浅析桃花江水库大坝的安全监测及预防

发表时间:2017/3/16   来源:《科技中国》2017年1期   作者:莫立平
[导读] 加强水库大坝安全管理,是保障水库下游人民群众生命财产安全的重要基础,所以对大坝的安全监测显得尤为重要。

湖南省桃江县桃花江灌区管理局  湖南 桃江   413400

摘要:加强水库大坝安全管理,是保障水库下游人民群众生命财产安全的重要基础,所以对大坝的安全监测显得尤为重要。本文以桃花江水库大坝为例,重点对大坝的变形监测、渗流监测、裂缝监测系统的安装和施工工艺及操作要点进行了详细阐述,并提出大坝的安全预防策略,以供类似工程研究参考。
关键词:桃花江水库;大坝安全;监测;预防

        随着我国科学技术的发展,对于水资源的开发利用逐渐加大,这对水利设施的发展有很大意义,而且推动了其规模和数量的不断发展壮大,此时水利工程的安全问题就成了人们关注的焦点。目前建筑施工行业拥有各种先进的设备、技术、材料和条件,为水利设施的施工和建设提供了条件和保障。但在实际建设中仍存在一些不确定因素影响着水利工程大坝的安全。而且虽然在进行设计时就对水利工程大坝的各项安全性系数进行了考量,但在实际使用中依然会不可避免的出现各种各样的问题,影响着大坝的使用和安全,因此必须对大坝的安全进行实时监测和预防。下面以桃花江水库大坝为例,重点对大坝的变形监测、渗流监测、裂缝监测系统的安装和施工工艺及操作要点进行详细阐述,并提出大坝的安全预防策略。
        一、桃花江水库大坝的基本情况
        桃花江水库大坝枢纽工程位于桃江县境内、资江南岸的一级支流桃花江中上游的子良岩,是一座以灌溉为主,结合防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水利工程,该工程属三等工程,大坝属3级建筑物。大坝为砼重力坝,坝顶高程144m(吴淞高程),最大坝高54m。大坝分十个坝段,呈折线形布置,坝轴线长151.14m,坝顶宽7m。其中6#、7#坝段为溢流坝,堰型采用克—奥非真空断面,堰顶高程134m,最大下泄量为1158m3/s。在9#坝段分设115、129、136米高程的三级输水管道。
        1972年至1980年由于帷幕补强灌浆,部分观测孔堵死,测压管内无水,但仍基本坚持了观测。1980年改善扬压力观测管后恢复正常观测,累计共观测617次,1999年至2002年大坝除险工程在施工中,帷幕灌浆破坏了大部分观测孔,2012年的大坝维修养护项目中,再次改善了大坝安全监测系统,
        二、桃花江水库大坝安全监测的方法
        按照混凝土坝安全监测技术规范,与工程的实际情况相结合,桃花江水库安全监测项目中设有变形监测、渗流监测和裂缝监测。
        (一)变形监测
        变形监测包括水平位移及沉降监测。水平位移观测采用人工光学观测,在坝顶设置14个观测墩,左右岸基岩稳定处设2个观测基点。沉降观测也采用人工光学观测,测点与水平位移观测同样布置,共设置14个测点,2个起测基点。坝顶安装6个水平位移及垂直位移观测墩施工、2个滑坡体变形监测墩、2个工作基点的施工及安装,用全站仪及水准仪观测。
        1.水平位移监测
        水平位移基点设在坝下右岸山上。照准点设在坝对面水库内山上800米处。大坝右岸上的危岩设有观测水平位移的正副标志二个。其基点设在左岸山上距危岩观测点100米左右。
        位移标点施工注意事项:(1)按照规范,工作基点和表面变形监测点标墩为现浇钢筋混凝土墩,工作基点标墩高于地面1.2m,在基岩或原状土层(本土层)埋深1.0m~1.5m。表面变形监测点标墩高于地面1.2m,测点设置于路边上,不碍交通。(2)底座应与被监测体稳固连接,保证监测标能代表该处变形,位于土层或堆石体上的测点,应保证埋设于坚实的岩土中,位于道路上的测点,视现场情况埋设于路前沿或内侧,但墩座不得跨结构面或埋于破碎带中,基座顶面应与路面齐平。(3)水准标心顶端高于标点表面0.5cm~1.0cm。顶部对中底盘之水平度不大于4′;水准标直接嵌于混凝土监测标墩底座凹坑底面并露出15mm,保证标志体平正且利于水准尺自由转动[1]。

