11第十二章_水工建筑物管理

（1）检查与观测 通过观察和测验，掌握其变化
规律，为有效管理提供科学依据； 及时发现不正常迹象，采取正确措施，防止事故发
生，保证安全运用； 通过原型观测，对设计的计算方法和计算数据进行
验证； 根据水质变化做出动态水质预报。
检查观测：观察、变形、渗流、应力、温度、水流、 冰情、泥沙、岸坡崩塌、库区浸没观测、抗震监测、隐 患探测、河流观测以及观测资料的整编及分析。
（2）视准线法
视准线法是在两岸稳固岸坡上便于观测处设置工作基点， 在坝顶和坝坡上布置测点，利用工作基点间的视准线来测量坝 体表面各测点的水平位移。
（3）引张线法
引张线法是在坝内不同高程的廊道内， 通过设在坝体外两岸稳固岩体上的工作基点， 将不锈钢丝拉紧，以其作为基准线来测量各点的水平位移。
（4）激光准直法
设计假定和计算结果与实际情况还难以吻合。
（2）施工：可能出现与设计不符的情况及质量问题， 留下隐患与缺陷。
（3）环境及坝体、坝基自身条件：在运用中可能发 生的不利变化，建筑物材料老化（开裂、冲蚀、腐蚀、风 化等）。
（4）自然灾害：大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪 崩、上游垮坝等。
●坝龄：大坝在建成后的初期和老龄化后，最容易出 现问题。根据对世界大坝的统计资料，在蓄水后几年内发 生失事的大坝几乎占总失事大坝数的60%。前苏联有人研 究认为约占66％。国际水利学研究协会（IAHR）主席在 1983年统计的14700座大坝中，有1105座失事破坏，其中， 蓄水前5年内失事与5年后失事之比为1.27：1。在我国的 垮坝统计中也有类似的结论。ຫໍສະໝຸດ 2．混凝土建筑物的渗流观测
●坝基扬压力观测多用测压管，也可采用差动电阻式 渗压计。
●渗流量和绕坝渗流的观测方法与土坝相同。
（五）水流观测
水位、流速、流向、流量、流态、 水跃和水面线等，一般用水文测验的方法进行测量，辅以 摄影、目测、描绘和描述，参见《测流规范》。
对于由高速水流所引起的水工建筑物振动、空蚀、进 气量、过水面压力分布等项目的观测部位、观测方法、观 测设备等，参见《高速水流原型观测手册》。
目前常用的是综合评价安全系数和风险分析等方法。
国际大坝委员会曾建议一个危险状况评价表（表12–2）。
三、监控方法
通过现场观测及数据处理得到大坝性态（如渗水量、 位移、应力）的实测值E0，以其与监控模型求得的预测值 Ec进行比较（图12–6），若E0-EC＝R小于容许值t，属正 常，否则，属：①大坝性态异常；②荷载或结构条件变化； ③观测系统不正常，此刻都需要采取措施或找出原因。这 个过程的实现需要建立一整套观测与分析系统。这个系统 能够在微机辅助下，实现大坝观测数据自动采集、处理、 分析与计算，能对大坝性态正常与否作出初步判断和分级 报警的观测。这种自动化的观测系统是保证大坝安全的重 要手段，与人工观测系统相比，具有：①快速、及时、多 样、反复比较；②可靠性大；③费用低等特点。典型的监 控系统（拱坝）如图12–7所示。
二、仪器监测
【日】喜撰山坝，是一座抽水蓄能电站上池心墙土石 坝，最大坝高H=91m。由于坝较高，库水位变化急剧、频 繁，所以布置了很多观测设备。
第十一章 水工建筑物管理
本章的主要内容：
10.1概述 10.2大坝安全 10.3水工建筑物监测 10.4大坝安全评价与监控 10.5水工建筑物维修
10.4 大坝安全评价与监控
对混凝土坝、土石坝、泄洪建筑物和近坝库区检查的部位和 重点各不相同。
2.对设计、施工及运行的复查与评价
⑴ 设计复查内容
①复查勘测设计数据与资料； ②复查设计标准、结构设计、水力设计、坝基处理设计等， 考查其是否符合新近的设计方法和标准及客观条件的情况； ③复查运行设计的安全可靠性及非常情况大坝安全设计， 包括放空水库设计、泄洪能力数据等； ④复查大坝维修和改建设计，分析其对大坝安全的作用。
⑵ 确定性模型
是以水工设计理论为基础，依据大坝 的环境条件、受荷状况、结构特性、建筑物 及坝基材料的物理力学参数演绎计算，并结合实测值的信 息反馈，对计算假定和参数进行调整后建立起来的原因量 与效应量之间的因果关系式。它代表大坝及坝基在正常运 行状态下效应量的变化规律。使用这一模型可以预测以后 某一时刻在某一环境和荷载条件（如水位、温度）下的某 一效应量（如位移）。当在同种条件下某一效应量的实测 值与模型预报值之差，处于容许的范围之内时，则认为该 部位处于正常状态，否则为不正常。一般可按三维有限元 法分析计算，其工作流程如图12–9所示。
水工建筑物课件
西安理工大学水利水电学院 水利水电工程系教研室 2007年1月
第十一章 水工建筑物管理
本章的主要内容：
10.1概述 10.2大坝安全 10.3水工建筑物监测 10.4大坝安全评价与监控 10.5水工建筑物维修
10.1 概述
1991年国务院颁布
《水库大坝安全管理条例》规定，
