水工建筑物监测

水工建筑物安全监测监测——监测即检查观测，是指直接或藉专门的仪器对基础及其上的水工建筑物从施工开始到水库第一次蓄水整个过程中以及在运行期间所进行的监视量测与分析。大坝安全监测——是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；“监测”既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。第一节水工建筑物安全监测概述通过观测仪器和设备，以及时取得反映大坝和基岩性态变化以及环境对大坝作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计大坝的安全程度，以便及时采取措施，设法保证大坝安全运行。由于大坝的工作条件十分复杂，大坝和地基的实际工作状态难以用计算或模型试验准确预测，设计中带有一定经验性，施工时也可能存在某些缺陷，在长期运行之后，由于水流侵蚀和冻融风化作用，使筑坝材料和基岩特性不断恶化。因此，在初期蓄水和长期运行中，大坝都存在着发生事故的可能性。大坝一旦出现异常状态，必须及时发现和处理，否则可能导致严重后果。大坝失事不仅要损失全部工程效益，而且溃坝洪水将使下游人民生命财产遭受毁灭性损失。大坝安全监测是水库工程管理工作中最重要的一项工作。第一节水工建筑物安全监测概述世界各国安全监测发展过程在古代人们依靠简单方法来了解水工建筑物的实际情况，比如目测、纸条等。最早的大坝监测可追溯到1891年德国的埃施巴赫重力坝开展了大坝位移观测，随后于1903年美国新泽西州布恩顿重力坝开展了温度观测，1908年澳大利亚新南威尔士州巴伦杰克溪薄拱坝开展了变形观测，1925年美国爱达荷州亚美利加佛尔兹坝开展了扬压力观测，1926年美国垦务局在史蒂文森溪试验拱坝上开展了应力及应变观测。而在上世纪初才开始利用专门的仪器设备观测观测水工建筑物的一些主要物理指标，美国最早使用电阻式传感器。1919年在欧洲出现钢弦式传感器，1933年卡尔逊仪器在美国开始使用，70年代在日本出现贴片式传感器。在当时，由于监测方法和设备都较差，加以坝工设计、施工水平也不高，大坝失事时有发生。著名的有1928年美国的圣·弗朗西斯坝失事，1959年法国的马尔巴塞拱坝失事，1963年意大利的瓦依昂水库滑坡，都造成很大损失，引起社会震动，促使许多国家制定大坝安全监测法规，改进监测技术和监测仪器，使大坝监测工作得到很大发展。70年代以来，由于电子技术和电子计算机的发展和应用，大坝安全监测系统实现了半自动化或自动化，美国、日本、西班牙、意大利、法国等都在其国内建立机构进行大坝安全监测资料的集中处理。第一节水工建筑物安全监测概述第一节水工建筑物安全监测概述中国安全监测发展过程中国的大坝安全监测工作开始于20世纪50年代中期，60年代逐步研制和生产了各种监测仪器，制定了《水工建筑物观测工作手册》等有关规定。80年代研制并应用了遥测垂线坐标仪、倾斜仪、水位计、激光准直设备等新仪器新设备，在龚咀水电站、葛洲坝水利枢纽、东江水电站等大坝上实现了内部观测仪器自动测量和自动处理，建立了全国性的大坝安全监测机构和资料分析中心，开始制定各种大坝安全管理条例和技术规范。1991年3月22日由李鹏总理签署的国务院第77号令，颁发了《水库大坝安全管理条例》。其中:第2条指出：“大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄洪、输水和过航建筑物等”，因此“大坝”是一个广义词，可理解为包括各种水工建筑物及近坝区岸坡等；第19条规定:“大坝管理单位，必须按照有关技术标准，对大坝进行安全监测和检查，对监测资料应当及时整理分析，随时掌握大坝运行状况”，这充分说明了国家对大坝安全监测工作的重视。第一节水工建筑物安全监测概述第一节水工建筑物安全监测概述安全检测的作用了解建筑物在荷载和各种因素作用下的工作状态和变化情况，据以对建筑物质量和安全程度作出正确判断和评价，为施工控制和安全运行提供依据。及时发现不正常的现象，分析原因，以便进行有效的处理，确保工程安全。是检验设计和施工水平，发展工程技术的重要手段。安全检测工作时段安全监测的总体工作贯穿于工程建设与运行管理的全过程。第一节水工建筑物安全监测概述运行阶段的安全监测方式一般有两种方式，现场检查和仪器监（观）测。1.现场检查：是指对水工建筑物及周围环境的外表现象进行巡视检查的工作，可分为巡视检查和现场检测两项工作。