 

        2.沉降监测
        垂直位移工作基点基左设在大坝左岸房子下边,基右的在右岸公路边岩脚下。垂直位移基点在距大坝约200米右边的公路边。在大坝的基础面上设置沉降点,用水准仪器对其进行定期的观测,同时在大坝底部和顶端进行设置,设立在竖向通道中。
        观测点设置完成后,借助水准仪器进行一次精密的观测,对原大坝观测点的设置、大坝和水工建筑的交接位置的设置进行高精度的观测和选址。在施工中,每间隔一两层就要开始一次观测。如果出现停工太久的情况,在施工开始和完成的时候也必须要进行观测,发生严重的沉降和裂缝问题时,必须要进行及时的观测,并在之后进行定时观测,连续观测,关注其发展动态。
        在每进行完一次观测活动后,对取得的数据进行检查核实,确保其准确率。另一方面,对沉降点的变化动态和时间、数据等进行记录,设置沉降曲线。整编历年观测资料分析得出:坝体的垂直位移按正弦曲线变化,变化值在上升4.87mm,下降9.39mm之间,呈上升趋势,出现少量残余量。
        (二)渗流监测
        渗流监测项目中基础灌浆廊道内安装有11个测压管,管内安装振弦式渗压计,并接入自动化系统,实现自动化数据采集。渗压计用于混凝土坝可测量坝体和坝基的扬压力,并能兼测埋设点的温度,也可用于水库水位或地下水位的测量。
        渗压计的换算方式
        H = 0.1*[G(F0-F)+K(T-T0)] + h0
        式中: G—渗压计测量压力的最小读数,kPa/F;(psi表示磅每平方英寸)
        K—渗压计的温度修正系数,kPa /℃;
        F0、T0—初始值,安装时渗压计在空气中的频率模数及温度;
        F、T—实测测量频率模数及基准温度;
        h0 — 渗压计所在的安装高程(m) ;
        H — 测压管水位(m)
        测压管、渗压计施工需注意的事项:(1)测压管钻孔需要在帷幕灌浆、固结灌浆之后进行,钻孔直径Φ=90mm,至基岩下1米,钻孔时需要记录地质情况;(2)测压管管身为Φ=2寸镀锌钢管,要求去毛刺,接头应用外箍接头。钢管安装应顺直,内壁光滑。(3)测压管透水段开Φ=6mm孔,外裹足以防止土颗粒进入测压管的无纺土工布。(4)透水段以上测压管封孔材料水泥砂浆。(5)测量测压管的管口高程,管底高程,位置坐标(桩号、距坝轴线距离)均需测量准确,记入考证表。(6)渗压计安装在测压管内,一般没有将渗压计安装到测压管孔底,以避免将来测压管内发生淤积时堵塞渗压计底部的透水石,而引起测值不准确[1]。

 


