崔紅波

（山東省濱州市水利資源開發(fā)建設中心，山東 濱州 256600）

大壩在防洪供水等方面發(fā)揮著巨大的作用，早在20世紀就已經(jīng)出現(xiàn)重力壩。經(jīng)過不斷地發(fā)展和完善，如今，我國已擁有水庫大壩10余萬座，數(shù)量較多[1]。但是，大壩在服役期間受環(huán)境因素的影響，如水流的沖刷、溫度的變化等，壩體會承受不同類型的荷載，導致大壩的強度降低甚至坍塌[2]。壩體坍塌會嚴重威脅周圍的人類以及建筑物，對人類生命及財產(chǎn)安全會造成巨大的損失。因此，對大壩進行實時監(jiān)測，獲取壩體的穩(wěn)定性信息，對大壩的安全防護以及災害預測具有重要意義[3-4]。

大壩的安全監(jiān)測技術(shù)一直在不斷地發(fā)展和進步，從最原始的人力觀測發(fā)展到監(jiān)測，再到如今的自動化監(jiān)測等，監(jiān)測技術(shù)在不斷地完善和智能化，并且從原始的變形監(jiān)測到如今的應力、滲流等全面監(jiān)測，能獲取更多、更精準的監(jiān)測信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測項目越來越齊全，監(jiān)測手段也越來越成熟，現(xiàn)如今，已經(jīng)能對大壩進行實時的安全評估。相關(guān)資料顯示，江西共有水庫10 000余座，本研究以江西省某壩為背景展開監(jiān)測，在上游布置4個監(jiān)測點，進行周期一年的監(jiān)測。

1 混凝土壩監(jiān)測設計

1.1 設計依據(jù)與原則

在安全監(jiān)測的設計中，應嚴格按照相應的規(guī)范和安全設計手冊，結(jié)合當?shù)氐牡乜辟Y料，熟悉混凝土壩的地質(zhì)條件，制定正確的監(jiān)測方案，選擇先進的監(jiān)測設備，合理、安全地布置各個監(jiān)測點，主要參照以下規(guī)范。

（1）《水庫大壩安全監(jiān)測資料整編分析規(guī)程》：水庫大壩的監(jiān)測試件、儀器設備的檢查及校核方法，應嚴格遵照此規(guī)范，設置特定的巡查時間。同時，要實時整理監(jiān)測數(shù)據(jù)的原始材料，并保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和完整性，堅持安全合理的原則。

（2）《水工設計手冊》：分析和闡述監(jiān)測項目，了解監(jiān)測原理與監(jiān)測方法。

（3）《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》：應結(jié)合實際工程項目，制定詳細的監(jiān)測方案，選擇精密的監(jiān)測設備。同時，考慮監(jiān)測設備的可靠耐久性以及經(jīng)濟性，確保監(jiān)測設備不受環(huán)境因素影響或者降低環(huán)境因素對其的影響，保證儀器在各種環(huán)境下能正常工作。

（4）《混凝土面板堆石壩設計規(guī)范》：要科學選擇監(jiān)測點，要能全面反映混凝土壩的工作特性、突出混凝土壩的壩體位移以及混凝土面板變形量的特性。

1.2 應變監(jiān)測

對水庫大壩進行應力監(jiān)測，直接獲取監(jiān)測點x、y、z 3個方向的應力，依據(jù)應力時程曲線，可以了解水壩的安全狀態(tài)。如發(fā)現(xiàn)某監(jiān)測點的應力偏大，可及時進行加固補修。在應力監(jiān)測時，要充分考慮監(jiān)測的設計要求，監(jiān)測點布置要全面，對于監(jiān)測項目和監(jiān)測設施，要提前制定方案。在施工和運行管理階段，要保證監(jiān)測設備的安全，不能對建筑物造成損害，也不能對設備造成損傷。一旦監(jiān)測設備發(fā)生破損、銹蝕，就會嚴重影響監(jiān)測結(jié)果，造成損傷的誤判，所以，也要定期對設備進行安全檢查，如果設備出現(xiàn)故障，應及時進行更換或維修。

在進行監(jiān)測時，要了解水庫大壩的基本情況，包括結(jié)構(gòu)形式、防滲能力等物理指標，并查看相關(guān)資料：該水庫大壩的地質(zhì)條件、初設報告等詳細的建筑信息以及之前是否加固過，如果加固過，要了解詳細的加固方案。在監(jiān)測方案合理化的同時，需要提前對監(jiān)測人員進行培訓，使其熟悉各監(jiān)測設備的操作流程，避免因操作不當而影響監(jiān)測結(jié)果；安排專業(yè)人員實時管理監(jiān)測設備，對設備進行維修保養(yǎng)，保證監(jiān)測設備長期、穩(wěn)定運行。此外，監(jiān)測周期應不少于3個月，并且每次監(jiān)測數(shù)據(jù)應重復3次以上取平均值，以保證得到準確、可用的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這對水庫大壩的安全評估至關(guān)重要。

