水工建筑物安全監(jiān)測與控制第一章緒論

1、水工建筑物安全監(jiān)測與控制第一章緒論水工建筑物安全監(jiān)測與控制的概念水工建筑物安全監(jiān)測與控制的概念 水工建筑物安全監(jiān)測與控制是以水利水電工程建設(shè)和運(yùn)行中發(fā)生的各種可能危害、事故為主要研究對象，以工程特征信息為基礎(chǔ)，總結(jié)、分析已發(fā)生危害事件或事故的經(jīng)驗(yàn)，綜合運(yùn)用自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)等方面的有關(guān)知識(shí)，識(shí)別和預(yù)測建設(shè)、運(yùn)行活動(dòng)中存在的不安全因素，并采取有效的控制措施防止危害、事故發(fā)生的科學(xué)技術(shù)知識(shí)體系。 第2章 水工建筑物安全監(jiān)測設(shè)計(jì)2.1 監(jiān)測設(shè)計(jì)的基本原則和要求2.2 監(jiān)測項(xiàng)目確定與測值限差2.3 變形監(jiān)測設(shè)計(jì)2.4 滲流監(jiān)測設(shè)計(jì)2.5 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)計(jì)2.6 水文及水力學(xué)監(jiān)測設(shè)計(jì)2.7 自

2、動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化2.8 監(jiān)測工程的施工組織設(shè)計(jì)2.9 監(jiān)測設(shè)計(jì)工程實(shí)例2.1監(jiān)測設(shè)計(jì)的基本原則和要求 水工建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、型式、結(jié)構(gòu)特性及地基條件等，設(shè)置安全監(jiān)測設(shè)施。 安全監(jiān)測設(shè)計(jì)應(yīng)以外部觀測為主，內(nèi)部觀測為輔。觀測斷面和觀測點(diǎn)的選擇應(yīng)有代表性。 對安全性觀測項(xiàng)目及測點(diǎn)，設(shè)計(jì)宜提供觀測值的 預(yù)計(jì)變動(dòng)范圍。 監(jiān)測設(shè)施應(yīng)有保護(hù)措施，并便于施工、安裝和維護(hù)。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照建筑物的永久性和臨時(shí)性，永久性建筑物中的主要建筑物和次要建筑物，分級(jí)別、作用及荷載情況等確定監(jiān)測設(shè)計(jì)的基本原則和應(yīng)該采用的標(biāo)準(zhǔn)。2.1.1設(shè)計(jì)所需的基本資料（1）工程形式、工程規(guī)模、使用年限、幾何形狀、尺寸以及邊界條

3、件。（2）地質(zhì)條件和工程技術(shù)等。（3）環(huán)境條件。水文氣象、生命財(cái)產(chǎn)危險(xiǎn)性、附近建筑物或其他設(shè)施的狀況。（4）巖土體物理力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力狀態(tài)。（5）施工方法和程序、各種結(jié)構(gòu)的類型。（6）工程前期試驗(yàn)資料、模擬計(jì)算成果、結(jié)構(gòu)布置形式。（7）確定的安全監(jiān)測參照模型。（8）預(yù)測的工程運(yùn)行性能，通過預(yù)測選定的儀器量程與精度和確定儀器定位定向依據(jù)。2.1.2設(shè)計(jì)目的目的主要分為（1）保障建筑物的安全運(yùn)用（2）充分發(fā)揮工程效益（3）檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高水平（4）改進(jìn)施工，加快進(jìn)度 設(shè)計(jì)目的也可概括為預(yù)報(bào)、控制、檢驗(yàn)、改進(jìn)8個(gè)字，應(yīng)使監(jiān)測系統(tǒng)能夠發(fā)揮應(yīng)有的效果。a.預(yù)報(bào) 通過安全監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，及時(shí)預(yù)測未來性態(tài)和

4、發(fā)展趨勢，防止災(zāi)害的發(fā)生。b.控制 根據(jù)監(jiān)測進(jìn)行控制運(yùn)行。適時(shí)調(diào)整原因量以控制效應(yīng)量，使能充分發(fā)揮工程效益。c.檢驗(yàn) 監(jiān)測資料可反饋和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，求得設(shè)計(jì)的合理、完善、創(chuàng)新。d.改進(jìn) 從監(jiān)測結(jié)果可評價(jià)采用的施工技術(shù)其適用性和優(yōu)越性以及改進(jìn)的途徑。2.1.3設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求（1）明確的針對性和實(shí)用性（2）充分的可靠性和完整性（3）先進(jìn)的監(jiān)測方法和設(shè)施（4）必要的經(jīng)濟(jì)性和合理性a. 實(shí)用 有的放矢地進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到目的明確，針對性強(qiáng)，突出重點(diǎn)，兼顧全局。b. 可靠 設(shè)計(jì)方案和儀器的選擇要同時(shí)考慮施工期、蓄水期、運(yùn)行期的需要，并長期穩(wěn)定需要。c. 經(jīng)濟(jì) 觀測項(xiàng)目宜簡化，測點(diǎn)少兒精，布置經(jīng)濟(jì)合理，

