大坝变形监测应注意的几个问题

大坝变形监测问题浅析
作者：梁斌作者单位：陕西省宝鸡峡管理局信息通讯中心
摘要：对大坝变形监测中存在的环境潮湿、设备受各种外界条件干扰、折光影响、测点变形、蓄水期前很少测得大坝监测的基准值等问题进行分析，并根据实践提出一些看法。

关键词：变形监测环境潮湿外界干扰测点变形基准值
Abstract：This paper analyzes s。

me issues occurred in dam deformation monitoring,including wet environment，facilities disturbed by external
condition,refraction influence，mark deformation，few datum value obtained before impounded．so，some opinions have been brought renvard by practice．
Keywords：deformation monitoring，datum value，mark deformation，wet environment，external disturbance
1 概述
大坝变形是坝体和基础状态的综合反映，也是衡量大坝运行时结构是否正常、可靠、安
全的重要标志。

因此，变形监测一直被列为大坝主要观测项目，特别受到运行管理单位的重视。

我国变形监测是从l954年开始，最早在丰满大坝采用视准线观测坝顶水平位移，50年代
末在新安江、三门峡等大坝也都开展了变形监测。

60～70年代以后，一般大、中型坝均设有
变形监测项目。

观测方法在50－60年代基本是用视准线量测水平位移，用精密水准法测垂直
位侈，用正倒垂线测坝体和坝基的相对变形及绝对变形。

70年代开始采用引张线等，80年代
变形观测发展很快，出现了垂线及引张线遥测坐标仪、真空激光准直系统、遥测静力水准仪等，对水工建筑物的监测也从坝体和坝基扩展到坝基深处、坝肩及近坝库岸边坡等。

90年代
我国变形监测开始进入自动化阶段，采用了先进仪器和自动化数据采集系统，含有专家系统
和决策支持系统一定成分的大坝监测信息系统正在一些大坝开展并实现，有的已经联网，实
现了多座大坝的安全监测信息管理系统。

但在变形监测中普遍存在观测环境潮湿，致使设备金属部分生锈，电气部分绝缘降低，
监测不能正常连续工作；观测设备受到外界条件干扰严重(视准线受折光影响，垂线和引张线受风、冰霜冻结、人为和动物碰撞等)；有的测点采用焊接钢架结构，由于金属蠕变或内应力变形，带来很大的误差，使观测资料失真；有的测点基础混凝土因冻胀变形，出现坝体抬高
等问题；多数大坝缺少首次蓄水监测，大部分都未测得蓄水前及蓄水期间的观测资料，即无
蓄水前的基准值，往往是在蓄水后若干年才从头开始，其基准值是相对某一水位的数值；给
资料整理与分析带来了一定的困难。

上述问题不仅影响变形监测的精度，还影响大坝监测工
作的正常进行；有的花很大力量解决后，监测资料又不连续，有的至今仍在困扰着变形监测
工作的开展，特别是影响变形监测自动化系统的长期性和稳定性。

现对这些问题加以分析，
并根据实践提出一些看法，供参考。

2 环境潮湿
有的大坝变形监测系统布设在廊道、坝腔、竖井等处，这些地方在一年中，有时干燥，
有时潮湿，还有的长年潮湿。

其原因是多方面的，一是湿度过大结露，二是坝体漏水造成
设备积水，三是垂线及设备管道漏水，四是设备封闭经不住时间考验而进潮气，还有其他原因等。

环境潮湿使监测工作不能正常进行，如桓仁大坝309．3 m高程廊道的水平位移观
测系统(视准线全长528 m)，在湿度较大的春夏季，用视准线法不能观测，因潮湿的雾气影响通视。

桓仁大坝250．5 n1高程廊道水平位移观测系统(视准线全长414．4m)，在湿度较大季节里也不通视，后改为中间设站法后才能进行观测。

石塘大坝因测站潮湿，垂线仪无法固定在测站上，频繁的装箱搬动，不仅增加了各种误差，还降低了使用寿命。

垂线测点因漏水、结露问题，往往使垂线油箱内的油被水置换，减小了球阻尼，降低了垂线的稳定性。

在变形监测实现自动化后，有的大坝的变形监测起初运行正常，但过了一定时间，设备金属部分生锈，电气部分绝缘降低，使变形监测设备不能正常工作，保证不了变形监测的长期稳定运行。

