摘要:大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進一步加深,對大壩安全監(jiān)測的若干問題進行探討。
關(guān)鍵詞:大壩安全;監(jiān)測;新內(nèi)涵
1大壩安全監(jiān)測的目的和意義
眾所周知,大壩安全監(jiān)測有校核設(shè)計、改進施工和評價大壩安全狀況的作用,且重在評價大壩安全。大壩安全監(jiān)測的淺層意義是為了人們準確掌握大壩性態(tài);深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節(jié)約工程投資。大壩安全監(jiān)測不僅是為了被監(jiān)測壩的安全評估,還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。
2大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵
通過以上分析可知,影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、材料特性、水庫調(diào)度等)、時間跨度大(從設(shè)計施工到運行管理);大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下,更好地發(fā)揮工程效益。隨著科技的發(fā)展、人們觀念的變化,實現(xiàn)大壩安全監(jiān)的手段和目的都有了一定程度的變化,可從如下幾方面進行理解。
2.1監(jiān)測范圍和內(nèi)容
規(guī)范[1][2]規(guī)定“大壩安全監(jiān)測范圍,包括壩體、壩基、壩肩,以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大,包括的內(nèi)容多,如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。
大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進行確定,根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩,大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計時開始直至運行管理,大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況,還應(yīng)包括輔助機電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。
2.2大壩安全監(jiān)測的針對性
大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時期作出的,一定要有鮮明的針對性。
2.2.1時間上的針對性
由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時期,因此,在前一個階段監(jiān)測的重點應(yīng)是設(shè)計參數(shù)的復(fù)核和工質(zhì)量的檢驗,而后者則應(yīng)是針對材料老化[3]和
設(shè)計復(fù)核進行。
大壩的破壞機理研究至今還是一個薄弱環(huán)節(jié),關(guān)鍵是原型破壞試驗作不了,因此,加強對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時候能發(fā)揮作用,能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
2.2.2空間結(jié)構(gòu)上的針對性
針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強監(jiān)測,如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混凝土壩的層間結(jié)構(gòu)、高強震地區(qū)均質(zhì)土壩的液化、薄拱壩壩肩的穩(wěn)定、破碎地基及深覆蓋層上筑壩的基礎(chǔ)處理及防滲、多泥沙河流的泥沙淤積、庫岸高邊坡的穩(wěn)定等。由于總體布置不合理,泄洪水霧有可能引起跳閘等問題,應(yīng)注意對霧化的監(jiān)測和汛期對備用電源的檢查等。再者,大壩監(jiān)測應(yīng)和大壩設(shè)計、施工和運行管理互相補充,特別是在設(shè)計中運用新結(jié)、構(gòu)、新方法、新材料,施工時發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件。運行遇到不利工況時,大壩安全監(jiān)測理應(yīng)成為檢驗設(shè)計、施工及運行效果的必要手段,從而為采取必要的工程措施以確保大壩安全創(chuàng)造條件。
2.3監(jiān)測手段和方法
大壩安全監(jiān)測包括巡視檢查和儀器監(jiān)測[1],巡視檢查和儀器監(jiān)測是分不開的。前者也要盡可能的利用當(dāng)今的先進儀器和技術(shù)對大壩特別是隱患進行檢查,以便作到早發(fā)現(xiàn)早處理,如
土石壩的洞穴、暗縫、軟弱夾層等很難通過簡單的人工檢查發(fā)現(xiàn),因此,必須借用高密度電阻率法、中間梯度法、瞬態(tài)面波法等進行檢查[3],從而完成對其定位及嚴重程度的判定。人工巡查和儀器監(jiān)測分不開的另一條原因是由于大壩的特殊性和目前儀器監(jiān)測的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜,同時,由于材料的非線性(特別是土石壩),從而使監(jiān)測的難度增大;另一方面,目前儀器監(jiān)測還只能作到“點(小范圍)監(jiān)測”,如測縫計只能發(fā)現(xiàn)通過測點的裂(接)縫開度的變化,而不能發(fā)現(xiàn)測點以外裂(接)縫開度的變化;變形(滲流)測點監(jiān)測到的
