于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測設(shè)計院，濟南 250013)

大型水閘工程安全監(jiān)測設(shè)計研究

于文蓬，張 超，蘭 昊

(山東省水利勘測設(shè)計院，濟南 250013)

近年來，在水利工程設(shè)計中，安全監(jiān)測設(shè)計受到越來越多的重視。但各工程在監(jiān)測方面的設(shè)計內(nèi)容差異較大。為了更好地規(guī)范今后的設(shè)計，本文主要針對大型水閘安全監(jiān)測的目的、設(shè)計的基本要求、具體設(shè)計內(nèi)容進行詳述。

大型水閘;安全監(jiān)測;設(shè)計

1 前言

隨著水利事業(yè)的快速發(fā)展和眾多水利工程的興建，出現(xiàn)了許多需要解決的問題。由于地質(zhì)條件、自然環(huán)境等因素的復(fù)雜性以及人們認識上的局限性，目前在工程設(shè)計中尚不能預(yù)見所有的工程安全問題，從而使工程安全存在諸多潛在風險。

工程安全監(jiān)測能及時提供水工建筑物工作性態(tài)的第一手資料，是及時發(fā)現(xiàn)工程安全隱患的一種有效的方法。我國自20世紀50年代起，已經(jīng)開展了一系列工程安全監(jiān)測的探索，經(jīng)過幾代水利人的不懈努力，工程安全監(jiān)測在儀器研制、埋設(shè)技術(shù)、自動化采集以及資料整編分析方面都取得了很大進步，一些行業(yè)標準也在逐步完善。舉世矚目的三峽工程，埋設(shè)監(jiān)測儀器總計達10萬多支，監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)?？胺Q世界第一。本文主要對大型水閘工程安全監(jiān)測設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容進行詳述，為今后水閘監(jiān)測設(shè)計提供參考。

2 水閘安全監(jiān)測的目的

a.為工程運行管理及調(diào)度提供可靠的信息，為正常、安全運行服務(wù)。

b.監(jiān)視水閘的運行安全，全面反映整個水閘的工作狀況，對可能發(fā)生的險情提前預(yù)報。

c.掌握施工期各部位的狀況，驗證施工工藝的合理性，并及時反饋設(shè)計，滿足水閘施工要求，同時也為驗證或修改設(shè)計、驗證或修改施工方案提供依據(jù)。

d.根據(jù)監(jiān)測資料驗證設(shè)計成果的正確性，為以后的工程設(shè)計及監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展積累資料。

3 水閘安全監(jiān)測設(shè)計的基本要求

水閘監(jiān)測設(shè)計應(yīng)遵循“突出重點、全面兼顧、統(tǒng)一規(guī)劃、分期實施”的設(shè)計原則。監(jiān)測儀器設(shè)施的布置，應(yīng)密切結(jié)合工程實際，根據(jù)工程規(guī)模及特點，結(jié)合工程存在的主要技術(shù)問題及難點進行設(shè)計，按照全面、可靠、適用、精確、方便、經(jīng)濟、迅捷，力求先進和便于實現(xiàn)自動化的設(shè)計理念，在綜合考慮監(jiān)測設(shè)施的耐久性、可靠性、自動化性能及穩(wěn)定性等因素的前提下，使儀器的布置既能滿足工程各階段的安全要求，又能全面反映工程實際施工和運行安全狀態(tài)。

4 水閘安全監(jiān)測的主要內(nèi)容及設(shè)計要點

大型水閘安全監(jiān)測應(yīng)結(jié)合工程實際來進行設(shè)計。不同地區(qū)不同用途的水閘，其地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)狀況及運行狀況也各有不同，因此對于不同的水閘，應(yīng)在結(jié)合工程特點，明確工程用途的基礎(chǔ)上，依據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)計規(guī)范來進行監(jiān)測部位的選取、監(jiān)測項目的擬訂及其監(jiān)測設(shè)施的布置。

大型水閘常見的安全監(jiān)測項目主要包括以下內(nèi)容。

4.1 現(xiàn)場檢查

現(xiàn)場檢查是一種維護建筑物安全運行最直接的措施，指用直覺方法或借助簡單工具，通過建筑物外觀顯示出來的異常現(xiàn)象判斷建筑物內(nèi)部可能發(fā)生的問題?，F(xiàn)場檢查分為日常檢查、定期檢查和特別巡視檢查。