5、施工安裝方便。d. 先進(jìn) 監(jiān)測方法、儀器設(shè)備應(yīng)滿足精度要求，并吸取國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，在可能范圍內(nèi)盡量采用先進(jìn)技術(shù)。2.1.4設(shè)計(jì)準(zhǔn)備主要熟悉、了解、掌握以下幾點(diǎn)：a. 熟悉監(jiān)測技術(shù)的基本知識(shí)，監(jiān)測儀器設(shè)備性能和使用要求，并能在設(shè)計(jì)時(shí)正確運(yùn)行。b. 了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)、工程特點(diǎn)及一些關(guān)鍵問題，認(rèn)真確定監(jiān)測系統(tǒng)的任務(wù)和規(guī)模。c. 掌握設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： （1）可行性研究階段 提出安全監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、監(jiān)測項(xiàng)目、儀器數(shù)量和投資估算。 （2）初步設(shè)計(jì)階段 優(yōu)化總體設(shè)計(jì)方案及測點(diǎn)布置，確定主要儀器設(shè)備數(shù)量及工程概算。 （3）招標(biāo)設(shè)計(jì)階段 提出各種監(jiān)測項(xiàng)目的施工技術(shù)要求、儀器設(shè)備清單，各種要監(jiān)測項(xiàng)目測次

6、及工程預(yù)算。 （4）施工設(shè)計(jì)階段 提出施工詳圖及加工圖。 （5）蓄水設(shè)計(jì)階段 參與制定監(jiān)測工作計(jì)劃和主要監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)及對大壩工作狀態(tài)和評估。 （6）運(yùn)行設(shè)計(jì)階段 參與資料分析、安全檢查和鑒定，并負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)改造設(shè)計(jì)。2.2監(jiān)測項(xiàng)目確定與測值限差2.2.1監(jiān)測項(xiàng)目的確定原則監(jiān)測項(xiàng)目的確定應(yīng)考慮如下原則：（1）觀測成果主要用于設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)校核與修改時(shí)，選定起控制作用的項(xiàng)目。（2）觀測成果用于及時(shí)預(yù)報(bào)施工和運(yùn)行安遠(yuǎn)程度為目的時(shí)，應(yīng)確定一項(xiàng)、多用、數(shù)據(jù)可靠地項(xiàng)目。（3）應(yīng)針對危及建筑物穩(wěn)定的關(guān)鍵問題和控制性觀測來確定項(xiàng)目。（4）探查不穩(wěn)定部位或影響穩(wěn)定的因素時(shí)，應(yīng)盡可能采用系統(tǒng)項(xiàng)目。（5）施

7、工安全監(jiān)測的項(xiàng)目要簡單，不干擾施工，取得成果要快。（6）監(jiān)測成果主要用于科研和發(fā)展新技術(shù)時(shí)，要按專項(xiàng)和全項(xiàng)兩種方式選定。問題明確的用專項(xiàng)，問題模糊的盡可能用全項(xiàng)。（7）為了校正主要觀測項(xiàng)目成果的觀測，要針對影響因素的類型確定項(xiàng)目。（8）確定觀測項(xiàng)目要考慮儀器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、使用方便及可能性等條件。（9）長期觀測項(xiàng)目應(yīng)能較全面的反映建筑物的實(shí)際運(yùn)行情況，力求少而精。（10）工程安全監(jiān)測系統(tǒng)中都應(yīng)當(dāng)有巡視檢查項(xiàng)目。2.2.2監(jiān)測項(xiàng)目的內(nèi)容測值限差主要分為：變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測和應(yīng)力監(jiān)測。變形監(jiān)測：滲流監(jiān)測：應(yīng)力監(jiān)測：2.3 變形監(jiān)測設(shè)計(jì)水平位移觀測斷面土石壩（含堆石壩）橫斷面： 一般不少于23個(gè) 縱斷面