巡视检查一般是靠人的感官直觉（眼看、耳听、手摸）并采用简单的量具进行定期或不定期的的现场检查；现场检测主要是用临时安装的仪器设备在建筑物及其周围进行定期或不定期的一种检查工作。现场检查有定性的也有定量的，藉以了解建筑物有无缺陷、隐患或异常现象。现场检查的项目一般多为凭人的感官直觉或辅以必要的工具可直接地发现和量测的物理因素。如水文要素的侵蚀、淤积；变形的开裂、塌坑、滑坡、隆起、错动；渗流方面的渗漏、排水、管涌、湿斑、浑浊；应力方面的碳化、锈蚀、风化、剥落、松软；水流方面的冲刷流态、气蚀、磨损、振动等。具体检查内容应视工程类型而定。第一节水工建筑物安全监测概述现场检查的分类：现场检查一般分日常检查、年度检查和特别检查三种。日常检查：根据工程情况和特点制定切实可行的检查制度，具体规定检查时间、部位、内容和要求，并确定日常巡视检查的路线和检查程序，由有经验的监测和维护人员负责进行巡视检查。日常检查的方法主要是进行巡视检查，用直觉方法外，并结合采用锤钎、钢尺、放大镜、望远镜、石蕊纸、回弹仪、照相机、录像机、闭路电视、潜水器等进行。日常检查频次在运行期一般为2～4次/月。第一节水工建筑物安全监测概述年度检查：在每年汛期、枯水期、冰冻期及蚁害显著期等，按规定的检查项目，由管理单位负责组织进行的比较全面或专门的检查，在巡视检查的基础上确定是否需要进行现场检测，即进一步作现场检查。年度检查在运行期一般为2～3次/年。特别检查：当遇到严重影响安全运用的特殊情况时，如特大洪水，强烈地震，重大事故等，由主管部门负责组织的检查，一般应组织人员和设备对可能出现的险情进行巡视检查和现场检测，测次应按需要确定。第一节水工建筑物安全监测概述运行阶段的安全监测方式2.仪器监（观）测：是借助固定安装在建筑物的相关位置的各种仪器，对水工建筑物的运行状态及其变化进行的观察测量工作。包括仪器观测和资料分析两项工作。仪器监测的项目主要有：变形监测、渗流监测、应力应变监测、泄流监测、冰情监测、抗震监测、隐患探测、温度监测等。这是对作用于建筑物的某些物理量进行长期、连续、系统定量的测量，水工建筑物的观测应按有关技术标准进行。观测项目可按水工建筑物的类型和现代化管理需要，选择并形成自动监测系统。现场检查和仪器监测属于同一个目的的两种不同的技术表现，二者密切联系互为补充，不可分割。世界各国在努力提高观测技术的同时，仍然十分重视检查工作。第一节水工建筑物安全监测概述仪器监（观）测：是借助固定安装在建筑物的相关位置的各种仪器，对水工建筑物的运行状态及其变化进行的观察测量工作。包括仪器观测和资料分析两项工作。仪器监测的项目主要有：变形监测、渗流监测、应力应变监测、泄流监测、冰情监测、抗震监测、隐患探测、温度监测等。这是对作用于建筑物的某些物理量进行长期、连续、系统定量的测量，水工建筑物的观测应按有关技术标准进行。观测项目可按水工建筑物的类型和现代化管理需要，选择并形成自动监测系统。现场检查和仪器监测属于同一个目的的两种不同的技术表现，二者密切联系互为补充，不可分割。世界各国在努力提高观测技术的同时，仍然十分重视检查工作。第一节水工建筑物安全监测概述仪器监（观）测的分类：一般分为施工期监测，蓄水期监测，运行期监测。各期的任务、目的和作用有所不同。①施工期监测指从施工建立观测设备时起，至水库开始首次蓄水前为止的监测。②蓄水期监测指从首次开始蓄水到库水位达到或接近正常高水位共3年的时间内的监测。③运行期监测指蓄水阶段后的正常使用期的监测。第一节水工建筑物安全监测概述仪器监（观）测的频次：第一次蓄水前及第一次蓄水后头五年运行中，一般每旬一次至每月一次；第一次蓄水期一般每天一次至每旬一次；经过第一次蓄水且运行超过五年后，一般每月一次至每季度一次。各时期上下游水位及气温每日均需观测。内部观测的传感器在埋设后头一个月内要加密测次，间隔从4h，8h，24h到5d，以后逐渐转入正常频次。如遇地震、大洪水及其它异常情况，应适当增加测次。自动化监测测次可适当加密。经过长期运行后，可通过鉴定对测次作适当调整第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测的主要项目由于大坝失事原因是多方面的，其表现形式和可能发生的部位因各坝具体条件而异。因此，在大坝安全监测系统的设计中，应根据坝型、坝体结构和地质条件等，选定观测项目，布设观测仪器，提出设计说明书和设计图纸。