大壩安全監(jiān)測設(shè)計與施工技術(shù)探析

高鳳桐

（昆明龍慧工程設(shè)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(tǒng)中的安全問題，對大壩進(jìn)行了安全監(jiān)測和設(shè)計，加強(qiáng)了不同施工技術(shù)在其中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對此工程的自動化監(jiān)測，優(yōu)化了基礎(chǔ)土建工程的設(shè)計流程，更解決了其中的設(shè)備防護(hù)和信號傳輸?shù)葐栴}，為水利工程的順利實施提供了條件。

1 大壩安全監(jiān)測設(shè)計與施工技術(shù)的應(yīng)用情況

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，對大型水電站的需要量也越來越多，但是由于壩址地質(zhì)條件比較復(fù)雜，其一般處于高震區(qū)以及高地應(yīng)力區(qū)，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(chǎn)帶來非常大的影響。因此，在此背景下，需要認(rèn)識到大壩安全監(jiān)測設(shè)計與施工技術(shù)的重要性，積極開展安全監(jiān)測工作，加強(qiáng)先進(jìn)施工技術(shù)在其中的有效應(yīng)用[1]。

當(dāng)前，我國的相關(guān)部門為了保障大壩建設(shè)和全生命周期的長久性和安全性，對建設(shè)更好大壩的理念和技術(shù)進(jìn)行了深入探索，并且大壩施工和運(yùn)行管理模式也得到了有效創(chuàng)新。尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)和自動測控技術(shù)在大壩建設(shè)中的應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)全生命周期的信息監(jiān)測，還能夠?qū)ζ渲械膬?nèi)容和安全隱患進(jìn)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(tǒng)。

因此，在對其進(jìn)行施工和監(jiān)測時，需要建立數(shù)據(jù)智能采集數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和仿真分析的一體化，優(yōu)化施工管理的流程，實現(xiàn)對相關(guān)系統(tǒng)的自動化控制，不斷減少大壩結(jié)構(gòu)建設(shè)在運(yùn)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(xiàn)，還加強(qiáng)了對周圍水資源的有效應(yīng)用。但是，此水庫在運(yùn)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(xiàn)安全監(jiān)測設(shè)計，引進(jìn)先進(jìn)的施工技術(shù)，預(yù)防安全事故發(fā)生。在此過程中，水利施工人員結(jié)合水庫的實際運(yùn)行情況，對其進(jìn)行了排險和加固，并且完善了水庫的安全監(jiān)測設(shè)施，通過對先進(jìn)監(jiān)測方式的應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)了安全隱患，滿足了水庫大壩的安全監(jiān)測要求，為施工的順利進(jìn)行提供了保障。

2 自動化大壩監(jiān)測和施工中的問題

2.1 沒有先進(jìn)的檢測設(shè)備

在對大壩進(jìn)行監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)其中的數(shù)據(jù)精度并不高，主要是因為在實際的監(jiān)測過程中，并沒有采用先進(jìn)精度高的監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備老化，對監(jiān)測工作的穩(wěn)定進(jìn)行帶來了影響。同時，在具體的監(jiān)測中，發(fā)現(xiàn)其中的測量精度低，其中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也不高，在一定程度上嚴(yán)重影響了監(jiān)測工作的質(zhì)量。

2.2 自動化大壩監(jiān)測技術(shù)沒有得到有效應(yīng)用

雖然一些先進(jìn)的技術(shù)在大壩安全監(jiān)測中得到了有效應(yīng)用，但是大多數(shù)還是采用人工監(jiān)測，這種方式會受環(huán)境和天氣等因素的影響，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)偏差，更嚴(yán)重地影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)在實際工程中的使用。此外，大壩安全監(jiān)測工作的內(nèi)容是非常多的，只有通過對自動化技術(shù)的應(yīng)用，才可以實現(xiàn)對不同內(nèi)容的自動化管理，但是大部分企業(yè)并沒有在其中投入大量的精力，更沒有加強(qiáng)對自動化檢查技術(shù)的有效應(yīng)用，嚴(yán)重影響了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 我國大壩施工流域的特點(diǎn)

3.1 水文

在對當(dāng)前我國大壩工程的位置特點(diǎn)進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)其大部分都是結(jié)合上游水源情況進(jìn)行防洪治理的。同時，與水庫較遠(yuǎn)的洪水，一般不能以地表徑流的形式進(jìn)入庫區(qū)，這會影響水庫建成的效果。并且在對其進(jìn)行建設(shè)后，發(fā)現(xiàn)其中的水源一般來自區(qū)間來水，主要以冬閑水為主，只有少數(shù)的豐水年份匯水區(qū)中的河流才能夠直接進(jìn)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(zāi)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(qiáng)對安全監(jiān)測設(shè)計以及施工技術(shù)的有效應(yīng)用，從而保證我國水利工程的穩(wěn)定發(fā)展。

