水庫(kù)、大壩監(jiān)測(cè)解決方案
發(fā)布時(shí)間：2022-06-15
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一、監(jiān)測(cè)重點(diǎn)
監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)及關(guān)鍵部位綜合考慮，統(tǒng)籌安排。其指導(dǎo)思想是以安全監(jiān)測(cè)為主，同時(shí)兼顧設(shè)計(jì)、施工、科研和運(yùn)行的需要。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置除了需要控制關(guān)鍵部位外，還需兼顧全局，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目宜以“目的明確、重點(diǎn)突出、兼顧全面、反饋及時(shí)、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化”為基本原則，并宜結(jié)合工程建設(shè)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、分項(xiàng)分期實(shí)施。
（1）重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位
監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)包括壩體、壩基以及對(duì)重力壩安全有重大影響的近壩邊坡和其他與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物。一般選擇典型的或代表性的橫向斷面和縱向斷面（或測(cè)線）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
監(jiān)測(cè)橫斷面設(shè)在監(jiān)控安全的重要壩段，橫斷面布置在地質(zhì)條件或壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段或最高壩段及其它有代表性的壩段。斷面間距可根據(jù)壩高、壩頂長(zhǎng)度類比擬定，特別重要和復(fù)雜的工程可適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)斷面。
重力壩的縱向測(cè)線是指平行于壩軸線的測(cè)線，需根據(jù)工程規(guī)模選擇代表性縱向測(cè)線。一般應(yīng)盡量設(shè)置在壩頂和基礎(chǔ)廊道，高壩還需在中間高程設(shè)置縱向測(cè)線。
（2）重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
重力壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是壩基揚(yáng)壓力、滲流量、繞壩滲流及壩基、壩體變形，壩體溫度，壩基應(yīng)力等。
從重力壩特點(diǎn)來(lái)看，由于重力壩壩體與地基接觸面積大，因而壩基的揚(yáng)壓力較大，對(duì)壩體穩(wěn)定不利，重力壩失事大多也是由基礎(chǔ)引起。因此，應(yīng)把壩基面揚(yáng)壓力、基礎(chǔ)滲透壓力、滲流量及繞壩滲流作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。
由于重力壩的失穩(wěn)模式是滑動(dòng)或傾覆，重力壩的變形最能直接地反應(yīng)其在各種荷載作用下的工作狀態(tài)，變形監(jiān)測(cè)可了解壩體抗滑、抗傾穩(wěn)定情況以及基礎(chǔ)及壩體混凝土材料受外荷載產(chǎn)生的壓縮、拉伸等變形情況，是重力壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。
由于重力壩體積較大，施工期混凝土的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力較大，在施工期對(duì)混凝土溫度控制的要求較高，因此也需要重視施工期壩體混凝土溫度監(jiān)測(cè)。
由于重力壩壩體應(yīng)力較小，一般只有高壩（≥100m）在地震工況下，才有可能出現(xiàn)對(duì)壩體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的應(yīng)力，因此壩體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變不是重力壩安全監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，只需對(duì)結(jié)構(gòu)特殊的壩體或溢流閘墩、泄洪底孔、中孔等特殊部位，結(jié)合計(jì)算分析成果，在重點(diǎn)部位布置混凝土應(yīng)力應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力或錨索荷載等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。
（3）監(jiān)測(cè)儀器選型
監(jiān)測(cè)儀器包含了傳感器及其配套電纜、測(cè)量?jī)x表和可用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量的數(shù)據(jù)采集裝置。監(jiān)測(cè)儀器是安全監(jiān)測(cè)的工具，其可靠和準(zhǔn)確與否直接影響到人們對(duì)大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全的評(píng)估。因此，監(jiān)測(cè)儀器必須具備耐久性、可靠性、適用性，并滿足量程和精度要求。