是壩體(基)綜合反應(yīng),因而難以進行具體情況的原因分析。
正是由于上述原因,監(jiān)測手段和方法必須多樣化,即將各種監(jiān)測手段和方法[1][2]結(jié)合起來,將定性和定量監(jiān)測結(jié)合起來,如將傳統(tǒng)的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測同面波法、彩色電視、超聲波、CT、水質(zhì)分析等結(jié)合起來。隨著科技水平的發(fā)展,一種真正的“分布式測量系統(tǒng)”———光纖測量系統(tǒng)即將面世,水科院、國電公司成都院等單位已對此作了大量的研究,該系統(tǒng)將光纖既作為傳感部件,又作為信號傳輸部件埋設(shè)于壩體中,使每一根光纖成為大壩的神經(jīng),感受大壩性態(tài)的變化并具體定位,從而使監(jiān)測走向立體和全方位。
目前,自動化系統(tǒng)還存在費用高、可靠性難以保證、監(jiān)測項目不全、安裝調(diào)試困難、實時化程度低等問題,一種費用低、安裝調(diào)試簡單、易維護、可以進行大范圍監(jiān)測、實時性高的系統(tǒng)才是發(fā)展方向。同時,監(jiān)測方法、監(jiān)測量的變化(如由標量到矢量、由數(shù)值分析到圖象分析)必將導(dǎo)致分析方法的變化。
2.4大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、效益化
在過去的許多年中,人們總是將觀測資料交由專職單位去分析,這樣做要花費大量的時間,不利于及時有效地掌握大壩性態(tài)和進行最優(yōu)的運行調(diào)度。同時,一般單位的資料分析總是在建立數(shù)學(xué)模型(特別是統(tǒng)計模型)的基礎(chǔ)上,缺乏與具體大壩的聯(lián)系及與設(shè)計標準(穩(wěn)定、強度)的比較,也不利于監(jiān)測技術(shù)的提高。近期,一些單位在專家系統(tǒng)、人工智能及決策支持系統(tǒng)開發(fā)中,直接將監(jiān)測資料(如庫水位、溫度、應(yīng)力、揚壓力等)與設(shè)計標準(穩(wěn)定、強度)對照起來用于壩體強度及穩(wěn)定校核是一種很好的思路。
但是,目前的大壩安全監(jiān)測自動化水平多數(shù)還停留在部分監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的自動采集上,難以滿足實際需要。事實上單憑監(jiān)控指標來判別大壩安全是不完善的,因為目前的監(jiān)控指標主要依靠經(jīng)驗和理論計算確定。前者人為因素大,后者由于計算理論、數(shù)學(xué)模型和邊界條件的假定,誤差也較大,實際應(yīng)用也值得商榷。如對于土石壩,當(dāng)上游庫水位驟降時測壓管水位不會超過監(jiān)控指標,但此時上游壩體有可能失穩(wěn)。
我國自1987年開始的水電站大壩安全定期檢查(鑒定),是對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)和安全狀況的全面檢查和評價,已得到廣大科技人員認可,實踐證明是有效的。它就是根據(jù)設(shè)計復(fù)核、壩基隱患、壩體穩(wěn)定、泄洪消能、庫區(qū)淤積及近壩庫岸滑坡等方面對大壩安全進行評價。
因此,大壩安全評估軟件應(yīng)與大壩安全定檢內(nèi)容相適應(yīng),應(yīng)用專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)將大壩安全定檢的成功經(jīng)驗和監(jiān)測資料分析的有效方法結(jié)合起來,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)與大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水庫自動調(diào)度系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)的有機結(jié)合,將大壩安全作為約束條件,效益的最大化作為目標函數(shù)才能適應(yīng)用戶和時代的需要。
3結(jié)語
通過以上分析可知,大壩安全監(jiān)測實際上是一種管理,包括信息采集、處理、結(jié)論的得出、措施的制定、信息的反饋,其根本目的是為了工程效益。總之,大壩安全監(jiān)測就是利用一切手段,確保大壩以較少的投入來保證長期、穩(wěn)定、安全的運行,實現(xiàn)效益的最大化。
參考文獻
[1]SDJ336-89,混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].
[2]SL60-94,土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].
[3]王黎.荊江分洪區(qū)南閘混凝土建筑物質(zhì)量檢測分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2000,4:24-27.
[4]謝向文.黃河下游堤防隱患探測技術(shù)研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2000,4:20-24.
文章作者介紹:鄭冬梅 黑龍江省農(nóng)墾九三分局水務(wù)局,黑龍江嫩江161441
