大壩安全監測設計與施工技術探析

高鳳桐

（昆明龍慧工程設計咨詢有限公司，云南 昆明 650221）

新時期，我國為了更有效地解決水利系統中的安全問題，對大壩進行了安全監測和設計，加強了不同施工技術在其中的應用，實現了對此工程的自動化監測，優化了基礎土建工程的設計流程，更解決了其中的設備防護和信號傳輸等問題，為水利工程的順利實施提供了條件。

1 大壩安全監測設計與施工技術的應用情況

隨著我國經濟不斷地發展，對大型水電站的需要量也越來越多，但是由于壩址地質條件比較復雜，其一般處于高震區以及高地應力區，如果其中一旦存在安全隱患，就會給下游人們的生命和財產帶來非常大的影響。因此，在此背景下，需要認識到大壩安全監測設計與施工技術的重要性，積極開展安全監測工作，加強先進施工技術在其中的有效應用[1]。

當前，我國的相關部門為了保障大壩建設和全生命周期的長久性和安全性，對建設更好大壩的理念和技術進行了深入探索，并且大壩施工和運行管理模式也得到了有效創新。尤其是隨著物聯網和自動測控技術在大壩建設中的應用，不僅實現了對結構全生命周期的信息監測，還能夠對其中的內容和安全隱患進行個性化管理與分析，然后實施對大壩性能的控制，建立綜合系統。

因此，在對其進行施工和監測時，需要建立數據智能采集數據庫，促進監測數據和仿真分析的一體化，優化施工管理的流程，實現對相關系統的自動化控制，不斷減少大壩結構建設在運行過程中的問題。

例如，某水庫是在1985年建立的，水庫的整體占地總面積大約為160.3 km2，其中水庫容量為4 680萬m3，此水庫不僅給周圍的省和市做出了非常大的貢獻，還加強了對周圍水資源的有效應用。但是，此水庫在運行的過程中，也存在很多方面的問題，如管涌和集中滲漏等。為了避免上述情況對人們用水安全的影響，需要實現安全監測設計，引進先進的施工技術，預防安全事故發生。在此過程中，水利施工人員結合水庫的實際運行情況，對其進行了排險和加固，并且完善了水庫的安全監測設施，通過對先進監測方式的應用，及時發現了安全隱患，滿足了水庫大壩的安全監測要求，為施工的順利進行提供了保障。

2 自動化大壩監測和施工中的問題

2.1 沒有先進的檢測設備

在對大壩進行監測時，發現其中的數據精度并不高，主要是因為在實際的監測過程中，并沒有采用先進精度高的監測設備，設備老化，對監測工作的穩定進行帶來了影響。同時，在具體的監測中，發現其中的測量精度低，其中的數據準確性也不高，在一定程度上嚴重影響了監測工作的質量。

2.2 自動化大壩監測技術沒有得到有效應用

雖然一些先進的技術在大壩安全監測中得到了有效應用，但是大多數還是采用人工監測，這種方式會受環境和天氣等因素的影響，導致監測結果出現偏差，更嚴重地影響了監測數據在實際工程中的使用。此外，大壩安全監測工作的內容是非常多的，只有通過對自動化技術的應用，才可以實現對不同內容的自動化管理，但是大部分企業并沒有在其中投入大量的精力，更沒有加強對自動化檢查技術的有效應用，嚴重影響了監測結果的準確性。

3 我國大壩施工流域的特點

3.1 水文

在對當前我國大壩工程的位置特點進行分析時，發現其大部分都是結合上游水源情況進行防洪治理的。同時，與水庫較遠的洪水，一般不能以地表徑流的形式進入庫區，這會影響水庫建成的效果。并且在對其進行建設后，發現其中的水源一般來自區間來水，主要以冬閑水為主，只有少數的豐水年份匯水區中的河流才能夠直接進入到水庫中[2]。

3.2 氣象特征

例如，西克爾的水庫在歐亞大陸中部，其本身會受到氣候的影響，主要為典型的干旱大陸性氣候，并且其降雨量也是非常少的，日照時間長，晝夜溫差大。同時，水庫還會受到災害性氣候等因素的影響。因此，要想保證大壩工程實施的安全性，需要加強對安全監測設計以及施工技術的有效應用，從而保證我國水利工程的穩定發展。