        桃花江水库管理所安装有数据采集软件及信息管理软件。具有数据采集方式,可进行自报周期设置,对自动化监测系统的各仪器进行参数设置,按照设置的参数进行成果换算,浏览观测数据及报表、图形成果。按照MCU 设定的参数进行数据采集监测数据,数据保存在本地数据库。MCU安装在左岸基础灌浆廊道入口处,用膨胀螺栓固定在墙壁上。220V交流电通过配套的隔离变压器后接入MCU供电,MCU内安装有相应的数据采集模块、电源防雷器、通讯防雷器、蓄电池、电源模块等等。MCU负责自动化系统的1支渗压计的数据采集、存储、通信。
        数据采集方式具备中央控制方式、自动控制方式(即无人值班方式)、特殊条件下具备应急控制方式、人工测量方式、网络化测量方式、远程控制测量方式等功能。监测数据的采集方法常规巡测、检查巡测、定时巡测、常规选测、检查选测、人工测量。运行人员可在监控主机上设定或修改起始测量时间和定时自动测量周期[1]。
        (三)裂缝监测
        进行裂缝观测时,注意把握几个方面:裂缝的走向、分布、长度、宽度及变化等,具体的情况要根据观测到的数据进行把握。在观测时,要注意一些变化大的裂缝,要依据其变化的速度进行观测频率的调整。可以在观测时进行裂缝编号,并设置观测标志,在一些容易产生裂缝的地方进行设置。在不易产生裂缝的地方,可以运用比例尺、游标卡尺等工具测量,也可以用方格网版进行时间的设置并进行观测[2]。在裂缝面积较大时,可以进行近景摄影测量,在观测后及时记录裂缝的位置、长度、面积、形态,并对其位置布局进行绘制,对其观测成果进行分析说明。
        三、大坝安全预防策略
        (一)大坝位移的预防
        在水利工程大坝的变形监测中,真空激光准直法可以用来同时对大坝的垂直和水平方向的位移进行监测。并不同于大气激光波带片法,它运用的原理是三点法准直,把整个光路都投射到真空管道里,保证了系统在运行中的稳定性,而且精密度更高。在高坝和直线型长坝的变形监测中运用比较多。
        (二)大坝安全监测的观测仪器设备
        进行大坝安全监测的仪器和设备在设置前必须要检验、率定、计量检测,其使用的性能性质必须符合国家的相关规范标准。在施工时进行观测也要按照国家的技术规范标准和要求进行,而且其观测频次也要严格按照标准执行。对施工期的观测资料要进行收集、整理、计算和分析,并要及时报送,对于发生的异常情况要实行加密监测,保证观测数据的真实完整。在进行年度资料报告时,基于这些资料数据进行大坝变形曲线的绘制,确保分析报告的科学和严谨。
        (三)大坝设施的预防
        不同的大坝有其不同的功能、布局和结构,这都受到其水源、地势等各方面的影响。在进行排水沟的渠断面设计时,要以其设计流量为基础进行计算,其沟顶必须要在水位之上,最好高出0.2m或者更多。渠底的设计一般要等宽,在对其尺寸进行改变时,就要运用渐变段,保证水流的顺畅,避免冲刷破坏的发生。如果沟渠中的水流速度比淤泥的流速还要小,就要增大其沟渠纵坡的设置,如果比其大,就要采取相反的措施,减小其纵坡或者对其进行加固。沟渠减少的最小纵坡不应该低于0.3%,如果是土质纵坡不低于0.25%,沟壁沟渠为0.12%[3]。在进行地下排水设施设置时,需要降低地下水位,防止其对大坝路面稳度和强度进行影响,并对其路面进行保护。而在地下排水设施建设中,要求进行牢固有效的建设,按照规格进行施工,并在建成后注重其保养和维修。

        结语:
        社会不断发展,我国水利工程建设越来越多,规模越来越大,这对于水利工程的发展既是机遇又是挑战。现在的城市发展不断推动着水利工程的发展,要求我们建立数量更多、规模更大的水利工程设施。而另一方面,在水利工程大坝的建设中,人们提出了更高的要求。在进行工程建设时,要保证其施工质量,注重对其进行实时监测及反馈,还要延长其使用寿命。在监测时,要科学经济合理,监测时可以运用各种科学的方法进行,对于不同时期的同一大坝,相同时期的不同大坝进行及时监测,并进行各种数据的记录和计算,确保大坝观测中的精密性和准确性。在保证水利工程质量的同时,对大坝周边及下游人民的生命和财产安全进行保护。总之,对大坝的安全进行实时监测及预防显得尤为重要。
参考文献:
[1]桃花江水库安全监测方案,水利部南京水利水文自动化研,2013-3
[2]刘民.浅谈水利工程中的大坝变形监测与维护[J].科技与企业,2013,09:227.
[3]胡奇秀.大坝的变形监测要点分析[J].地下水,2015,04:258-259.

 
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