對(duì)于監(jiān)測(cè)儀器來(lái)說(shuō)，除了可靠性和穩(wěn)定性的要求外，確定合理的測(cè)量精度至關(guān)重要。過(guò)高的精度要求可能導(dǎo)致無(wú)法尋求到合適的監(jiān)測(cè)傳感器且費(fèi)用可能極為昂貴，而過(guò)低精度又會(huì)增加成果的分析困難甚至?xí)贸霾徽_的結(jié)論。故儀器測(cè)量精度應(yīng)綜合考慮測(cè)量物理量大小、變化速率、儀器和方法所能達(dá)到的實(shí)際精度以及監(jiān)測(cè)的目的等因素。一般來(lái)說(shuō)，如果監(jiān)測(cè)是為了使物理量不超過(guò)某一允許的數(shù)值，則其誤差應(yīng)小于允許值的1/10～1/20。如果是為了研究物理量的變化過(guò)程，則其誤差要求應(yīng)比上面這個(gè)數(shù)值小得多，甚至應(yīng)采用目前監(jiān)測(cè)手段和儀器所能達(dá)到的最高精度。
通常情況下，重力壩變形和滲流量都較小，原則上應(yīng)選擇精度高、量程小的傳感器。為了便于運(yùn)行管理和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，同一工程監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的種類應(yīng)盡可能少，并盡量選用能與常用的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集裝置兼容的傳感器。
二、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)依據(jù)
監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是整個(gè)工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，應(yīng)由熟悉工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、大壩結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工工藝、工程運(yùn)行條件的壩工技術(shù)人員和熟悉監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備性能、精度及可靠程度和安裝埋設(shè)的監(jiān)測(cè)技術(shù)人員，共同精心擬定。
在監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，需要依據(jù)的工程基本資料主要包括如下內(nèi)容。
（一）工程基本資料
工程基本資料包括工程規(guī)模、大壩級(jí)別及地質(zhì)、水文、泥沙、氣象、水庫(kù)特征水位等環(huán)境條件，以及樞紐和壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)劃，用以確定必須設(shè)置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。工程規(guī)模越大，地質(zhì)、水文等環(huán)境條件越復(fù)雜，設(shè)置的監(jiān)測(cè)部位和項(xiàng)目也越多。
（二）水工結(jié)構(gòu)計(jì)算和科研試驗(yàn)成果
（1）各種荷載組合工況下的應(yīng)力、位移與滲流設(shè)計(jì)計(jì)算成果，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)在設(shè)計(jì)荷載下的壩體及基巖彈性變形或超載下的破壞變形情況，建基面斷層、裂隙等地質(zhì)缺陷分布及必要的處理措施，壩基固結(jié)灌漿、防滲帷幕及排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。這些成果可用于了解控制大壩安全的關(guān)鍵部位，并針對(duì)性的布設(shè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。
（2）壩體混凝土的物理力學(xué)特性資料，包括混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、級(jí)配、溫度線膨脹系數(shù)、徐變度、自生體積變形等參數(shù)，以便根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)資料轉(zhuǎn)換計(jì)算壩體的實(shí)測(cè)應(yīng)力。
（3）地質(zhì)條件和基巖物理力學(xué)性能資料，包括基巖抗拉、抗壓強(qiáng)度、變形模量、流變、地應(yīng)力、壩基下的地質(zhì)缺陷（斷層、裂隙、軟弱夾層等）等，以了解壩基巖體特性，布置基巖變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器，計(jì)算分析實(shí)測(cè)基巖變形和應(yīng)力。
（4）壩體混凝土分區(qū)和施工方法和程序，了解不同分區(qū)部位混凝土的性能、澆筑進(jìn)度和先后順序，為計(jì)算、分析壩體不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的實(shí)測(cè)應(yīng)力，評(píng)價(jià)混凝土溫度控制措施實(shí)施效果提供依據(jù)。同時(shí)便于監(jiān)測(cè)儀器電纜走線規(guī)劃及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站的布置。
（5）水工模型試驗(yàn)資料，了解水流形態(tài)、泄水及消能建筑物過(guò)流面的壓力、流速、摻氣分布等，以便確定水力學(xué)監(jiān)測(cè)儀器的布置項(xiàng)目和部位，如時(shí)均壓力、脈動(dòng)壓力、底流速儀、空蝕、霧化等測(cè)點(diǎn)的布置。
（6）設(shè)計(jì)、施工采用的新技術(shù)、新工藝，設(shè)計(jì)所期望解決的問(wèn)題，設(shè)計(jì)、施工重點(diǎn)和難點(diǎn)，是監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專項(xiàng)研究的依據(jù)。
（三）規(guī)程規(guī)范
混凝土壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)主要遵循如下技術(shù)規(guī)范：
《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》 DL/T5178-2003
