坝顶,而仅设置在上部廊道中,失去了观测坝顶最大挠度的可能,损失的这部分位移往往占很大的比例,
b倒垂线
倒垂线在钻孔底部锚固点的稳定性是比较可靠的,一般情况可不再校核倒垂线的稳定性。目前有不少工程采用控制网校核倒垂线,由于控制网观测精度低于倒垂线,所以效果不够理想。
(4)倾斜
a精密水准
采用精密水准法监测大坝倾斜是一种间接观测方法。此法简单、方便、适应性强,观测出两测点之间的相对高差,即可计算出倾斜角。
b静力水准
提高静力水准准确度的方法是设置补偿器,如果要求观测垂直位移还应测出补偿器的绝对高程。此外,当已知补偿器和测点罐体有效面积时,也可计算出相应的观测精度。
c倾斜仪
倾斜仪的型式有多种,混凝土坝规范虽有规定,但以往布置较少,建议采用遥测倾斜仪,将仪器布设在监测基面的不同高程,即可建成快速、可靠、精密的自动化监測系统。
d测斜仪
测斜仪受观测精度的限制,适用于观测土石坝、滑坡体及高边坡的倾斜,而不适用于混凝土坝及其基岩的倾斜监测。
2渗流监测
(1)测压管
监测渗流压力的测压管目前存在的问题比较多,有可能造成观测结果出现滞后和失真现象,不能反映工程的实际情况,现分述如下:
a管径
我国《土石坝安全监测技术规范》SL60-94,以下简称为“土石坝规范”,和混凝土坝规范都规定测压管管径为50mm,实际上大多数工程都超过规定值,一般采用值为3～6,即在575mm～150mm之间。
b进水段
测压管进水段长度应包括花管段和未封堵段,混凝土坝规范规定为钻孔“孔深离建基面不大于1.0m”,土石坝规范规定“一般长1m～2m,当用于点压力观测时,应小于0.5m”,
c观测
混凝土坝规范规定“两次读数之差不大于1cm”,土石坝规范规定“两次测读误差应不大于2cm”。我们认为这种规定还是比较宽的,尤其是土坝,似应将2cm 改为1cm,但实际工程上仍然难以达到,建议进一步提高电测水位仪器的测量精度。
(2)渗压计
国内外生产的渗压计品种较多,常用且国内已生产的有钢弦、电感和电阻式三种，但是各厂家仪器规格并不统一。
(3)渗流量
目前在我国大坝安全监测工作中,无论是混凝土坝或土石坝,对于渗流量监测的重要性的认识都很不够,以致造成不少高坝大库在蓄水后甚至发电运行10 多年后都缺少渗流量的监测资料,有些坝属施工时未建好,有些坝则在设计时就缺项。
3应力监测
(1)混凝土应力
观测结果表明,在混凝土应力观测中,混凝土无应力计观测是一项重要内容,其观测值中包括有温度、湿度和自生变形,这些变形对混凝土的应力状态会产生较大的影响。
(2)钢筋应力
混凝土坝规范中列出的钢筋应力计算公式的计算值是钢筋的综合应力(总应力) ,计算结果仅适合于钢筋单独受力作用的情况。当钢筋与混凝土联合作用后,由于受到混凝土徐变和自由体积变形的影响,便包含了荷载应力和附加应力两部分,为了求出与设计钢筋应力相应的荷载应力,就需要考虑混凝土徐变和自由体积变形的影响。
(3)岩石应力
岩石应力监测一般仍采用直接监测岩石应变的方法。由于岩石表面节理裂隙较多,在观测岩石应变时,往往要将传感器加长,加长杆一般为钢筋或钢管,长度为1m～2m或更长,为此,应考虑加长杆温度变化对测值的影响。
(4)土压力
土压计一般用于土体或土体界面的土压力观测,即使如此,由于受仪器结构效应、埋设效应、标定效应等因素影响,技术上尚不够成熟,致使土压力观测值与实际值相差较大。
(5)仪器鉴定
目前各工程监测仪器损坏失效的较多,究其原因是对仪器检查鉴定不够,致使维护工作跟不上。为了保证已安装埋设仪器测值的可靠和正常工作,及时对监测系统进行检查和鉴定是至关重要的。
4自动化监测
(1)测点选择
近年来自动化监测技术有了很大的发展,自动化监测具有精度高、速度快,可实现远程监测及传输等优点,获得了越来越多的应用。由于大坝测点较多,如何选择其中一部分纳入自动化系统是搞好自动化监测的关键。虽然每座大坝都有各自的特点和问题,但应满足监视大坝安全运行为主的原则是一致的,即应对可能存在安全隐患和异常部位的测点进行跟踪监测。
(2)报警系统
目前已建自动化监测的报警系统,一般只有测值超限报警功能,还应增加设备故障报警。同时对于测值超限报警也应包括监测物理量的技术监控指标报警。
(3)准确度
在已建立的自动化系统中,一般仅对系统的观测精度提出要求,而没有提出准确度指标,致使往往造成观测值精度很高,但准确度很低,不能反映大坝的真实性态。
(4)人工比侧
自动化监测不允许出现中断运行,必须长期可靠并真实反映大坝及地基的性态变化,发生故障能及时判断和迅速排除,同时可用人工观测取得数据。
结束语
大坝安全监测设计应保证监测系统的灵活性，以免运行时根据实际需要实时更新、改善监测系统，为大坝运行期间的安全提供更有利的保障，为优化设计方案与施工工艺提取更多合理科学的实践经验和理论依据，提高大坝工程安全监测的质量。
参考文献
[1]方卫华.综论土石坝的安全监测[J].红水河.2002(04)
[2]赵志仁,赵永.水利水电工程安全监测设计优化的研究[J].大坝观测与土工测试.2000(05)
[3]龙应斌,周克明.松子坑大坝安全监测系统简介[J].水利水文自动化.2000(03)
[4]郑民,阳武.飞来峡大坝安全监测自动化系统的实现[J].水利科技.2002(01)