本研究以水庫大壩上游面的4個監(jiān)測點為例進行探討， 4個監(jiān)測點（JD1-1～JD1-4）分別位于水庫大壩的7#、12#、14#、17#壩段，監(jiān)測自動化系統(tǒng)由監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集裝置、通信裝置、計算機及外部設備、數(shù)據(jù)采集和管理軟件、通信和電源線路等部分組成。監(jiān)測過程全自動化，能自動將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)終端；在巡視檢查時，對采集到的數(shù)據(jù)進行整理分析。

2 監(jiān)測結(jié)果分析

在上游面選取4個典型監(jiān)測點（JD1-1～JD1-4），選取一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，包括x、y、z 3個方向的應力，監(jiān)測結(jié)果如圖1～4所示。

圖1 監(jiān)測點JD1-1監(jiān)測結(jié)果

從圖中可以看出3個方向的應力變化時程曲線，x方向的應力變化波動較小，y和z方向的應力變化波動較大。JD1-1的x、y、z 3個方向的最大應力值分別為0.60、1.16、2.26 MPa；JD1-2的x、y、z 3個方向的最大應力值分別為1.02、1.30、 1.38 MPa；JD1-3的x、y、z 3個方向的最大應力值分別為0.49、0.69、1.90 MPa；JD1-4的x、y、z 3個方向的最大應力值分別為0.28、1.42、1.79 MPa。其中，JD1-1監(jiān)測點z方向的最大應力值最大，原因是水庫蓄水后，該點的溫度最低，導致應力值偏大，但是未超過2.30 MPa，滿足混凝土設計的抗裂要求，且不會有坍塌的危險，但是也需要適當?shù)丶庸?，以降低局部應力?/p>

圖2 監(jiān)測點JD1-2監(jiān)測結(jié)果

圖3 監(jiān)測點JD1-3監(jiān)測結(jié)果

圖4 監(jiān)測點JD1-4監(jiān)測結(jié)果

3 水壩風險分析

3.1 風險的基本定義

19世紀70年代，西方就已經(jīng)提出了風險的概念，風險通常指某種特定的危險事故發(fā)生的可能性與發(fā)生后果的結(jié)合，是一種不合意和不期望結(jié)果的含義。所以，風險包括兩個概念，一個是發(fā)生危險的概率，另一個是發(fā)生危險的后果。

3.2 風險的基本類型

水庫大壩的風險是發(fā)生潰壩的概率，大致可分為3種風險類型：生命風險、經(jīng)濟風險、社會與環(huán)境風險。生命風險指發(fā)生潰壩的可能性與潰壩后周圍生命損失的結(jié)合，主要包括3個因素：第一，風險人口。發(fā)生危險后，周邊的生命安全，包括附近村莊的居民以及動植物沒有及時躲避風險，進而受到傷害；第二，警報時間。潰壩洪水達到風險人口所在地的時間；第三，影響風險人口的變動因素，如季節(jié)的變化、溫度的變化等。經(jīng)濟風險指的是壩體失穩(wěn)造成的經(jīng)濟損失，水壩失穩(wěn)會直接對周邊的工業(yè)、植被等一些基礎設施產(chǎn)生傷害，造成經(jīng)濟損失，同時，也會間接地產(chǎn)生一些應急、臨時費用的損失。環(huán)境風險一般是指自然環(huán)境受到的災害，如一些藝術(shù)作品或一些古跡的損失等。社會風險是指對當?shù)厣鐣€(wěn)定造成的危害，影響周邊的正常秩序、信譽等。

3.3 風險的基本要素

水庫大壩的危險要素主要可以分為4類：洪水漫頂、壩內(nèi)管涌、壩基管涌、結(jié)構(gòu)破壞。洪水漫頂對大壩的破壞較為常見，主要是因為水庫防洪能力或溢洪道泄洪能力不足，導致水庫大壩的壩體失穩(wěn)。壩內(nèi)管涌主要是因為壩體出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，滲透能力大于抗?jié)B能力。壩基管涌是指壩后覆蓋層被破壞，抗?jié)B能力不足，在壩基出現(xiàn)的管涌現(xiàn)象也有可能是壩基受其他因素影響或處理不當?shù)仍斐傻?。結(jié)構(gòu)破壞類型很多，如裂縫的產(chǎn)生、延伸導致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)等。上述是水壩主要的4種破壞類型以及破壞原因，其中，環(huán)境因素或管理不當?shù)纫矔λ畮齑髩卧斐珊艽蟮挠绊?，如晝夜的溫差變化、混凝土在反復靜載作用下產(chǎn)生的微裂紋等，也都會對壩體造成損害。

4 結(jié)語

對江西某水庫大壩進行了現(xiàn)場監(jiān)測研究，選取了一年的應力監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，包括x、y、z 3個方向的應力。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該大壩的應力未超過混凝土的設計允許值，滿足抗裂要求，沒有風險。同時，也對水壩風險進行了分析，介紹了水庫大壩的風險類型以及基本要素，并分析了破壞原因。