4 大壩安全監測的主要內容

4.1 滲透觀測

在對土壩類項目進行安全監測時，首先需要重視滲透觀測，分析浸潤線的位置變化情況，一般情況下技術人員可以通過孔隙水壓力儀對其進行分析和確定，結合其中具體的結構形式和工程等級，對大壩的地質情況和觀測斷面進行有效定量，并且還需要觀測斷面是否可以反映出其中的滲流情況，或者是出現問題的地點和位置，然后施工人員在此基礎上，結合斷面的大小，對其中的點數進行更加準確地測量。在此部分內容中，還包括繞壩滲流觀測和土壩孔隙水壓力觀測，要想在此基礎上實現對滲水透明度的觀測，需要對不同混凝土建筑物的實際滲透觀測內容進行整體測繪，然后在此基礎上，進一步完善大壩安全監測設計與施工方案，從而保證人們用水的安全性[3]。

4.2 應力和溫度觀測

為了對大壩的溫度和應力進行更加全面地觀測，可以將混凝土壩體實際觀測情況作為案例，然后通過在混凝土內部的埋設應力，或者是無應力的計算，全面觀測混凝土內部溫度和濕度的變化情況，檢查其是否會受到化學變化和應力引起總應變的影響。在此過程中，還需要對無應力計的作用特點進行分析，主要是應用其測量溫度和濕度變化引起地應變。

同時，技術人員在對其此部分內容進行靜計算時，還需要應用總應變減去此部分的數值，最后就能得到由荷載引起的應變，然后將其換算成應力。施工人員可以結合此結果，分析溫度和應力對混凝土壩體的影響，完善大壩安全監測設計方案，通過對施工技術的應用，實現對溫度進行全面觀測。此外，還可以在壩體內布設溫度計，并在靠近壩體比較近的表面等部分布設大壩安全監測設備，實現對壩體內部溫度的有效觀測[4]。

4.3 水流觀測

在對水流的形態進行觀測時，需要對水流帶給建筑物的作用力進行分析，主要目的是避免不利水流對整體施工的影響。水流平面的形態一般包括水流流向、漩渦和折沖水流等內容，工作人員在對其進行觀測的時候，可以在泄水建筑物開始，向上下游兩端一直到水流正常地方進行觀測。在對高速水流進行觀測的時候，要重點觀測水流所引起的振動和負壓等情況，對其中的觀測數據進行整合，為維修維護模型的建立提供更多的數據支持。

4.4 檢查觀測

檢查觀測工作一般是利用工作人員自身通過觀察，或者是利用一些其他簡單的工具對周圍的建筑物進行簡單觀測。值得注意的是，雖然使用儀器可以觀測到更準確的信息，但是一個建筑物的儀器安設點是有限的，所以如果安裝太多的儀器設備，會影響整體的經濟效果[5]。再加上，受到水工建筑物裂縫和滲水等缺陷部位的影響，其不一定會發生在儀器設備的觀測點上，這會要求工作人員在檢查觀測中，需要注意對儀器位置的合理設計，只有這樣才能夠及時發現其中的異常情況。在具體的檢查中，還需要檢測建筑物有無裂縫等情況，在壩腳和迎水坡等重點部位是否出現了塌陷和沼澤化等現象，避免上述問題對大壩建設的安全性產生影響，從而保證安全監測設計的有效性。

5 大壩安全監測設計與施工技術的具體措施

5.1 完善設計方案

在對大壩進行安全設計時，發現其中的初步設計方案一般都是經過多項研究分析所形成的，其本身具有非常大的可行性。但是，當前的大壩安全監測設計方案在實施前，并沒有結合初步設計方案中的主要內容進行優化，這就導致此方案不能滿足實施程序和質量的要求。因此，在此背景下，需要對大壩安全監測設計和施工方案進行調整，完善以前的設計方案，加強對技術質量的控制，節約其中的資源[6]。例如，工作人員在控制大壩安全監測中心設備數量時，不僅要考慮經濟水平，還需要綜合考慮其中的管理制度，可以通過對計算機以及其他設備，實現對高新科技的應用，控制其中的投資力度，降低其中的成本，為大壩安全檢測工作的順利運行提供保障。