8、： 壩頂布設(shè)12，下游壩坡 25個(gè)內(nèi)斷面： 布置13個(gè)混凝土壩（函支墩壩、砌石壩）縱斷面： 12個(gè)內(nèi)斷面： 13個(gè)近壩區(qū)巖體及滑坡體靠兩壩肩附近的近壩區(qū)巖體垂直軸線布設(shè)12滑坡體順滑移方向布設(shè)13必要時(shí)可大致按網(wǎng)格法布置監(jiān)測布置分為斷面和觀測點(diǎn)觀測點(diǎn)土石壩（含堆石壩） 每個(gè)斷面一般不少于3個(gè) 混凝土壩（函支墩壩、砌石壩） 對于重要工程可在伸縮縫兩側(cè) 各部設(shè)1個(gè)觀測點(diǎn) 近壩區(qū)巖體及滑坡體 至少布置3個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測方法 水平位移監(jiān)測方法見書表2-7 （p27）垂直位移監(jiān)測方法 見書2-8 （P28）監(jiān)測布置精密水準(zhǔn)法三角高程法遙測法水準(zhǔn)工作位移撓度 將垂線從壩頂或適當(dāng)位置的懸掛點(diǎn)掛下，在各測點(diǎn)上均

9、設(shè)測站安置儀器進(jìn)行觀測，所得觀測點(diǎn)為各測點(diǎn)與懸掛點(diǎn)之間的相對位移，則任一測點(diǎn)N的撓度SN的算式為： SN=S0-S式中： NS正垂線懸掛點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的相對位移； S任一測點(diǎn)N與懸掛點(diǎn)之間的觀測的相對位移正垂線觀測站法支持點(diǎn)法 在垂直低最低點(diǎn)建立觀測站安置儀器，而在各測點(diǎn)處安裝支持點(diǎn)，觀測是吧垂涎分別夾在各支持點(diǎn)上，所得觀測值減去首次觀測值即為各測點(diǎn)與最低點(diǎn)觀測站之間的相對撓度。倒垂線 倒垂線是將鉛垂線底端固定在基巖深處，依靠另一端施加的浮力將垂線引至頂或某一高程處保持不動(dòng)，故只能采用多點(diǎn)觀測站法。傾斜接縫及裂縫2.4 滲流監(jiān)測設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力監(jiān)測滲流壓力監(jiān)測孔隙水壓力監(jiān)測繞壩滲流監(jiān)測地下水位監(jiān)測滲

10、流量監(jiān)測水質(zhì)監(jiān)測主要分為揚(yáng)壓力監(jiān)測 縱向觀測斷面有12個(gè) 壩基 橫向觀測斷面至少有2個(gè) 測點(diǎn)布置在壩段中心線或支墩中心線上 低于70m的混凝土壩2個(gè)水平截面壩體 高于70m的混凝土壩34個(gè)水平截面 布置觀測設(shè)備： 揚(yáng)壓力通常采用測壓管和滲壓計(jì)觀測。滲流壓力監(jiān)測滲流壓力的典型布置如圖所示：孔隙水壓力監(jiān)測 通常在均質(zhì)土壩、沖填壩、尾礦壩、松軟地基、土石壩土質(zhì)防滲體、砂殼等圖體內(nèi)需要進(jìn)行孔隙水壓力觀測。孔隙水壓力采用測壓管和滲壓計(jì)觀測。孔隙水壓力典型監(jiān)測布置如圖所示：繞壩滲流監(jiān)測觀測斷面：（1）在大壩兩端沿流線方向或滲流較集中的透水層各設(shè) 12個(gè)觀測斷面，每個(gè)斷面上設(shè)34條觀測垂線。 （2）在土石壩

11、與混凝土建筑物接觸面上布設(shè)1個(gè)斷面， 23條觀測垂線 （3）在下游河槽兩側(cè)階地中的繞流區(qū)，沿主流線方向每 側(cè)可增設(shè)1個(gè)觀測斷面。觀測點(diǎn) ： （1）在大壩兩岸每個(gè)觀測垂線的鉆孔中設(shè)12個(gè)觀測點(diǎn)，若需分 層觀測，則應(yīng)做好層間止水。 （2）在土石壩與剛性建筑物結(jié)合部位觀測垂線上的不同高程布設(shè) 12個(gè)觀測點(diǎn)。 （3）在岸坡防滲齒槽或灌漿帷幕的下游側(cè)布設(shè)1個(gè)觀測點(diǎn)，必要 時(shí)可增設(shè)1個(gè)。 （4）對于層狀滲流，可利用不同高程上的平洞布設(shè)測點(diǎn)。無平洞 時(shí)，應(yīng)分別鉆孔至各層透水帶布設(shè)測點(diǎn)。地下水位監(jiān)測 對于近壩區(qū)的滑坡體及對壩肩或壩基穩(wěn)定有重大影響的地質(zhì)構(gòu)造帶宜進(jìn)行地下水位觀測。同時(shí)，對隧洞、地下廠房（包括地下