《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)范》 DL/T5209-2005
《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL319-2005（DL5108-1999）
《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》DL/T5211－2005
《水工建筑物強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》DL/T5416-2009
《水電水利工程爆破安全監(jiān)測(cè)規(guī)程》DL/T5333－2005
《水電水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5368-2007）
《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》 SL264-2001
《水利水電工程地質(zhì)觀測(cè)規(guī)程》（SL245-1999）
《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL203-97（DL/T5073-2000）
《水電水利巖土工程施工及巖體測(cè)試造孔規(guī)程》 DL/T5125-2001
《水工混凝土水質(zhì)分析試驗(yàn)規(guī)程》 DL/T5152-2001
《水電水利工程地質(zhì)勘察水質(zhì)分析規(guī)程》DL5194-2004
《國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范》 ?GB/T17942-2000
《中、短程光電測(cè)距規(guī)范》 GB/T16818-1997
《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》 GB/T12897-2006
《水電水利工程施工測(cè)量規(guī)范》 DL/T5173-2003
《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》 GB/T18314-2001
《加密重力測(cè)量規(guī)范》 GB/T17944-2000
《1:5000、1:10000地形圖圖式》 GB/T5791-93
《1:500 1:1000 1:2000地形圖圖式》 GB/T7929-1995
《測(cè)量外業(yè)電子記錄基本規(guī)定》
《水位普通測(cè)量規(guī)范》 SL58-1993
（四）監(jiān)測(cè)儀器
《混凝土壩監(jiān)測(cè)儀器系列型譜》和監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備類的標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)內(nèi)外常用混凝土監(jiān)測(cè)儀器生產(chǎn)廠家的監(jiān)測(cè)儀器性能及其應(yīng)用情況，包括設(shè)備類型、種類及其安裝埋設(shè)、使用維護(hù)說(shuō)明書；最新的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展以及新技術(shù)、新產(chǎn)品在實(shí)際工程中應(yīng)用情況。
三、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
由于大壩的工程等別不同，大壩失事后對(duì)公共安全和環(huán)境的影響程度不同，對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求也各不相同。對(duì)于重要的、地質(zhì)條件復(fù)雜的，失事后影響大的大壩，必須設(shè)置系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)施，對(duì)其運(yùn)行性態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控。對(duì)于一般性的大壩，監(jiān)測(cè)設(shè)施的設(shè)置可以適當(dāng)降低要求。此外，還須考慮一些具體的問(wèn)題，如外來(lái)荷載及大壩的可靠性等等。國(guó)際上有采用風(fēng)險(xiǎn)度方法擬定一座大壩監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)例。一般大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括儀器監(jiān)測(cè)和巡視檢查。
針對(duì)具體工程，根據(jù)重力壩的級(jí)別及工程特性選定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，詳見(jiàn)表3-1。此外，若壩基內(nèi)地質(zhì)缺陷部位，如斷層破碎帶、軟弱夾層等，采取結(jié)構(gòu)加固措施的，宜布置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)施，如變形、應(yīng)力應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測(cè)儀器。
對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的高壩大庫(kù)，還可能包括庫(kù)盤變形、地質(zhì)缺陷處理工程措施等特殊監(jiān)測(cè)項(xiàng)目等。
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| 序號(hào) | 監(jiān)測(cè)類別 | 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 | 大?壩?級(jí)?別 | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| 一 | 人工巡視檢查 | ? | ● | ● | ● |
| 二 | 變形 | 1.?壩體位移 | ● | ● | ● |
| 2.?傾 斜 | ● | ○ | ? | ||