设计中考虑埋设或安装仪器的范围包括坝体、坝基及有关的各种主要水工建筑物和大坝附近的不稳定岸坡。不同坝型的主要观测项目如下:①土坝、土石混合坝：失事的主要原因常是渗透破坏和坝坡失稳，表现为坝体渗漏、坝基渗漏、塌坑、管涌、流土、滑坡等现象。主要观测项目有垂直和水平位移、裂缝、浸润线、渗流量、土压力、孔隙水压力等。②混凝土坝、圬工坝：失事的主要原因是坝体、坝基内部应力和扬压力超出设计限度，表现为出现裂缝、坝体位移量过大和不均匀以及渗水等。主要观测项目有变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等此外，对泄水建筑物应进行泄流观测和必要的水工建筑物观测。如大坝位于地震多发区和附近有不稳定岸坡，还应进行必要的抗震、滑坡、崩岸等观测项目。第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器应变计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器位移计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器渗压计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器量水堰计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器钢筋计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器测缝计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器土压力计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器沉降仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器锚索测力计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器测斜仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器温度计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器垂线坐标仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器雨量计第一节水工建筑物安全监测概述雨量计主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器读数仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器集线箱主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器多通道数据采集仪第一节水工建筑物安全监测概述多通道数据采集仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器无线智能数据记录仪第一节水工建筑物安全监测概述无线智能数据记录仪主要参数指标第一节水工建筑物安全监测概述大坝安全监测常用设备及仪器软件第一节水工建筑物安全监测概述第一节水工建筑物安全监测概述第一节水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计——时间分布1.溃坝有明显的三个高峰时期：1959-1962年、1971-1981年、1990-1994年。2.70年代溃坝数量最多，数量前3的是1973、1974和1975年。3.自1982年开始溃坝数量明显减少。第一节水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计——时间分布第一节水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计——空间分布在1954-2003年50年间，溃坝数量超过200座的依次为四川、山西、湖南、云南。从溃坝数量绝对值来分析，溃坝事故多发区既有南方省份，也有北方省份。第一节水工建筑物安全监测概述溃坝事故统计——空间分布1.溃坝率：在某一确定时间内已