關于幾種大壩安全監測儀器可靠性評價方法的探討

楊紹興

摘要：為了監測大壩應力及應變，在大壩上埋設了很多傳感器，它們對大壩的性態進行實時的監測。但是隨著傳感器長期的使用，也會出現很多質量問題，本文針對大壩中測量儀器和監測方式進行簡單評估，探討問題及解決措施。

關鍵詞：大壩安全，檢測方式，檢測項目

1引言

隨著大壩在長期的運行過程中，內部安全監測儀器的可靠性和穩定性也得到降低。為了找出大壩安全監測儀器的現狀，準確區分現有儀器和不可用儀器，有必要按照一定的方法對監測儀器進行全面監測。檢查和鑒定。

2鋼弦式儀器檢測

最近十年，鋼弦式儀器在大壩安全監測中獲得了廣泛的應用。由于鋼弦式儀器的結構簡單、體積小、精度高，具有很好的長期可靠性及穩定性，頻率信號可以遠距離傳輸等優異特性，鋼弦式儀器在許多地方基本取代了電阻式等傳統的傳感器。

2.1采用孔隙水壓計監測

在中國的土石壩均采用孔隙水壓計監測壩體的孔隙水壓力和壩基揚壓力。施工期在心墻中設置孔隙水（滲）壓計監測心墻的孔隙水壓，以便能通過調整相應的施工進度避免過高的心墻孔隙水壓。

大多數土石壩的揚壓力監測，主要是將滲（揚）壓計放人標準的測壓管中進行的。在許多老壩中，現存的測壓管直徑通常偏小，滲（揚）壓計尺寸的微型化至關重要，某公司鋼弦式儀器直徑最小可達lmm，從而無需掃孔即可直接放人絕大部分工程的測壓管中。在老土壩中采用鉆孔后埋設滲（揚）壓計也是一種可用的方法，但應注意鉆孔引起壩體中的材料抗滲性破壞。在許多情況下是采用尖頭的貫人式滲壓計，連接在鉆桿頭上壓人軟土體中。中國的一些工程中，當鉆孔埋設滲（揚）壓計可能出現問題時，常采用貫人式，或者采用兩種方式結合。

2.2采用鋼弦式水壓計檢測

采用鋼弦式水壓計對庫水位和滲流量進行監測是一種非常簡單而又可靠的方法。由于鋼弦式水壓計量程可以做到很大或很小，可為0.10～100m水頭（中國浙江某大型抽水蓄能電站，采用的某公司鋼弦式滲壓計亦達8MPa），而精度卻很高（可達萬分之幾）。在用于庫水位量測時，只需將一只適當量程的鋼弦式水壓計放人庫內即可，比較傳統方法節省了大量土建費用。在進行滲流量監測時，只需將一只微量程的鋼弦式水壓計放人滲流堰內，這種鋼弦式微壓計通?？梢詼y出小達0.lmm（或更?。┑难咚^變化，從而得出滲流量。在微壓量測中，大氣壓變化的影響是不容忽視的。邊種鋼弦式微壓計可以消除大氣壓變化的影響。

鋼弦式儀器被廣泛采用的其他原囚是其令人滿意的耐惡劣環境和快速反應能力以及便于自動化接口。中國的某工程采用了三支某鋼弦式水壓計用于監測調壓井高達175m的水位變幅，水位變化高達0.80m/s，要求每秒一次自動監測并實時圖形顯示，精度要求在175m量程內達到3cm，這些要求對傳統的傳感器無疑是嚴峻的挑戰，然而，鋼弦式儀器卻可以勝任。

3碾壓混凝土及混凝土壩

3.1鋼弦式測縫計及溫度計檢測

碾壓混凝土是一種較新型的筑壩方法，在全世界均得到廣泛采用。在碾壓混凝土中，通常會產生一些施工裂縫，可以采用防止混凝土過熱及灌漿方法進行控制。對碾壓混凝土壩的監測通常采用鋼弦式測縫計及溫度計（鋼弦式儀器通常均帶測溫功能），較大部分其他類型的僅器，鋼弦式儀器更適應碾壓混凝土的惡劣工作條件而無需改造，通常只需對電纜加以特殊保護以防止施工機械帶來的破壞。南非的一個碾壓混凝土壩中，采用了10多只測縫計沿壩軸線串聯在一起，用于監測壩體的裂縫狀態。

