水工建筑物的安全監控

曹衛華 朱英超 趙書玲

（1.西平縣防汛微波通訊站 河南 駐馬店 463900；2.西平縣洪河管理所河南 駐馬店 463900；3.西平縣老王坡滯洪區管理所 河南 駐馬店 463900）

水工建筑物的監控是由性態監測和運行控制兩部分組成，其中性態監控是在水工建筑物內埋設監測設備，通過自動或者人工獲得相應數據，然后通過對這些數據的分析、建模、運算等得到建筑物運行的整體性能，從而客觀的對水工建筑物做出綜合評價。而運行控制則是對不滿足正常使用的建筑物進行改良措施，使其能夠正常的運轉工作。

1 水工建筑物的安全監控目的和意義

1.1 對水工建筑物正常工作狀態的監測

水工建筑在使用時發生破壞的話，通常是有一定的先兆，在平時對水工建筑各方面的監測，對監測數據不斷分析計算可以準確的評定其工作狀態，發現問題時可以及時很好的處理，并通過數據的積累，對以后的工作有借鑒作用。

1.2 對設計參數和設計理論的驗證

對已建好運營或者正在建設當中的水工建筑物埋設長期的觀測儀器，掌握了建筑物的變化性態，可以驗證設計時的一些加設理論和簡化結果是否合理。水工結構和普通的建筑相比要考慮較多的水文環境和地質條件，不確定因素較多，理論不夠成熟，通過數據的分析研究可以對設計理論進行修正，所以設計原理和參數的驗證對水工結構的發展有很大的意義。

1.3 對施工質量的檢查

為保證施工的質量，在建筑物施工期間采集數據可以很好的指導施工工藝的進行，對施工起到指導作用。

2 水工安全監控的內容和要求

水工建筑物的監控內容大致上可以分為原型觀測、監控分析和建筑物的工作狀態評估三個方面。具體的內容和要求如下：

2.1 觀測模型的設計和設備的安裝，根據監控的基本要求，首先對觀測的對象做好計劃，選好觀測點，要做到儀器安裝方便、數據取值有效合理的效果。儀器安裝時要進行校正標定，并填寫安裝記錄。

2.2 現場觀測時，人員、測次、時間以及儀器上要固定，對觀測程序嚴格執行，做到按照指定時間、不缺、不漏、精度高的要求，并隨時的記錄、計算和校核。

2.3 工作狀態的評估，要及時的對觀測數據進行整理分析，繪制出先關參數的變化曲線，通過數學模型計算做好預報工作，對評估報告提供可靠的資料。根據數據分析的結果，對水工結構進行綜合評定，如果發現有非正常工作的現象要及時的報告給有關的部門處理，得到解決方案，不能拖沓，必要時可以提出處理意見。

3 水工建筑的原型監測

3.1 檢查觀測

檢查監測是利用人員本身通過觀察、手摸或者利用一些簡單的工具對建筑物進行簡單的觀測。使用儀器觀測雖然可以得到更為準確的信息，但一個建筑物的儀器安設點數是有限的，太多的儀器設備不利于經濟方面的考慮，另外水工建筑物裂縫、滲水等缺陷部位也不一定反生在儀器設備的觀測點上，所以人員的檢查觀測具有相當重要的地位。有利于及時的彌補儀器的不足，及時的發現異常情況的發生。

檢查觀察主要檢測建筑物有無裂縫，在壩腳、迎水坡部位有無塌陷、流土和沼澤化的現象，在伸縮縫部位是否有滲漏，混凝土表面有沒有松軟、侵蝕的危害，有泄水作用的部位檢查有無磨損、剝落，金屬部位的焊縫、鉚釘等是否生銹變形。

3.2 儀器的量測

儀器量測既是在相應的建筑部位預設儀器設備，通過規律性的采集數據，來判定建筑物的工作狀態。

1）變形觀測

變形觀測是原型觀測中較為重要的一部分，要對土工、混凝土、土壩等建筑物觀測水平位移和垂直位移、地基的固結沉降情況、伸縮縫的變形等。

2）滲透觀測

對于土壩類的滲透觀測，浸潤線的位置變化情況可以通過孔隙水壓力儀來確定，根據結構形式、工程等級以及施工方法和地質情況等定出觀測斷面，觀測斷面要能夠反應出主要的滲流情況和問題可能發生的地點，根據斷面的大小確定測量點數。

其他還包括滲流量的觀測、繞壩滲流觀測、壩基滲壓觀測、土壩孔隙水壓力觀測以及滲水透明度觀測。對混凝土建筑物的滲透觀測還要包括壩基場壓力觀測和混凝土內部滲透滲透壓觀測。

3）應力與溫度觀測

以混凝土壩的觀測為例，通過在混凝土內部埋設應力應變計和無應力計，來觀測混凝土內部因為溫度、濕度、化學變化以及應力引起的總應變。無應力計主要用來量測溫度、濕度以及化學變化引起的應變，總應變減去這一部分就可以得到有荷載引起的應變，換算成應力，即可得出想要的結果。

溫度對混凝土壩體也有重要的影響，溫度觀測要在壩體內布設溫度計，在靠近壩體表面、在壩體鋼管、寬縫、伸縮縫等附近要加大測點的布設密度，和壩體周圍的水文地質條件結合起來，對壩體內部溫度的出合理的觀測處理。

4）水流的觀測

主要對水流形態觀測，從而得出水流帶給建筑物的作用力，避免不利的水流影響。水流平面形態包括水流的流向、回流、旋窩、折沖水流、翻滾。觀測時從泄水建筑物開始向上下游兩端一直到水流正常的地方。

對于高速水流，要著重觀測水流引起的振動、壓力以及負壓進氣量等，觀測數據可以提供寶貴的經驗資料，為維修維護建立有效的依據。

4 數據分析的數學模型

數學模型的分析方法在數據處理上較為復雜，但效果好，能夠從數據中認識和了解建筑物的運行規律，具有監控預警的作用。目前常見的數據模型方法有數理統計模型、確定性模型、混合模型三種。

數理統計模型是通過多項式的擬合和最小二乘法的原理，對那些復雜的沒有顯式函數的明確表達式數據進行處理，從而得出較為理想的數學表達式。大壩等水工結構受到各種水文環境的影響，具有很多的不確定性，所以數理統計模型對水工建筑來說具有很好的效果。

確定性模型，是利用數學力學方法計算得到結果和實測的數據進行擬合，得到效應量和環境量之間的關系。

混合模型是處于統計模型和確定性模型之間的一種模型方法，一部分數據通過統計的方式得到，一部分則是通過力學計算的確定性方式得到。

確定性和混合模型考慮到了建筑物的幾何尺寸和最大荷載不利效應，理論性強、概念清晰，但是計算量大，在復雜的水工結構物上計算就更加復雜，而統計學理論則可以很好的解決這一問題，滿足工程需要。

5 結語

通過監測儀器獲得的數據要通過信息管理和監控預警兩方面的處理。通過對原始材料的轉換、處理，能夠很好的預測大壩等水工建筑物的工作狀態，從而達到預警的效果。

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［3］方衛華.對大壩安全監測的幾點認識[J].大壩與安全，2004(6):26-28.