4 大壩安全監(jiān)測的主要內(nèi)容

4.1 滲透觀測

在對土壩類項目進(jìn)行安全監(jiān)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(shù)人員可以通過孔隙水壓力儀對其進(jìn)行分析和確定，結(jié)合其中具體的結(jié)構(gòu)形式和工程等級，對大壩的地質(zhì)情況和觀測斷面進(jìn)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(xiàn)問題的地點(diǎn)和位置，然后施工人員在此基礎(chǔ)上，結(jié)合斷面的大小，對其中的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確地測量。在此部分內(nèi)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(chǔ)上實現(xiàn)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(nèi)容進(jìn)行整體測繪，然后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善大壩安全監(jiān)測設(shè)計與施工方案，從而保證人們用水的安全性[3]。

4.2 應(yīng)力和溫度觀測

為了對大壩的溫度和應(yīng)力進(jìn)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(nèi)部的埋設(shè)應(yīng)力，或者是無應(yīng)力的計算，全面觀測混凝土內(nèi)部溫度和濕度的變化情況，檢查其是否會受到化學(xué)變化和應(yīng)力引起總應(yīng)變的影響。在此過程中，還需要對無應(yīng)力計的作用特點(diǎn)進(jìn)行分析，主要是應(yīng)用其測量溫度和濕度變化引起地應(yīng)變。

同時，技術(shù)人員在對其此部分內(nèi)容進(jìn)行靜計算時，還需要應(yīng)用總應(yīng)變減去此部分的數(shù)值，最后就能得到由荷載引起的應(yīng)變，然后將其換算成應(yīng)力。施工人員可以結(jié)合此結(jié)果，分析溫度和應(yīng)力對混凝土壩體的影響，完善大壩安全監(jiān)測設(shè)計方案，通過對施工技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)對溫度進(jìn)行全面觀測。此外，還可以在壩體內(nèi)布設(shè)溫度計，并在靠近壩體比較近的表面等部分布設(shè)大壩安全監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對壩體內(nèi)部溫度的有效觀測[4]。

4.3 水流觀測

在對水流的形態(tài)進(jìn)行觀測時，需要對水流帶給建筑物的作用力進(jìn)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(tài)一般包括水流流向、漩渦和折沖水流等內(nèi)容，工作人員在對其進(jìn)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(jìn)行觀測。在對高速水流進(jìn)行觀測的時候，要重點(diǎn)觀測水流所引起的振動和負(fù)壓等情況，對其中的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，為維修維護(hù)模型的建立提供更多的數(shù)據(jù)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(jìn)行簡單觀測。值得注意的是，雖然使用儀器可以觀測到更準(zhǔn)確的信息，但是一個建筑物的儀器安設(shè)點(diǎn)是有限的，所以如果安裝太多的儀器設(shè)備，會影響整體的經(jīng)濟(jì)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(fā)生在儀器設(shè)備的觀測點(diǎn)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(shè)計，只有這樣才能夠及時發(fā)現(xiàn)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(diǎn)部位是否出現(xiàn)了塌陷和沼澤化等現(xiàn)象，避免上述問題對大壩建設(shè)的安全性產(chǎn)生影響，從而保證安全監(jiān)測設(shè)計的有效性。

5 大壩安全監(jiān)測設(shè)計與施工技術(shù)的具體措施

5.1 完善設(shè)計方案

在對大壩進(jìn)行安全設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)其中的初步設(shè)計方案一般都是經(jīng)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(dāng)前的大壩安全監(jiān)測設(shè)計方案在實施前，并沒有結(jié)合初步設(shè)計方案中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，這就導(dǎo)致此方案不能滿足實施程序和質(zhì)量的要求。因此，在此背景下，需要對大壩安全監(jiān)測設(shè)計和施工方案進(jìn)行調(diào)整，完善以前的設(shè)計方案，加強(qiáng)對技術(shù)質(zhì)量的控制，節(jié)約其中的資源[6]。例如，工作人員在控制大壩安全監(jiān)測中心設(shè)備數(shù)量時，不僅要考慮經(jīng)濟(jì)水平，還需要綜合考慮其中的管理制度，可以通過對計算機(jī)以及其他設(shè)備，實現(xiàn)對高新科技的應(yīng)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(yùn)行提供保障。

