水工建筑物安全監(jiān)測與控制

1、水工建筑物安全監(jiān)測與控制楊國范水工建筑物安全監(jiān)測與控制第1頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制概念 水工建筑物安全監(jiān)測與控制是以水利水電工程建設(shè)和運行中發(fā)生各種可能危害、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)生危害事件或事故經(jīng)驗，綜合利用自然科學、技術(shù)科學和管理科學等方面相關(guān)知識，識別和預測建設(shè)、運行活動中存在不安全原因，并采取有效控制辦法預防危害、事故發(fā)生科學技術(shù)知識體系。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第2頁 第2章 水工建筑物安全監(jiān)測設(shè)計2.1 監(jiān)測設(shè)計基本標準和要求2.2 監(jiān)測項目確定與測值限差2.3 變形監(jiān)測設(shè)計2.4 滲流監(jiān)測設(shè)計2.5 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)計2.6 水文及水力學監(jiān)測設(shè)計

2、2.7 自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化2.8 監(jiān)測工程施工組織設(shè)計2.9 監(jiān)測設(shè)計工程實例水工建筑物安全監(jiān)測與控制第3頁2.1監(jiān)測設(shè)計基本標準和要求 水工建筑物應(yīng)依據(jù)其主要性、型式、結(jié)構(gòu)特征及地基條件等，設(shè)置安全監(jiān)測設(shè)施。 安全監(jiān)測設(shè)計應(yīng)以外部觀察為主，內(nèi)部觀察為輔。觀察斷面和觀察點選擇應(yīng)有代表性。 對安全性觀察項目及測點，設(shè)計宜提供觀察值 預計變動范圍。 監(jiān)測設(shè)施應(yīng)有保護辦法，并便于施工、安裝和維護。 設(shè)計時應(yīng)該按照建筑物永久性和暫時性，永久性建筑物中主要建筑物和次要建筑物，分級別、作用及荷載情況等確定監(jiān)測設(shè)計基本標準和應(yīng)該采取標準。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第4頁2.1.1設(shè)計所需基本資料（1）工

3、程形式、工程規(guī)模、使用年限、幾何形狀、尺寸以及邊界條件。（2）地質(zhì)條件和工程技術(shù)等。（3）環(huán)境條件。水文氣象、生命財產(chǎn)危險性、附近建筑物或其它設(shè)施情況。（4）巖土體物理力學性質(zhì)和地應(yīng)力狀態(tài)。（5）施工方法和程序、各種結(jié)構(gòu)類型。（6）工程前期試驗資料、模擬計算結(jié)果、結(jié)構(gòu)布置形式。（7）確定安全監(jiān)測參考模型。（8）預測工程運行性能，經(jīng)過預測選定儀器量程與精度和確定儀器定位定向依據(jù)。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第5頁2.1.2設(shè)計目目主要分為（1）保障建筑物安全利用（2）充分發(fā)揮工程效益（3）檢驗設(shè)計，提升水平（4）改進施工，加緊進度 設(shè)計目標也可概括為預報、控制、檢驗、改進8個字，應(yīng)使監(jiān)測系統(tǒng)能夠發(fā)揮

4、應(yīng)有效果。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第6頁a.預報 經(jīng)過安全監(jiān)測發(fā)覺異?，F(xiàn)象，及時預測未來性態(tài)和發(fā)展趨勢，預防災害發(fā)生。b.控制 依據(jù)監(jiān)測進行控制運行。適時調(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 監(jiān)測資料可反饋和驗證設(shè)計正確性，求得設(shè)計合理、完善、創(chuàng)新。d.改進 從監(jiān)測結(jié)果可評價采取施工技術(shù)其適用性和優(yōu)越性以及改進路徑。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第7頁2.1.3設(shè)計要求設(shè)計要求（1）明確針對性和實用性（2）充分可靠性和完整性（3）先進監(jiān)測方法和設(shè)施（4）必要經(jīng)濟性和合理性a. 實用 有放矢地進行設(shè)計，做到目標明確，針對性強，突出重點，兼顧全局。b. 可靠 設(shè)計方案和儀器選擇要同時考

5、慮施工期、蓄水期、運行期需要，并長久穩(wěn)定需要。c. 經(jīng)濟 觀察項目宜簡化，測點少兒精，布置經(jīng)濟合理，施工安裝方便。d. 先進 監(jiān)測方法、儀器設(shè)備應(yīng)滿足精度要求，并吸收國內(nèi)外經(jīng)驗，在可能范圍內(nèi)盡可能采取先進技術(shù)。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第8頁2.1.4設(shè)計準備主要熟悉、了解、掌握以下幾點：a. 熟悉監(jiān)測技術(shù)基本知識，監(jiān)測儀器設(shè)備性能和使用要求，并能在設(shè)計時正確運行。b. 了解結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工設(shè)計、工程特點及一些關(guān)鍵問題，認真確定監(jiān)測系統(tǒng)任務(wù)和規(guī)模。c. 掌握設(shè)計主要內(nèi)容： （1）可行性研究階段 提出安全監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計方案、監(jiān)測項目、儀器數(shù)量和投資估算。 （2）初步設(shè)計階段 優(yōu)化總體設(shè)計方案及測點