目前，大部分的大壩工程招標文件中，一般都出現了觀測站建設等問題，為了縮短此部分內容的工期，減少其中的投資成本，一些監測實施單位并沒有優化設計方案，這會導致實際的監測情況不能滿足大壩安全監測設計的要求。這就要求相關的施工和大壩安全監測單位對設計方案進行調整，對其中的設備進行自動化調試，通過對先進施工技術的應用，不斷提高大壩安全監測的準確性[7]。

5.2 加強質量控制的力度

由于大壩施工位置和環境比較復雜，需要對施工各個階段的質量進行全面監控。首先需要結合實際的施工情況，確定質量標準，然后在此基礎上建立質量管理體系，主要目的是對每一個階段進行嚴格監測，讓其可以在滿足質量管理標準的同時，實現對大壩運行全過程中的監測。此外，還要加強對監測儀器的有效應用，并且在對其進行安裝埋設前，需要實施放樣，解決其中的障礙問題。要想更好地避免將故障儀器埋入到不同的壩體中，在施工前工作人員要對埋設儀器進行全面檢查，并且在安裝的過程中，還需要如實記錄其中的特性參數，為后期分析工作的順利開展提供保障，確保其中的監測設備可以安裝到位。在對其安裝完成后，還需要及時填寫完考證表，將其交予監理單位進行存檔。

在單元工程結束以后，還需要在監理工程師的指導下，對大壩施工中的技術文件資料進行整合，驗收單元工程中的整體質量。此外，加強對施工安裝質量的控制，不僅可以實現對大壩施工和運行情況的自動化監測，還能夠及時發現其中的安全隱患[8]。如，在多點位移計的安裝中，需要綜合考慮拉桿本身所處的位置，或者是電纜耐水壓等問題，對其中的細節進行處理，然后在此基礎上，積極開展監測工作，優化施工安裝的流程，讓每個步驟和內容都可以落到實處，從而不斷提高整體質量和監測效果。

5.3 合理選擇監測儀器設備

在當前的大壩安全監測過程中，其中存在很多任務，這些任務主要是對內部滲透壓力、溫度和水位等情況進行安全監測。由于我國的檢測儀器種類比較多，需要結合質量標準，對其進行合理選擇，保證其可以達到國家相關部門所規定的指標，并且不同原理儀器本身的精度差別也是比較小的，這種存在性差別主要是在儀器的外觀和售后服務等多種方面，所以要想提高大壩安全監測的結果，需要對其中的儀器和設備進行有效選擇。

特別是在我國水利工程整體建設水平不斷提高的背景下，各種先進的科學技術和產品在大壩安全監測設計和施工中都得到了應用，為了保證監測設備應用的安全性，需要應用高質量的儀器，對其中的軟硬件設施進行更新。同時，還可以積極引進國外先進技術，提高儀器的精度。但是，在一般情況下，大壩安全監測設計中所采用的儀器型號是不可以超過3種的，主要是因為所應用的儀器型號越多，就會增加操作人員的管理與壓力，還會給儀器維護工作增加負擔。此外，如果不對監測儀器的數量進行有效控制，還會增加其額外成本[9]。如，在對大壩內部的鋼筋計進行選用時，需要選擇差阻式和振弦式兩種儀器，并且在施工觀測的過程中，工程人員也需要攜帶這兩種儀器，這不僅會減輕其管理壓力，還可以提高儀器的精確度，為大壩安全監測工作的穩定進行提供條件。

5.4 結合水庫大壩的實際情況，建設安全監測系統

大量的資料研究表明，水庫大壩失事的主要原因之一，就是在其中并沒有配備配套的大壩安全監測設施，所以施工人員和管理人員在具體的工作中，并不能及時發現水庫大壩中的內部變化情況，會錯失應急處置時機[10]。

這就要求相關的水利工程要認識到建設水庫大壩安全監測系統的重要性，結合水庫大壩周圍的實際情況，開展安全監測工作，并且對于新建或者是加固水庫工程，需要促進大壩安全監測系統和主體工程設計內容的有效結合，強化水庫規模本身的特點，進而實現對水庫大壩安全的綜合性監測。

6 結束語

總而言之，水庫大壩作為我國水利工程建筑中的主要內容，為了保證其運行的穩定性，排除其中的故障，需要對其進行安全監測設計，優化整體設計方案，加強對施工技術的有效應用，及時發現其中的安全隱患，從而保證大壩施工系統運行的安全性。