4.2 表面變形監(jiān)測

水閘的表面變形監(jiān)測是一項重要的觀測項目，是判斷水閘正常工作的基本條件，一般包括水平位移觀測和垂直位移觀測等。

位移觀測是利用光學或機械方法設(shè)置一條基準線，測量測點相對于基準線的偏移值。在工程上常用埋設(shè)表面標點，采用水準儀、經(jīng)緯儀和伸縮儀的方法測量。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)水閘的設(shè)計運用情況，在有可能產(chǎn)生顯著外部變形的地方埋設(shè)觀測標點，一般在設(shè)計時常選擇在閘墩、岸墻、翼墻頂部的端點和中點埋設(shè)標點。其中沉降標點在工程施工期可先行埋設(shè)在底板面層，在工程竣工后、放水前再引接到上述結(jié)構(gòu)的頂部，以便達到監(jiān)測資料的完整性。建筑物的第一次位移觀測應(yīng)在標點埋設(shè)后及時進行，然后根據(jù)施工期不同荷載階段按時進行觀測，在工程竣工放水前、后應(yīng)立即對位移分別觀測一次，以后再根據(jù)工程運用情況定期進行觀測。

常用的變形觀測方法及要求見表1、表2。

表1 表面豎向位移監(jiān)測方法和要求

表2 表面水平位移監(jiān)測方法和要求

4.3 內(nèi)部變形監(jiān)測

水閘內(nèi)部變形監(jiān)測包括水閘及其地基內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等項目。國內(nèi)外大量實例證明，建筑物的事故不是一蹴而就，而是從微觀性態(tài)的變化逐漸惡化的過程。因此內(nèi)部變形監(jiān)測相比外部變形監(jiān)測更易于發(fā)現(xiàn)水閘異常的先兆。

內(nèi)部變形監(jiān)測采用埋設(shè)儀器的方式來實現(xiàn)。對于不同的監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)采用不同儀器，具體詳見表3：

表3 常用內(nèi)部變形監(jiān)測

應(yīng)力應(yīng)變屬于建筑物的微觀性態(tài)，是建筑物的微觀反應(yīng)或局部反應(yīng)。設(shè)計時，為了監(jiān)測水閘關(guān)鍵部位混凝土應(yīng)力和鋼筋應(yīng)力，需要選擇水閘有代表性斷面中可能產(chǎn)生應(yīng)力集中或可能出現(xiàn)較大應(yīng)力的部位布置應(yīng)變計和鋼筋計，來監(jiān)測水閘的應(yīng)力狀況。

工程上較常用的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測儀器目前主要有兩種類型：差動電阻式和振弦式。差動電阻式儀器的優(yōu)點在于其可靠性和穩(wěn)定性較好，但傳統(tǒng)的差阻式儀器的靈敏度比較低，精度較小;相比差阻式儀器，振弦式儀器在靈敏度和精度方面一般比較高，長電纜傳輸可靠，但對于安裝要求較高。水閘在設(shè)計時，監(jiān)測儀器的形式應(yīng)根據(jù)工程特點及工程要求進行選用，此外，在選擇時應(yīng)兼顧所選儀器的成熟性、先進性和應(yīng)用的便捷性，以確保日后施工便利和運行的穩(wěn)定性。

溫度觀測包括水閘內(nèi)部溫度觀測、邊界溫度觀測和地基溫度觀測。其目的是觀測水閘及其基礎(chǔ)溫度分布情況及變化規(guī)律。設(shè)計時，水閘內(nèi)部溫度測點的布設(shè)及觀測儀器的選擇應(yīng)結(jié)合應(yīng)力測點進行。

4.4 伸縮縫、裂縫監(jiān)測

水閘中的縫分為為克服過大的溫度應(yīng)力而設(shè)置的伸縮縫和由于荷載作用產(chǎn)生的裂縫。由于水閘使用環(huán)境的特殊性及質(zhì)量控制的重要性，對水閘縫的監(jiān)測是保證水閘安全的重要方法。監(jiān)測水閘結(jié)構(gòu)伸縮縫和荷載產(chǎn)生的裂縫的開合度主要使用測縫計進行觀測。