目前，大部分的大壩工程招標(biāo)文件中，一般都出現(xiàn)了觀測站建設(shè)等問題，為了縮短此部分內(nèi)容的工期，減少其中的投資成本，一些監(jiān)測實施單位并沒有優(yōu)化設(shè)計方案，這會導(dǎo)致實際的監(jiān)測情況不能滿足大壩安全監(jiān)測設(shè)計的要求。這就要求相關(guān)的施工和大壩安全監(jiān)測單位對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，對其中的設(shè)備進(jìn)行自動化調(diào)試，通過對先進(jìn)施工技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高大壩安全監(jiān)測的準(zhǔn)確性[7]。

5.2 加強(qiáng)質(zhì)量控制的力度

由于大壩施工位置和環(huán)境比較復(fù)雜，需要對施工各個階段的質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)控。首先需要結(jié)合實際的施工情況，確定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，然后在此基礎(chǔ)上建立質(zhì)量管理體系，主要目的是對每一個階段進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測，讓其可以在滿足質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的同時，實現(xiàn)對大壩運(yùn)行全過程中的監(jiān)測。此外，還要加強(qiáng)對監(jiān)測儀器的有效應(yīng)用，并且在對其進(jìn)行安裝埋設(shè)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(shè)儀器進(jìn)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(shù)，為后期分析工作的順利開展提供保障，確保其中的監(jiān)測設(shè)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(jiān)理單位進(jìn)行存檔。

在單元工程結(jié)束以后，還需要在監(jiān)理工程師的指導(dǎo)下，對大壩施工中的技術(shù)文件資料進(jìn)行整合，驗收單元工程中的整體質(zhì)量。此外，加強(qiáng)對施工安裝質(zhì)量的控制，不僅可以實現(xiàn)對大壩施工和運(yùn)行情況的自動化監(jiān)測，還能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的安全隱患[8]。如，在多點(diǎn)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(xì)節(jié)進(jìn)行處理，然后在此基礎(chǔ)上，積極開展監(jiān)測工作，優(yōu)化施工安裝的流程，讓每個步驟和內(nèi)容都可以落到實處，從而不斷提高整體質(zhì)量和監(jiān)測效果。

5.3 合理選擇監(jiān)測儀器設(shè)備

在當(dāng)前的大壩安全監(jiān)測過程中，其中存在很多任務(wù)，這些任務(wù)主要是對內(nèi)部滲透壓力、溫度和水位等情況進(jìn)行安全監(jiān)測。由于我國的檢測儀器種類比較多，需要結(jié)合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對其進(jìn)行合理選擇，保證其可以達(dá)到國家相關(guān)部門所規(guī)定的指標(biāo)，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(wù)等多種方面，所以要想提高大壩安全監(jiān)測的結(jié)果，需要對其中的儀器和設(shè)備進(jìn)行有效選擇。

特別是在我國水利工程整體建設(shè)水平不斷提高的背景下，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)品在大壩安全監(jiān)測設(shè)計和施工中都得到了應(yīng)用，為了保證監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用的安全性，需要應(yīng)用高質(zhì)量的儀器，對其中的軟硬件設(shè)施進(jìn)行更新。同時，還可以積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，提高儀器的精度。但是，在一般情況下，大壩安全監(jiān)測設(shè)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(yīng)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(hù)工作增加負(fù)擔(dān)。此外，如果不對監(jiān)測儀器的數(shù)量進(jìn)行有效控制，還會增加其額外成本[9]。如，在對大壩內(nèi)部的鋼筋計進(jìn)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(jiān)測工作的穩(wěn)定進(jìn)行提供條件。

5.4 結(jié)合水庫大壩的實際情況，建設(shè)安全監(jiān)測系統(tǒng)

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(jiān)測設(shè)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(fā)現(xiàn)水庫大壩中的內(nèi)部變化情況，會錯失應(yīng)急處置時機(jī)[10]。

這就要求相關(guān)的水利工程要認(rèn)識到建設(shè)水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要性，結(jié)合水庫大壩周圍的實際情況，開展安全監(jiān)測工作，并且對于新建或者是加固水庫工程，需要促進(jìn)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)和主體工程設(shè)計內(nèi)容的有效結(jié)合，強(qiáng)化水庫規(guī)模本身的特點(diǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)對水庫大壩安全的綜合性監(jiān)測。

6 結(jié)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(nèi)容，為了保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，排除其中的故障，需要對其進(jìn)行安全監(jiān)測設(shè)計，優(yōu)化整體設(shè)計方案，加強(qiáng)對施工技術(shù)的有效應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)其中的安全隱患，從而保證大壩施工系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。