水利工程大坝安全监测技术应用

水利工程大坝安全监测技术应用
摘要：众所周知，我国各种民生项目越来越完善，其中水利工程是重要构成
部分，大小水坝超过10万座，其中大型水坝约1500座，中型水坝约4000座。

随着工程建设水平的提高以及水资源开发利用的深入，水利工程地址条件越来越
复杂，规模也越来越大，且大部分水坝运行30年以上，受混凝土等建筑材料的
老化和钢筋的锈蚀引起大坝坝面出现裂缝，大坝坝体的实际强度已远小于其设计
强度，许多大坝的服役时间已经超出其设计使用年限，且长年处于带病运行状态。

一旦这些大坝发生破坏和失事，就会对其下游人民的生命和财产造成严重的损失，因此各国针对大坝的建设、管理、安全运行等都制订了相关的法律法规。

关键词：水利工程；大坝；安全监测技术
引言
水库大坝作为我国重要基础设施，承担着保障国家防洪安全、能源安全、供
水安全等功能，大坝安全也引起社会越来越广泛的关注。

我国各大江河干流、主
要支流及省市流域所管辖区域，多已经建立各自的水库群调度系统。

为实现现代
化的防洪减灾以及大坝智能化管理，很多大坝管理部门都建立起了水库大坝的安
全监控系统。

1大坝安全监测运行研究背景
安全监测作为水库大坝安全管理的重要组成部分，是掌握其安全状态的重要
手段。

监测设施运行不正常，直接影响大坝安全运行，也是历年来水库出险主要
原因之一。

根据对江西省大坝安全监测运行状况统计，以最常见的渗流压力、变形、渗流量监测项目为例，监测设施损坏比例分别约为30%、20%、80%，监测数
据异常比例为60%、40%、25%，严重影响大坝安全监测正常运行，增加了大坝运
行风险。

大坝安全监测运行风险是由主观与客观因素共同作用造成的结果，例如：施工质量差、不符合规范要求等，运行较短时间就发生损坏问题；观测设备精度
低或缺少相关的辅助设施，导致难以开展监测工作；长期缺乏有效的管护，监测
设施极易发生损坏；监测人员技术水平不高，监测意识淡薄，不重视有关工作等。

因此，系统评价监测设施运行管护、识别风险源是大坝安全监测运行风险的主要
任务之一。

目前，针对安全监测运行风险的研究较少，常用的方法有层次分析法、模糊综合评价法、神经网络法等，总结这些研究成果，主要有两个问题：一是所
用方法未将主观分析和客观计算有机结合，评价结果可信度不高；二是主要集中
在监测数据分析有关风险研究等方面，缺乏对监测运行管护等系统风险辨识和评价。

2水利工程大坝安全监测存在的问题
2.1监测点布置不合理
大河水库建设年代久远，已有的监测设施和监测点所测数据已不能反映大坝
位移变化情况，从而对大坝运行带来一定的安全隐患。

2.2监测功能较为单一
大坝位移监测系统功能比较单一，仅仅实现数据的采集、报表、曲线等功能，缺少必要的数据分析、资料整编等功能，软件大多基于C/S开发，只能在特定的
电脑进行操作，应用不便捷。

3水利工程大坝安全监测技术应用
3.1变形监测
3.1.1坝体基岩变位监测
为监测坝基岩体自开挖至拱坝浇筑完成并运行后的变形全过程,在坝基每个
坝段沿六个纵向断面各布设一套多点位移计,同时在每个横断面坝址和坝踵位置
各布设一套多点位移计,监测坝基岩体在拱推力作用下的变形。

3.1.2坝体及基础应力应变监测
坝体应力应变水平监测截面沿拱冠梁不同高程按10m~30m的间距,各个横断
面根据坝基高程510m到640m之间设7层监测仪器,水平分别在距上下游2.0m,水
平截面中部根据高程不同布置1到2套。

