水工建築物安全監測設計

水工建築物安全監測設計是指為達到水工建築物安全監測的目的而確定監測部位、監測項目、監測方法、儀器類型和儀器布置並規定監測設施埋設安裝、數據採集、資料分析的技術方法和技術要求的工作。

基本介紹

• 中文名：水工建築物安全監測設計
• 外文名：safety monitoring design of hydraulic structure   
• 學科：水利工程
• 領域：安全監測
• 目的：水工建築物安全監測
• 分類：技術方法和技術要求

簡介

水工建築物安全監測設計是指為達到水工建築物安全監測的目的而確定監測部位、監測項目、監測方法、儀器類型和儀器布置並規定監測設施埋設安裝、數據採集、資料分析的技術方法和技術要求的工作。水工建築物安全監測的主要目的是掌握施工期和運行期水工建築物的實際工作性態，以便及時採取應急或加固措施，保障安全運用。同時，監測也可為檢驗工程設計、指導施工、檢驗施工質量以及提高運行水平提供依據。監測設計要為實現上述監測目的作出策劃、論證和安排。監測設計的成果一般為監測設計報告、監測設計圖，有的工程還有專題報告。

我國對監測設計內容的規定

中國對各階段監測設計內容的規定有:

①可行性研究階段，應提出安全監測系統的總體設計方案，說明監測項目及其所需儀器設備的數量和投資估算。

②初步設計階段，應最佳化安全監測系統的總體設計方案、測點布置、監測設備及儀器的數量，提出投資概算和各監測設備應投入觀測的時間。

③招標設計階段，應提出監測儀器設備的清單、各主要監測項目及測次、各監測設施和儀器安裝的技術要求及投資預算。

④施工詳圖階段，應提出監測設施施工圖，制定初期蓄水期間監測工作的計畫和主要的監控技術指標。對於己經投入運行的水工建築物，當工程進行除險加固、擴建、改建或出現安全監測儀器故障、失效、不完備而需要補充、更新時，需作出監測系統的更新設計。

水工建築物安全監測設計的注意事項

水工建築物監測設計需考慮建築物的級別、規模、結構型式、地形、地質條件和地理環境等因素和施工、運用條件。監測項目和測點的布設應能較全面地反映建築物的工作狀況;同時，應以安全上的關鍵部位和薄弱環節(如結構複雜或地基軟弱的部位)為主要監測對象，突出重點，有明確的針對性，測點少而精，相關項目應統籌安排，配合布置。觀測方法宜簡捷、直觀，滿足精度要求，並便於校核。各監測儀器、設施的選擇，要在精確可靠、穩定耐久、經濟實用的前提下，力求先進和便於實現自動化觀測。採用自動化觀測系統時，應進行技術經濟論證，所選用系統應能採集到連續、準確、完整的數據，並具有人工觀測的條件。監測設計應注意在出現大洪水、嚴寒冰凍等惡劣條件下仍然能進行必要項目的觀測。監測設備要有必需的保護裝置，觀測場所具備必需的交通和操作條件，並有照明、防潮、防寒等設施，必要時可設定專門的觀測站房和觀測廊道。施工期的正常觀測條件，特別是初期蓄水時基準值的觀測要得到保證。

我國對水工建築物安全監測項目的原則規定

許多國家的監測規範和水工建築物設計規範中對觀測項目都有原則規定。中國規定，一級、二級混凝土壩宜布置的一般性觀測項目為:巡視檢查，上、下游水位，氣溫、庫水溫、混凝土溫度及壩基溫度，滲漏量、揚壓力、繞壩滲流及水質分析，位移、撓度、傾斜、接縫及裂縫，應力、應變，下游沖淤、壩前淤積等。三級、四級混凝土壩宜布置的一般性觀測項目為:巡視檢查，水位，氣溫，位移，滲漏量，揚壓力等。各級混凝土壩還可根據工程的具體情況，選設近壩區岸坡穩定、局部結構應力應變、壩體地震反應、水力學觀測等項目。一級、二級土石壩必設或選設的觀測項目除與混凝土壩相似的巡視檢查，上、下游水位，氣溫，水溫，表面變形，接縫及裂縫變形，滲漏量，繞壩滲流，壩前泥沙，岸坡位移，地震動態，泄水建築物水力學觀測等以外，還有壩體內部變形、混凝土面板變形、壩體和壩基滲流特性、孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力、混凝土面板應力、降水量、波浪、冰凍、動孔隙水壓力等。