| 3.?接縫變化 | ● | ● | ○ | ||
| 4.?裂縫變化 | ● | ● | ● | ||
| 5.?壩基位移 | ● | ● | ● | ||
| 6.?近壩邊坡位移 | ○ | ○ | ○ | ||
| 三 | 滲流 | 1.?滲流量 | ● | ● | ● |
| 2.?揚(yáng)壓力 | ● | ● | ● | ||
| 3.?滲透壓力 | ○ | ○ | ? | ||
| 4.?繞壩滲流 | ● | ● | ● | ||
| 5.?水質(zhì)分析 | ● | ● | ○ | ||
| 四 | 應(yīng)力 | 1.?應(yīng) 力 | ● | ○ | ? |
| 2.?應(yīng) 變 | ● | ○ | ? | ||
| 3.?混凝土溫度 | ● | ● | ○ | ||
| 4.?壩基溫度 | ● | ○ | ? | ||
| 五 | 水文、氣象 | 1.?上、下游水位 | ● | ● | ● |
| 2.?氣 溫 | ● | ● | ● | ||
| 3.?降雨量 | ● | ● | ● | ||
| 4.?庫(kù)水溫 | ● | ○ | ? | ||
| 5.?壩前淤積 | ● | ○ | ○ | ||
| 6.?下游沖淤 | ● | ○ | ○ | ||
| 7.?冰 凍 | ○ | ? | ? | ||
| 注：1.?有●者為必設(shè)項(xiàng)目；有○者為可選項(xiàng)目，可根據(jù)需要選設(shè)。 | |||||
| 2.?壩高70m以下的1級(jí)壩，應(yīng)力應(yīng)變?yōu)榭蛇x項(xiàng)。 | |||||
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巡視檢查是必不可少的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一，大壩運(yùn)行中的異常跡象，大多是工程技術(shù)人員在巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的。對(duì)工程區(qū)范圍以及監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)定期和不定期進(jìn)行日常巡視檢查、年度巡視檢查和特別巡視檢查。巡視檢查作為儀器監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充，其作用在于彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)儀器覆蓋面的不足，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，并系統(tǒng)地記錄、描述工程開(kāi)挖、爆破、支護(hù)、混凝土澆筑、冷卻、灌漿等對(duì)監(jiān)測(cè)效應(yīng)量有客觀影響的因素，為監(jiān)測(cè)資料的分析、理解和評(píng)價(jià)提供客觀的可能影響因素并可在一定程度上量化。
對(duì)于重力壩來(lái)說(shuō)，埋設(shè)儀器數(shù)量較大的通常為應(yīng)力、應(yīng)變、溫度及接縫監(jiān)測(cè)儀器，其中有部分是由于施工期溫控和縱縫灌漿的需要，有部分為設(shè)計(jì)反饋和科學(xué)研究的需要。在達(dá)到監(jiān)測(cè)目的以后非重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位的這些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可封存停測(cè)，必要時(shí)再啟用。
四、變形監(jiān)測(cè)
一般而言，重力壩的變形監(jiān)測(cè)主要有壩體和壩基水平位移、垂直位移監(jiān)測(cè)、接縫和裂縫監(jiān)測(cè)等。從嚴(yán)格意義上來(lái)講變形測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的變形都是相對(duì)的（包括相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和相對(duì)某次基準(zhǔn)測(cè)值），但在工程實(shí)際應(yīng)用中，稱相對(duì)大地測(cè)量基準(zhǔn)和工程變形影響范圍之外的倒垂線錨固點(diǎn)的變形為絕對(duì)變形，其余稱相對(duì)工作基點(diǎn)、相對(duì)壩基面的變形或相鄰兩點(diǎn)或相鄰接縫間的變形為相對(duì)變形。
重力壩水平、垂直位移監(jiān)測(cè)縱斷面是指平行于壩軸線的斷面，縱斷面上的測(cè)線一般應(yīng)盡量設(shè)在壩頂和基礎(chǔ)廊道，壩高大于100m的高壩還應(yīng)在中間高程設(shè)置。一般縱斷面上測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)兼顧全局，每個(gè)壩段至少均應(yīng)設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。重力壩縱斷面上的水平位移一般采用準(zhǔn)直線法監(jiān)測(cè)（包括視準(zhǔn)線、引張線、激光準(zhǔn)直），也有少數(shù)重力壩的壩頂水平位移采用正倒垂線組、交會(huì)法和極坐標(biāo)法觀測(cè)。垂直位移一般采用幾何水準(zhǔn)和靜力水準(zhǔn)法監(jiān)測(cè)。
變形監(jiān)測(cè)橫斷面布置在地質(zhì)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壩段或最高壩段和其他有代表性的壩段。橫斷面的數(shù)量視地質(zhì)情況、壩體結(jié)構(gòu)和壩頂軸線長(zhǎng)度而定，一般設(shè)1～3個(gè)，對(duì)于壩頂軸線長(zhǎng)度大于800m的，宜設(shè)置3～5個(gè)。典型橫斷面上的水平位移一般采用正、倒垂線組，用以監(jiān)測(cè)壩基和壩體不同位置、不同高程的水平位移；垂直位移可根據(jù)地質(zhì)及壩體結(jié)構(gòu)情況在基礎(chǔ)和壩頂部位沿上下游方向布置不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)壩基不均勻沉陷和壩體傾斜。