为了监测坝踵、坝址部位的应力情况,在拱冠梁坝踵部位布置4支应变计,在坝址部位布置2支应变计,应变计均布置在垫层混凝土内,呈竖向布置。

3.1.3坝体接缝及裂缝监测
为有利于混凝土在施工期间的散热,从而降低混凝土的收缩应力,防止混凝土产生裂缝,各坝段间设收缩缝。

在垂直于缝面,各灌浆区域沿高程方向梅花形设
1~2支单向测缝计以监测变形缝状态。

测缝计既可测缝的开合度,又可测温度。

同时设置诱导缝,诱导缝上布置测缝计不仅可以反映诱导缝的工作状态,同时也可以为拱坝封拱时机提供可靠的依据。

为监测拱坝建基面与坝体之间的开合度和错动情况,在拱坝基础设置5个横向监测断面,监测横断面与垂线,应力应变及温度坝段重合。

每个纵向监测断面在每个坝段布设一支测缝计,每个横向断面在顺水流方向布设4支测缝计,其中一支在坝锺部位,一支在坝址部位,坝中布置2支,这两支与纵向断面重合部分仪器共用,采用竖向布置单向埋入式测缝计。

3.2多元化气象信息应用
分布密集的地面观测站、天气雷达、多颗在轨的气象卫星这为提高气象灾害的监测预报预警体系提供了基础设施。

水库大坝的实时监控系统也可尝试加入长序列的气候预测、台风路径显示、雷达回波图、雷达反演降雨量产品、雷电监测产品、卫星云图等更丰富气象数据产品，通过高质量的气象数据产品的模块的增加使得水库大坝实时监控系统更加高效。

3.3边坡安全监测
边坡安全监测需考虑安全性和一致性,大坝边坡监测设置为1级,监测内容主要包括边坡变形监测。

坝肩开挖边坡范围较大,边坡较高。

根据两坝肩开挖边坡的实际情况,在左右坝肩开挖边坡各选取2个断面,其中1个布置拱肩槽上游侧顺向坡,一个布置在坝肩拱端部位。

运用多点位移计的设置,监测坝肩边坡内部深度变形。

每个断面布置锚杆应力计对进行边坡支护监测,锚杆应力计主要布置在长锚杆上裂隙发育部位,根据边坡裂隙发育情况选取部分长锚杆呈组布置应力计；
每个断面布置锚索测力计对锚索工作状态进行监测。

同时,在每个断面上布设4
支渗压计,监测地下水位情况,深入至地下水位至少1m以下,共布设16支渗压计。

3.4大坝表面位移监测
3.4.1监测点布置原则
大坝变形监测网主要由基准点、工作基点、变形观测点等组成。

其中基准点
应选取在变形影响区范围外的位置,每个工程基准点数量不应少于1个。

工作基
点需选取在稳定、使用方便的区域。

变形观测点需设置在可以反映大坝变形特征
的位置。

变形监测基准网由基准点、工作基点组成,基准网需半年复测一次。

3.4.2基准站设计
基准站的设置是为了保证长期、连续观测卫星信号,并为各观测点提供高精
载波相位差分数据和起算坐标信息。

为了保证监测精度,需要定期对基准站进行
复核。

基准站位置需要选取在大坝变形影响范围以外,稳定性良好的区域。

同时,
需要避开大功率的无线电发射源、高压输电线通道,以减少其对接收数据的干扰。

结语
安全监测自动化技术在国内运用成功的案例较多,分析其在水利枢纽的运用
情况,总体运行效果较好。

水利枢纽安全监测项目全面,监测仪器和设施布置合理,仪器设备选型耐久、可靠、实用、有效,形成了一套完整的枢纽安全监测系统,在
施工期取得了大量可靠性高、连续性好的监测数据,做到了全面、同步、及时而
准确地反映出各部位在施工期过程中的变化。

同时,对大坝应力变形及渗透压力
等变化规律以及各变化的原因分析有直接性的作用,从而能及时发现隐患并采取
相应措施,确保大坝安全稳定运行,提高大坝运行综合效益。

参考文献
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设有限公司,2015.
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