对潮湿这个问题，好多观测工作者花很大的精力，有的已经解决，有的不得不改变观测方法。

如石塘大坝对防潮是采用封堵漏水点、排水、先积后排、防风(在测站增设防风门，以减弱空气对流带来的结露影响)、防结露和在测站上方挂灯泡干燥等措施，收到较好的效果。

桓仁大坝最后放弃了原视准线观测方法，改用真空激光准直系统，才彻底解决这个问题。

必须指出，采用真空激光准直方法监测变形，也有防潮问题。

那就是在运行当中，不仅仅在观测时要使管道保证一定的真空度，应长期使真空管是一个“真空干燥”装置，保证管道内壁及测点设备不锈蚀。

根据丰满和太平哨大坝的经验，只要使真空度常年保持在20 000Pa以下即可，如每周观测l次(即同时抽l次真空)，漏气率应小于120Pa／h。

3 外界条件干扰
3．1自然条件影响
用视准线观测大坝变形时，在寒冷地区，冬季仪器转动困难，强行转动后，给观测带来误差。

为了防寒和保护观测设施，一些大坝又修建了观测房，寒冷和保护问题解决了，但因房内与房外温差又增大了折光影响。

正、倒垂线往往布置在竖井中，由于空气对流，竖井如同烟囱，使钢丝难以处于自由状态。

引张线出现后，由于避免了折光影响，观测精度有所提高，但引张线的核心是代替视准线的钢丝必须处于自由状态。

为了保证钢丝的自由状态需要浮盒浮托钢丝。

风、气温、湿度等有时单一、有时同时影响这一自由状态。

风吹钢丝摆动或偏向一侧，甚至“靠岸”、“搁浅”；在一定湿度和低温时，钢线结霜，浮盒不堪负重下沉；为了防止水在低温时冻结，在常温时蒸发，不得不改为防冻、防蒸发的溶液，而溶液粘滞力较大，尤其是时间一长表面会生成一层硬膜，使钢丝很难处于自由状态。

这些影响也给监测自动化带来困难，如太平湾大坝溢流段(全长508m)引张线系统共29个测点，l985年开始采用人工观测时，每次都要揭开测井盖板，人员要爬上爬下，还要给浮盒加水、调试，作业困难，劳动强度大。

为了解决这些问题，1987年开始试用遥测引张线仪器设备，采取给浮盒水箱自动加水，改善测点环境等。

经过长达8年的不断改进、维修，仍未取得理想的效果，8年来测测停停，最后改用真空激光管道系统．才将问题解决。

从几个工程实践来看，为减少自然条件的影响，其有效的办法是封闭。

真空激光管道准直系统是封闭的办法，有的大坝引张线用塑料管封闭，也取得较好的效果。

有的大坝对正、倒垂线也用钢管或塑料管保护起来，也同样解决了题。

3．2人为因素
观测设施，为了防止锈蚀，用铜质材料较多，有的被砸毁卖掉。

恢复后，资料失去连续性。

如桓仁大坝的左右岸观测点曾数次被人为砸毁，恢复后观测资料很难与以前的资料连接。

就是在厂内，在有人到的地方，观测设施往往受到不同程度的破坏和无意损害。

桓仁大坝和
白山大坝的倒垂井都曾掉入异物，使垂线偏向一方，测值失真，出现大坝变形异常的假象。

后来对观测设施均修建了保护房屋，并加锁，防止人为因素有意和无意的影响。

3．3动物影响
在人为的因素防止后，还要防止动物的影响，好多大坝的变形观测受害不浅。

引张线在观测时，原已调试完毕，但因动物的碰撞而使数据作废，有的因未发现而使变形出现假象。

有的坝出现蛇，有的发现鸟、鼠等。

还有在浮盒液体中发现飞蛾的尸体，尸体搭在引张线与浮盒的边缘上，使引张线不能处于自由状态。

为了免受其害，不少大坝采用封闭措施，防止动物进入。

其中封堵严密的，取得很好效果。

4 折光影响
视准线及大气激光测测大坝变形时，受折光影响很大，折光是视准线观测中主要误差来源之一，这一问题在观测界已取得共识。

丰满大坝在1957年高水位用视准线测水平位移时，由于折光的影响，其结果表示大坝在上、下游方向晃动，恐怕大坝出现事故，不得不加大下泄流量。

因此，在用视准线观测水平位移时，一般都是选择阴天或早、晚等水平折光较小的观洲时间进行或取不同观测时间的平均值来抵消折光影响。

桓仁和石塘大坝采用中间设站法，用缩短距离来提高观测精度也取得一定的效果。

折光对水平位移的影响已受到普遍的重视，但对垂直位移的影响往往被忽视。

在进行垂直位移观测时，在整个路线其环境和条件不可能一样，因折光的影响也会带来很大的误差。

在桓仁大坝廊道内测垂直位移时出现奇数和偶数坝段的垂直位移值呈跳跃现象，形成锯齿形状。

相邻坝段十般相差1.0mm，最大达2.0mm。

分析发现，其跳跃与季节、观测时间、观测路线、廊道门封堵等情况有关。

曾在廊道口、廊道内做过试验，发现是因温度梯度所引起的折光所造成的。

桓仁大坝采用如下措施：①对大坝孔洞进行仔细封堵，使廊道内温度分布均匀；
②改变观测方法，往返测时奇偶数坝段均测．然后取均值；③在廊道口观测时，要避免洞口温度梯度最大时观测，即不在早晨或傍晚进洞或出洞；④工怍基点至洞口之间观测路线做永久固定点，以提高观测精度。