4.5 滲壓監(jiān)測

水閘滲壓監(jiān)測主要包括揚壓力、滲透壓力、滲透量及側(cè)向繞流監(jiān)測等。

水閘工程中，基礎(chǔ)揚壓力可采用測壓管進行觀測，也可采用滲壓計。滲壓監(jiān)測設(shè)施需要預(yù)先埋設(shè)，測點沿水閘與地基的接觸面布置，通常在閘室及其上下游連接段的代表性部位下的地基上安裝滲壓計，在設(shè)計時，一般選擇在閘室的前后接縫處各布設(shè)一組滲壓計，其余根據(jù)閘室實際情況進行布設(shè)。側(cè)向繞流可以通過在邊墩兩側(cè)預(yù)先埋設(shè)滲壓觀測設(shè)備進行監(jiān)測。

4.6 土壓力監(jiān)測

土壓力監(jiān)測，可分為側(cè)向土壓力及地基反力監(jiān)測，通常采用土壓力計進行觀測。監(jiān)測地基反力的土壓力計應(yīng)預(yù)先埋設(shè)在水閘與地基的接觸面上，選取有代表性部位，在設(shè)計時根據(jù)工程實際情況可以與滲壓計結(jié)合布置;監(jiān)測側(cè)向土壓力的土壓力計通常埋設(shè)在邊墩、翼墻等結(jié)構(gòu)外側(cè)與回填土的接觸面上，沿高度方向選取有代表性測量點進行布置。

5 水閘安全監(jiān)測設(shè)計中的注意事項

a.監(jiān)測實際中，監(jiān)測部位的選取、監(jiān)測項目的擬訂及其監(jiān)測設(shè)施的布置應(yīng)根據(jù)工程特點并依據(jù)相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)計規(guī)范的要求進行設(shè)計。

b.儀器的選型應(yīng)以保證觀測的穩(wěn)定性和可靠性為前提，選擇合理的適用條件、量程范圍和精度要求，避免盲目追求高標準或任意降低標準。

c.水閘安全監(jiān)測過程中由于測點多、測點布置分散，因此在設(shè)計階段應(yīng)對每個測點進行編號。這樣可以有效避免由于測點多、導(dǎo)線混亂而導(dǎo)致的測點被混淆的錯誤，為以后施工的順利進行和獲得正確有效的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)提供了必要保證。

d.安全監(jiān)測設(shè)計項目多、測點多、工作非常繁瑣，在設(shè)計時應(yīng)統(tǒng)籌各種監(jiān)測項目，使監(jiān)測系統(tǒng)得到充分優(yōu)化，力求做到簡單全面。

6 結(jié)語

工程監(jiān)測不同于水工結(jié)構(gòu)設(shè)計，它沒有標準的做法，只能根據(jù)不同的工程情況進行設(shè)計。工程竣工后，一定要對監(jiān)測設(shè)計內(nèi)容進行回訪，根據(jù)不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以便為以后的工程設(shè)計積累經(jīng)驗。長此以往，即可摸索出最優(yōu)的工程安全監(jiān)測設(shè)計方法。

1 林繼鏞．水工建筑物［M］．北京：中國水利水電出版社，2009．

2 王才歡，屈國治，等．水工程安全檢測與評估［M］．北京：中國水利水電出版社，2008．

3 吳中如．水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用［M］．北京：高等教育出版社，2003．

4 SL 60—94土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］．

Study on Large Sluice Project Safety Monitoring Design

YU Wen-peng，ZHANG Chao，LAN Hao
(Shandong Water Survey and Design Institute，Jinan250013，China)

Safety monitoring design obtains more and more attention during water conservancy project design in recent years．However，the design contents of various projects in the monitoring aspect are greatly different．The paper describes the aim，basic requirements and specific contents of design in detail in order to better regulate design in the future．

large sluice;safety monitoring;design

TV698.1

A

1005-4774(2013)08-0050-03