3.2變形與應變檢測

混凝土壩的變形與應變是在施工期將位移計和應變計預埋于測點進行觀測。在已建成的壩中，有關裂縫的觀測是將測縫計安裝在裂縫表面進行的。測縫計也用于壩體鉆孔中以監測由于化學作用而產生的混凝土膨脹，鋼弦式測縫計也用于量測在大壩改造中新老混凝土接合處的監測。

在許多混凝土壩中，壩的變形與偏轉是采用垂線式引張線來監測，然而，這些措施通常采用其他一些技術措施來強化，最常采用的一種方法是鉆孔多點位移計，直接從壩內廊道貫穿到基礎。多點位移計也用于基礎的變位，在研究壩的長期性態時，采用數據記錄儀自動記錄的多點位移計將非常有用。典型的鉆孔位移計主要山不銹鋼或溫度系數最低的碳纖測桿以及錨頭，采用鋼弦式電測頭精度可高達0.01mm?？偠灾?，鋼弦式儀器的發展已經使其可適應絕大部分的大壩安全監測，在今天，鋼弦式儀器深受歡迎并在不少地方取代傳統的電阻式等儀器，其原因在于價格低廉、種類齊全、具有優秀的長期穩定性、可靠性、耐久性及高精確度。

3.3倒垂線檢測

倒垂線孔可說是巖心鉆探中最難施工的一種鉆孔，鉆孔雖說不算深，一般在30～50m之間，孔徑在中168mm～300mm之間，但垂直精度要求很高，鉆孔偏斜距一般在20mm～40mm以內，要達到這一指標是很難的。目前鉆進倒垂孔鉆進方法大致有兩種：一種是無巖心鉆探，用沖擊鉆頭或牙輪鉆頭鉆進;另一種是有巖心鉆探，用鋼粒、硬質合金、金剛石鉆進。本文認為，這兩種鉆進方法稍有不慎很難達到精度要求，有些鉆孔曾鉆幾次都達不到要求，工程造價每米超過數千元，甚至有些鉆孔報廢。經過4個倒垂孔的鉆探施工，現就如何鉆進好大壩倒垂孔談些見解，供同行業參考。

倒垂線浮體裝置采用恒定浮力式，浮子的要求浮力按下式確定：

浮子浸入油中的體積V為：

浮子的實際浮力P為：

式中：G為浮子自重。

根據到垂線所承受的拉力（浮力P）計算鋼絲的實際應力σ：

式中：d為鋼絲的直徑cm，S為鋼絲截面積cm2。

不銹鋼絲的極限強度為σ0（取13000㎏f/cm2），鋼絲抗拉安

全系數K為：

根據混凝土壩安全監測技術規范》（DL/T5178-2016）的規定：倒垂線線體強度應大于浮子浮力的3倍，即K≥3。

通過測量結果顯示鋼絲平均安全系數為3.18，但是超出標準也不達到10%，在使用中也不是非常有儲備能量。由于倒垂線在使用時，長期承受荷載作用下，如果承受的浮力過大、而且垂線維護不合理導致生銹時，垂線橫斷面變小，產生應力集中現象，此時的鋼絲原有的安全系數會發生急劇下降，易發生斷裂現象。

4定向側鉤埋設垂線

埋設倒垂線有兩種方法：一種是常規埋設，用錨桿插人護管底內的水泥漿里。這種方法埋設誤差大，一般為20mm，牢固性也差，時間長，有時會造成埋設失敗。另一種是采用定向倒鉤埋設垂線新技術，用正鉤、倒鉤來完成垂線埋設。倒鉤根據鉆孔側斜資料，確定好最佳位置后，將倒鉤事先焊在護管底內，定向下好護管，正鉤連同垂線牢牢地鉤住，這樣既簡單、準確，又省時、省力。如有效口徑偏小，可實現“抓下保上”，充分利用孔內的有效口徑，準確無誤地將垂線固定在所需要的位置上，其結構見示意圖。

定向倒鉤埋設垂線有如下優點：

1）成功率為100%;

2）對下護管調試，護管回填起到監控作用;

3）可以克服磁性干擾，提高埋設質量;

4）垂線固定點若不夠理想，還可以通過正鉤在地表進行調整;

5）垂線埋設后，用1：1水泥砂漿捏成直徑20mm的球，從孔口慢慢投人，省時省力。

6結束語

大壩鋼弦式檢測和倒垂孔鉆進檢測技術在水電部門發展很快，施工隊伍越來越多，隨著水利資源的開發，對檢測要求越來越高，也提出更高更精的要求。一定保障安全的檢測，并且技術過硬，才能給大壩提供安全保障。

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