“必须按照有关技术标准，对大坝进行安全监测和检 查”，并指出，“大坝包括永久性挡水建筑物以及与 其配合运用的泄洪、输水和过船建筑物等”。这里的 “大坝”，实际上是指包括大坝在内的各种水工建筑 物。在国际上“大坝”一词，有时也具有“水库”、 “水利枢纽”、“拦河坝”等综合性含义。主要工作：
根据《水电站大坝安全管理办法》要 对大坝定期检查，主要是进行现场检查和 对大坝设计、施工和运行进行复查、评价， 评估大坝所处的工作状态类型（正常状态、异常状态及险情状 态），据此向主管单位提交大坝安全鉴定报告。
一、大坝定期检查内容
1.现场检查
现场检查包括对坝体、坝基、坝肩以及对大坝安全有重大 影响的近坝岸坡和其他与大坝安全有直接联系的建筑物等进行 巡视检查。
图12–6 大坝安全监控框图
四、监控模型
1.数学模型
⑴ 统计模型
根据正常运行状态下某一效应量（如位移）的实测数 据通过统计分析建立起来的效应量与原因量之间相互关系 的数学模型。只要原因量（如水位、温度）在运行变化范 围内，则可预测今后相应关系的效应量。回归分析是建立 统计数学模型的一种主要方法。统计模型建立后，将模型 取得的解析值与实测值进行比较，即可获得大坝工作性态 的有效信息（图12–8）。图中t为时间，Q为渗流量，T为 温度，H为水位，R为雨量，δ为位移，σ为应力。
■特别检查：指发现建筑物有破坏、故障、对安全有 疑虑时组织的专门性检查。
二、仪器监测
（一）变形观测 1．水平位移观测 （1）垂线法
正垂线法：上端固定在坝顶附近，下端用重锤张紧钢丝， 可测各测点的相对位移。
倒垂线法：将不锈钢丝锚固在坝体基岩深处，顶端自由， 借液体对浮子的浮力将钢丝拉紧，可测各测点的绝对位移。
（2）养护修理
对水工建筑物、机电设备、 管理设施以及其他附属工程等进行经常性养护，并定期检 修，以保持工程完整，设备完好。
养护修理为：经常性的养护维修、岁修和抢修。
（3）调度运用
制订调度运用方案，合理安排除害与兴利的关系，综 合利用水资源，充分发挥工程效益，确保工程安全。
（4）管理自动化系统的运用
●大坝的寿命曲线可分为初期运行、 正常运行和老化期三个阶段（图12–l）。 由于材料老化，混凝土受寒暑交替、气候变化影响，地下 水浸蚀，泥沙等作用，其强度和稳定将会逐渐降低，同时 附属设施等也会出现老化现象，这就需要及时补强、修缮 和更新，以免大坝出现失事的严重后果（图12–2）。
大坝工作状况恶化问题在国际上也日益突出，已引起 许多国家重视。第九届国际大坝会议（1967年）专门讨论 了堤坝老化课题，1973年成立了大坝医学委员会，研究堤 坝监测和报警，总结堤坝事故后果及教训。以后又改名为 坝和水库恶化研究会。
激光准直法分为大气激光准直法和真空激光准直法。前 者又可分为激光经纬仪法和波带板法两种
（5）三角网法
（5）三角网法是利用两个或三个已知坐标的点作为工作 基点，通过对测点交会算出其坐标变化，从而确定其位移值 （见图12–3）。
2．铅直位移（沉降）观测
对混凝土坝坝内的铅直位移，除精密视准法外， 还可用精密连通管法量测。
土石坝的固结观测，实质上也是一种铅直位移观测。 它是在坝体有代表性的断面（观测断面）内埋设横梁式固 结管、深式标点组、电磁式沉降计或水管式沉降计，通过 逐层测量各测点的高程变化计算固结量。土石坝的孔隙水 压力观测应与固结观测配合布置，用于了解坝体的固结程 度和孔隙水压力的分布及消散情况，以便合理安排施工进 度，核算坝坡的稳定性。
主要有：大坝安全自动监控系统，防洪调度自动化系 统，调度通信和警报系统，供水调度自动化系统。
（5）科研
保障安全、提高社会经济效益、延长使用年限、降低运 行费及在采用新技术、新材料、新工艺等方面进行试验研究。
（6）积累、分析、应用技术资料，建立技术档案
依据：《中华人民共和国水法》，国务院关于大坝安全 管理条例、规范。
第十一章 水工建筑物管理
本章的主要内容：
10.1概述 10.2大坝安全 10.3水工建筑物监测 10.4大坝安全评价与监控 10.5水工建筑物维修
10.3 水工建筑物监测
一、现场检查
■经常检查：一种经常性、巡回性的制度式检查，一 般一个月l～2次；
■定期检查：需要一定的组织形式，进行较全面的检 查，如每年大汛前后的检查；
⑵ 施工复查内容
①复查地基处理、坝体修筑、隐藏工程的施工资料； ②复查由施工质量问题所造成的大坝弱点及隐患，评 价它们对大坝安全的影响。
⑶ 运行复查内容：
①复查水库第一次蓄水的原始记录和分析成果； ②复查运行期的观测资料和分析成果，了解大坝维修 和改善的历史过程和现状，评价大坝的实际工作性态。
二、评价方法
（1）浸润线观测。实际上就是用测压管观测坝体内各测点 的渗流水位。
（2）渗流量观测。 将渗水集中到排水沟中采用容积法、量水堰或测流速方法进行 测量。常用量水堰法。
（3）坝基、土石坝两岸或连接混凝土建筑物的土石坝坝 体的绕流观测方法与以上所述基本相同。