12、泵站）、調(diào)壓室及泄水孔等進(jìn)行外水壓力觀測。滲流量監(jiān)測滲流量觀測包括滲漏水的總流量、分區(qū)流量及其水質(zhì)監(jiān)測。各種水堰如圖所示：2.4.7 水質(zhì)監(jiān)測主要包括 溫度、pH值、電導(dǎo)率、透明度、 物理指標(biāo) 顏色、懸浮物、礦化度等。 總磷、總氮、硝酸鹽、高錳酸鹽、溶解氧、生化需 化學(xué)指標(biāo) 氧量、有機(jī)金屬化合物等。2.5 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)計(jì)2.5.1 混凝土應(yīng)力及應(yīng)變壩的類型重力壩拱壩支墩壩面板壩在重點(diǎn)觀測壩段選擇1個(gè)水平觀測截面，一般1個(gè)截面布置35個(gè)測點(diǎn)，一個(gè)測點(diǎn)布置13個(gè)應(yīng)變計(jì)。在不同高程上選擇35個(gè)水平觀測截面，在拱冠、拱座選擇13個(gè)斷面，在厚拱壩和重力壩的觀測面布置23個(gè)觀測點(diǎn)，沒縫時(shí)可多于3個(gè)。可參

13、照重力壩。設(shè)置測點(diǎn)的面板條塊一般13個(gè)。2.5.2 巖體應(yīng)力及應(yīng)變分為壩基和壩肩近壩區(qū)巖體地下洞室基巖應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距長度為12m，可按13向組成布設(shè)。布設(shè)近壩區(qū)的高邊坡及滑坡體應(yīng)變測點(diǎn)時(shí)，可采用多點(diǎn)位移計(jì)。多點(diǎn)位移計(jì)收斂計(jì)三向位移計(jì)壓應(yīng)力計(jì)2.5.3 鋼材應(yīng)力及應(yīng)變分為鋼筋鋼板根據(jù)需要布設(shè)觀測斷面，每個(gè)斷面需要35個(gè)觀測點(diǎn)，并應(yīng)布設(shè)相應(yīng)的鋼筋無應(yīng)力計(jì)。在觀測斷面上一般布設(shè)34個(gè)觀測點(diǎn)，測點(diǎn)處鋼板曲率半徑不小于1m。2.5.4 自由體積應(yīng)變分為混凝土巖體鋼筋溫度、濕度、自生變形三部分，采用無應(yīng)力計(jì)進(jìn)行觀測在進(jìn)行巖體應(yīng)力應(yīng)變觀測時(shí)，應(yīng)布設(shè)巖石無壓力計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖。在布設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)時(shí)，應(yīng)布設(shè)相應(yīng)的混凝土

14、無應(yīng)力計(jì)。2.5.5 土壓力壩內(nèi)土壓力總土壓力、垂直土壓力、水平土壓力及大、小主應(yīng)力等的觀測。內(nèi)容布置觀測斷面觀測點(diǎn)觀測儀器一般大型工程可布設(shè)1個(gè)觀測橫斷面，有必要時(shí)可增加1個(gè)。一般沿高程布設(shè)23個(gè)觀測界面，每組不少于3個(gè)觀測實(shí)驗(yàn)內(nèi)容布置包括土和堆石體等與混凝土、巖石土壓力觀測，及淤沙壓力觀測，采用土壓力計(jì)。觀測斷面觀測點(diǎn)根據(jù)地質(zhì)布設(shè)13個(gè)觀測斷面。擋土建筑物 每個(gè)斷面沿墻布設(shè)34個(gè)測點(diǎn)。建筑物基礎(chǔ) 每個(gè)觀測截面布設(shè)35個(gè)測點(diǎn)。壩內(nèi)輸水涵管 每個(gè)斷面焊管外布設(shè)34個(gè)測點(diǎn)?；炷练罎B墻 觀測斷面沿深度布設(shè)35個(gè)測點(diǎn)。2.5.6 溫度分為壩體壩面重力壩和寬縫重力壩拱壩和腹拱壩支墩壩網(wǎng)格間距一般1020m上密下疏。根據(jù)壩高布設(shè)35個(gè)觀測截面交線處至少3個(gè)觀測點(diǎn)。不同高程35個(gè)截面布設(shè)測點(diǎn)。上游壩面下游壩面基巖空氣在觀測壩段據(jù)上游壩