大壩安全監測設計中的幾個問題的剖析

李文紅，陳 斌

( 浙江華電烏溪江水力發電廠，浙江 衢州324000)

大壩安全監測設計是安全監測得以實施的基礎和保障，通過安全監測并進行實時的數據分析，可以及時掌握大壩的工作性狀，解決影響大壩正常運作的隱患，并通過對投入應用的設計進行驗證，發現以前設計上的優點和不足。對大壩工程的安全監測進行合理分析和研究，綜合探討安全監測中常見的知識誤區，為改善設計施工提供科學、合理的依據。

1 大壩安全監測設計的類別及特點

1．1 已建壩監測系統的更改設計

監測系統隨著時間推移，必須進行適時的更新改進才能應對大壩運行的需要，使監測系統能夠更加合理有效地對大壩進行安全監測。對已建壩監測系統的更改設計，要根據大壩運行期間出現的問題，如壩體變形或沉陷，庫岸、邊坡的穩定性降低以及出現裂縫、管涌、漏水狀況等，對這些問題進行深入合理地分析，在原有的基礎上不斷更新改進，以原來的設計為鑒，建立起適用于大壩現行狀況的監測系統。

1．2 新建壩的監測設計

在大壩工程設計的同時，就應投入新建壩的監測設計，用已有的工程經驗，結合新壩工程的設計資料來進行新建壩的監測設計。從事設計人員應有相當豐富的工作經驗，盡量準確估計大壩隱患可能產生的原因和方位，最大可能地避免或減少監測布置中的盲點。

2 大壩安全監測設計要注意的幾個問題

2．1 水準測量問題

截至目前為止，對大壩垂直位移的觀測用精密水準測量法居多，按一等水準測量進行水準基點的校準，通常達到的效果很好，但仍會存在一些問題:

1) 水準基點通常避開壩區水庫，所以對校測壩區工作基點穩定性的傳遞會由基點經過水準，而事實上，水準基點會常遭破壞，致使一些工程在蓄水不久后，便中斷了對工作基點的校測;

2) 壩基沉陷會伴隨大壩施工開始到大壩建成的整個過程，因此，必須從設計、施工及運行3個方面注重壩基沉陷，才能取得壩基沉陷的全過程資料;

3) 設計時，要考慮到廊道內斜坡段坡度大導致水準數據傳遞困難的情況，根據具體實際決定是從下游橫向傳入廊道，還是從豎井垂直傳遞，無論怎樣都應將高程數據傳入，否則，廊道內沉陷測值只是底板的相對升降，而非蓄水后的絕對值;

4) 還有一些工程在橫向廊道內上、下游部位設置標點，想由高差推算基礎傾斜值，這種方法觀測精度不夠，取得效果并不明顯。比方說一條長50 m 的水準線，其上、下游的端點高差測量精度若想符合基礎傾斜觀測精度±1″的要求，就不得＜0．25 mm。

2．2 變形監測

大壩變形是安全監測的必測項目，而壩體的水平和垂直位移是變形監測的重中之重，《混凝土壩安全監測技術規范》規定:所有混凝土壩的壩頂垂直位移精度為±1 mm，壩基為±0．3 mm;壩基傾斜的精度要求為±1″，支墩壩以及重力壩的壩頂水平位移精度為±1 mm，而壩基為±0．3 mm。這項規定為監測設計提供了定量的客觀依據。變形監測主要方法有引張線及垂線等。

1) 引張線觀測的綜合精度。引張線主要用來監測直線型或折線型大壩的水平位移。引張線法是在兩個固定基準點之間張緊一根高強鋼絲作基準線，用布設在大壩各觀測點的比測裝置測定各個測點偏離基準線的變化量，進而得到各測點的水平位移量。引張線可布置在壩頂或壩基廊道及壩體廊道中，其觀測精度可以滿足監測規范要求。但應當注意，對于壩體較長時采用的浮托式引張線，其綜合測量精度深受浮體的抗凍和抗蒸發性能及線體的復位能力和自由度的影響。

2) 垂線設計中應注意的問題。垂線監測法分為正垂線和倒垂線，是量側大壩水平位移的監測法。垂線設計中應注意線體設計和測量裝備都會影響到垂線量測精度:①垂線長度應應控制在＜50 m，垂線太長會產生低頻振蕩，降低量測精度。為防止垂線產生擺動或振蕩，應對可能的竄風部位實行封閉，用套管保護設置在壩外或寬縫的垂線，并保證密閉垂線觀測室的門，防止氣流產生;②應選擇簡單實用的設備進行人工觀測，雖然當前遙測垂線坐標儀的精度最差也為0．15 mm，遠高于人工觀測，但為了避免監測數據漏失，在布置自動化監測設備時，應并行布置人工觀測設備，以備必要時的校測。

2．3 溫度監測

溫度監測法在混凝土壩監測中經常用到，對壩基溫度、混凝土溫度以及壩庫水溫和氣溫的測量都有顯著效果。除專用溫度計外，國內通用的差動電阻式儀器均能兼測溫度。除過壩基，觀測對象中混凝土、大氣和水的溫度變幅通常在20 ～30 ℃之間，精度與變幅比例遠＞1/10，測值較為可靠，能如實反映溫度的變化規律。

氣溫較之壩溫容易觀測，可以保證長期連續預測，但根據過往經驗來看，若大壩性狀出現異常，氣溫因子往往不能解釋原因，而結合壩溫分析，則能得到滿意的答案。尤其是施工時埋在處于大壩基礎面或其附近的溫度計，在大壩運行時可以作為輔助工具進行滲流監測，而要探測基礎滲流的變化情況則需要實測溫度場的分布以及變化規律。

2．4 壩基工作性狀的綜合監測

據悉，很多大壩失事的緣由多是由壩基引發的，由于壩基及壩區的地質構造較為復雜，要探測清楚壩基性態并進行有效的工程處理是很難甚至沒可能的。水庫的形成使壩區巖體失去平衡，并會在水庫高水頭的長期作用下持續惡化，引發諸多干擾大壩正常運行的不利因素，為以后的發展速率埋下隱患。當然大壩安全監測不便直接用滲流滲壓監測法，可將基礎水平位移監測、垂直位移監測以及應壓力監測綜合起來，易于分析計算，盡最大可能完善大壩安全監測。

3 結 語

成功的大壩安全監測設計應充分掌握壩工設計及施工中的關鍵性問題，盡量準確預估大壩在運行期間可能出現的異常，根據實際選擇合適的監測方法，讓監測設備的布置恰如其分、恰到好處，有效獲取大壩運行性態信息。同時，安全監測設計還應保證監測系統的靈活性，以免運行時根據實際需要實時更新、改善監測系統，為大壩運行期間的安全提供更有利的保障，為優化設計方案與施工工藝提取更多合理科學的實踐經驗和理論依據，提高大壩工程安全監測的質量。

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