引张线的出现，避免了折光的影响．真空激光管道准直系统，也避免了折光的影响。

5 测点变形
5．1钢支架蠕变殛内应力变形
桓仁大坝4坝段设有例垂测此坝段的250 m高程水平位移．此点还是250m高程水平位移观测系统的端点。

在施工钻倒垂孔时，因孔不直没有一次成功．多次移钻后才达到要求，但孔位已变，离坝支墩距离达1.2m。

此点固定设计是用槽钢焊接而成。

观测发现，中坝段250 m高程测值有规律的逐年向上游移动．用同坝段的坝顶水平位移及此坝段垂线挠度观测随分析后，此测值偏大达3－5mm。

经多次分析发现是钢支架蠕变及内应力变形所致。

因此，在以后设计测点时注意了这一问题．即钢支架不能过长。

尽量不要焊接，以避免钢支架的蠕变及焊接引起的内应力影响。

5．2测点混凝土冻胀变形
这一问题在寒冷地区比较普遍。

丰满大坝是从l959年开始进行垂直位移观测，观测发现右岸坝段垂直位移较大．1986年相对于l959年3月始测(基准)缸．最大达38．67mm。

这一右岸坝体抬高．起初怀疑是坝基变形或混凝土碱性骨料反应等原因，后来才明白是混凝土冻胀所致。

云峰大坝也发生因混凝土冻胀引起测点变形，使测出的变形值很大。

大坝在施工时，为坝面找平或装修等原因，到坝顶混凝土往往不浇筑到设计高程。

一般留有0．3—0．8 m的厚度．同时隔很长时问后才浇筑二期混凝土达到坝顶商程。

水平施工缝进水后会发生冻胀，坝顶的观测点如设在这一范围内，则免不了要受冻胀的影响，云峰大坝就是这样。

因此，大坝变形监测在设计时应注意这一问题．不然在以后的观测中会出现冻胀变形。

6 蓄水前及蓄水期监测
我国开展大坝安全脏测工作较晚．因此早期修建的大坝均没有蓄水前及蓄水期的监测资料。

l963年颁布了《水电站基本建设工程验收规程》(1988年进行了修订)，其中对水库莆水前验收必备的条件中明文规定“各建筑物的观测仪器、设备已按设计要求埋设和调试．并已测得韧始值”。

实际上往往只有内部观测仪器可测得初始值，而以临测大坝安全为主的变形监测却很少有测得初始值。

这里有认识问题，也有客观施工环境问胚。

因在蓄水时，大坝尚未完工，设置在坝顶的一些观测设挤无法施工，设置在廊道内的变形等观测设施．也因廊道内正在进行灌浆等施工作业，有的没有安装．有的安装后由于受到干扰而不能正常监测。

现在虽然大坝在蓄水前已开始进行安全检查和验收，但一些部门往往急于让工程发挥效益或防洪的特殊要求，还来测得蓄水前或蓄水期数据，也有的仅测得一少部分资料．大坝已经蓄水，达不到对大坝实行全过程监测的要求。

首次蓄水是对大坝的重大考验，实践也表明，多数失事的坝是新建造的大坝，有的蓄水头一年就失事．可见加强大坝蓄水期观测的重要性。

要提高大坝安金管理水平，保证测得蓄水期监测数据，必须建立一套适合于中国国情切宴可行的法规性文件，仗大坝安全管理走向制度化、正规化、规范化的道路。

对这个问题应在法规和制度上保证那个给予保证。

从原《水电站基本建设工程验收规程》的条文中不难看出．在蓄水检查和验收时只要按“设计”要求和凋试．并已测得初始值，即达到了要求。

从中不难看出，这规程中的条文对蓄水前及莆水期观测要求是不明确的，大坝蓄水期的监测水平如何完全取决于设计水平。

在以后的规程中应明确在蓄水前及蓄水期应测得某些项目及哪些数据。

在用规章制度和法律的形式保证的同时．设计是关键．应在设计上下工夫，保证在蓄水期大坝监测设备能够正常工作。

而过去的大坝变形安全监测设施，布置在坝顶的为多，大坝蓄水时的工程进度和工程面貌往往使观测设施无法施工，布置在廊道内的观测设备也因施工干扰而不能正常进行安装和正常观测。

由于工程的进度和工程面貌，在许多情况下使首次蓄水期的监测工作难于进行，在设计上应该为大坝安全监测设施的安装和埋设创造条件，并要考虑尽量减少各种干扰和设计保护设施。

必要时，应进行临时监测系统设计，保证在蓄水时观测设备和设施能正常进行监测。

临时监测系统应满足蓄水期的安全监测任务和为“永久”的监测系统取得初始缸；在测点的布置上要考虑与“永久”监测系统测点之间的关系，关键测点相互之间要有互换性和传递性。

7 结语
大坝变形监测中出现的环境潮湿、设备受各种外界条件干扰、折光影响、测点变形、蓄水期前很少测得大坝监测的基准值等同题相当普遍。

实践证明，对这些问题解决好的．其变形观测工作就开展得正常。

否则．不但监测自动化实现不了，就是人工观测也难以顺利进行。

在资料整理和分析中，遇到的问题就更多了。

因此在大坝监测的各个环节均应给予重视．使大坝监测工作发挥更大的作用。