國際社會對水工建築物安全監測方面的研究

世界各國對大壩監測及其設計都十分重視。國際大壩委員會(ICOLD)在其60號公報《大壩監測基本要求》中指出:為保證獲得建築物施工期和運行期所需的信息，應仔細進行監測系統的設計;需要監測的不僅是大壩，還有壩基和壩肩。ICOLD在其68號公報《大壩及其地基監測技術發展水平》中指出:壩的安全不僅取決於合理的設計和正確的施工，而且取決於對大壩實際性態的監測;合理的監測能獲得大量資料，增加人們對大壩實際性態的了解，為改進分析方法、提高實驗技能、更好更安全地設計大壩提供便利條件。又指出:壩的安全水平主要是在設計階段規定的，因此在壩的設計階段就應根據設計準則來設計其觀測系統，考慮的監測量應包括自變數(環境變數)和因變數(結構物對環境變數的反應)。自變數中最重要的是水位和溫度，因變數中最重要的是位移、滲流量、應變、揚壓力、孔隙水壓力。各國大壩委員會在提出的監測技術發展報告中，總結其經驗時提到:監測系統是一個綜合體，它應包括表征大壩及其地基安全的要素，能說明大壩性態的各種參量，能測定這些參量的儀器，對儀器數量、布局和觀測頻率的設計等(義大利、日本)。就大壩的安全而言，最主要的監測物理量是滲流量、揚壓力和位移(瑞士)。高度在50m以上的重力壩和30m以上的拱壩，必須設定漏水量、變形、揚壓力等觀測項目;斜牆和心牆土石壩必須設定的觀測項目為漏水量和變形，均質土壩還要加測浸潤線(日本)。使用直觀檢查能夠察覺自動儀器所不能測出的異常情況，直觀檢查是儀器觀測的一種有用和必要的補充，是不可缺少的(澳大利亞、法國、南非、奧地利、加拿大、美國、葡萄牙、義大利、日本)。寧願認真地、頻繁地、及時地觀測較少量審慎地布置在結構內的直觀檢查儀器，也比在大量的數據中去尋找信息更為合理(法國)。

水工建築物監測設計的歷史

水工建築物的儀器監測於20世紀之初即己出現，當時僅限於用大地測量法觀測混凝土壩的位移。後來，隨著建築物高度的增加、厚度的減小以及工程事故的不斷出現，監測逐漸發展成為水利水電工程的一項必需的工作和掌握工程安全性態的重要手段。水工建築物系統的監測設計開始於20世紀20年代。1926年美國拱壩研究委員會對史蒂文森溪(Stevenson Creek)薄拱壩進行了周密的觀測設計，在壩內布置了成百支應變計、溫度計、傾斜計，在壩外布設了三角網。30年代以後，歐美各國修建的壩普遍進行了監測設計。50年代以後，中國設計的水利水電工程也都含有監測設計內容。中國在70年代以後陸續頒布的全國性行業標準，如DI,5020-93《水利水電工程可行性研究報告編制規程》、DL5021-93《水利水電工程初步設計報告編制規程》等都規定有監測設計條款;SDJ21-78 ((混凝土重力壩設計規範(試行)》、SDJ 145-85《混凝土拱壩設計規範》、SL274-2001《碾壓式土石壩設計規範》、SI,228-89《混凝土面板堆石壩設計規範》、SLJO1-88《土石壩瀝青混凝土面板和心牆設計準則》、DI州T5005-92《碾壓混凝土壩設計導則》、SL25-91《漿砌石壩設計規範》、SI,253-2000《溢洪道設計規範》、SD134-84《水工隧洞設計規範》、SI,265-2001《水閘設計規範》、SD303-88《水電站進水口設計規範(試行)》、SI,266-2001《水電站廠房設計規範》等都列有觀測設計的專章;SDJ336-89《混凝土大壩安全監測技術規範(試行)》、SI,60-94《土石壩安全監測技術規範》還對各類監測項目的設計作出了具體的規定。中國對己建的新安江、劉家峽、丹江口、葛洲壩、龍羊峽、二灘、小浪底等壩都作了全面的監測設計，各由成千支儀器組成監測系統。三峽等水利樞紐的監測系統更為龐大、複雜和先進，它們的監測設計己成為樞紐設計中一個十分重要的部分。建築物安全監測設計被列為三峽工程技術設計階段的8個專項設計之一。在小浪底水利樞紐的安全監測設計中，信息系統設計被列為一項專門設計，進行了大量深入的研究、論證工作。