6、布置，確定主要儀器設(shè)備數(shù)量及工程概算。 （3）招標設(shè)計階段 提出各種監(jiān)測項目標施工技術(shù)要求、儀器設(shè)備清單，各種要監(jiān)測項目測次及工程預算。 （4）施工設(shè)計階段 提出施工詳圖及加工圖。 （5）蓄水設(shè)計階段 參加制訂監(jiān)測工作計劃和主要監(jiān)測技術(shù)指標及對大壩工作狀態(tài)和評定。 （6）運行設(shè)計階段 參加資料分析、安全檢驗和判定，并負責監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第9頁2.2監(jiān)測項目確定與測值限差2.2.1監(jiān)測項目確實定標準監(jiān)測項目確實定應(yīng)考慮以下標準：（1）觀察結(jié)果主要用于設(shè)計和施工技術(shù)校核與修改時，選定起控制作用項目。（2）觀察結(jié)果用于及時預報施工和運行安遠程度為目標時，應(yīng)確定一項、多用

7、、數(shù)據(jù)可靠地項目。（3）應(yīng)針對危及建筑物穩(wěn)定關(guān)鍵問題和控制性觀察來確定項目。（4）探查不穩(wěn)定部位或影響穩(wěn)定原因時，應(yīng)盡可能采取系統(tǒng)項目。（5）施工安全監(jiān)測項目要簡單，不干擾施工，取得結(jié)果要快。（6）監(jiān)測結(jié)果主要用于科研和發(fā)展新技術(shù)時，要按專題和全項兩種方式選定。問題明確用專題，問題含糊盡可能用全項。（7）為了校正主要觀察項目結(jié)果觀察，要針對影響原因類型確定項目。（8）確定觀察項目要考慮儀器設(shè)備經(jīng)濟、使用方便及可能性等條件。（9）長久觀察項目應(yīng)能較全方面反應(yīng)建筑物實際運行情況，力爭少而精。（10）工程安全監(jiān)測系統(tǒng)中都應(yīng)該有巡視檢驗項目。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第10頁2.2.2監(jiān)測項目內(nèi)容水工建

8、筑物安全監(jiān)測與控制第11頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第12頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第13頁2.2.3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：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第14頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第15頁滲流監(jiān)測：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第16頁應(yīng)力監(jiān)測：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第17頁2.3 變形監(jiān)測設(shè)計2.3.1水平位移觀察斷面土石壩（含堆石壩）橫斷面： 普通不少于23個 縱斷面： 壩頂布設(shè)12，下游壩坡 25個內(nèi)斷面： 布置13個混凝土壩（函支墩壩、砌石壩）縱斷面： 12個內(nèi)斷面： 13個近壩區(qū)巖體及滑坡體靠兩壩肩附近近壩區(qū)巖體垂直軸線布設(shè)12滑坡體順滑移方向布設(shè)13必

9、要時可大致按網(wǎng)格法布置監(jiān)測布置分為斷面和觀察點水工建筑物安全監(jiān)測與控制第18頁觀察點土石壩（含堆石壩） 每個斷面普通不少于3個 混凝土壩（函支墩壩、砌石壩） 對于主要工程可在伸縮縫兩側(cè) 各部設(shè)1個觀察點 近壩區(qū)巖體及滑坡體 最少布置3個位移標點監(jiān)測方法 水平位移監(jiān)測方法見書表2-7 （p27）水工建筑物安全監(jiān)測與控制第19頁2.3.2垂直位移監(jiān)測方法 見書2-8 （P28）監(jiān)測布置精密水準法三角高程法遙測法水準工作位移水工建筑物安全監(jiān)測與控制第20頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第21頁2.3.3撓度 將垂線從壩頂或適當位置懸掛點掛下，在各測點上均設(shè)測站安置儀器進行觀察，所得觀察點為各測點與懸掛點之

10、間相對位移，則任一測點N撓度SN算式為： SN=S0-S式中： NS正垂線懸掛點與最低點之間相對位移； S任一測點N與懸掛點之間觀察相對位移正垂線觀察站法支持點法 在垂直低最低點建立觀察站安置儀器，而在各測點處安裝支持點，觀察是吧垂涎分別夾在各支持點上，所得觀察值減去首次觀察值即為各測點與最低點觀察站之間相對撓度。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第22頁倒垂線 倒垂線是將鉛垂線底端固定在基巖深處，依靠另一端施加浮力將垂線引至頂或某一高程處保持不動，故只能采取多點觀察站法。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第23頁2.3.3傾斜水工建筑物安全監(jiān)測與控制第24頁2.3.5接縫及裂縫水工建筑物安全監(jiān)測與控制第25頁2

11、.4 滲流監(jiān)測設(shè)計揚壓力監(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)測滲流量監(jiān)測水質(zhì)監(jiān)測主要分為水工建筑物安全監(jiān)測與控制第26頁2.4.1揚壓力監(jiān)測 縱向觀察斷面有12個 壩基 橫向觀察斷面最少有2個 測點布置在壩段中心線或支墩中心線上 低于70m混凝土壩2個水平截面壩體 高于70m混凝土壩34個水平截面 布置觀察設(shè)備： 揚壓力通常采取測壓管和滲壓計觀察。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第27頁2.4.2滲流壓力監(jiān)測滲流壓力經(jīng)典布置如圖所表示：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第28頁2.4.3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)需要進行孔隙水壓力觀察

12、?？紫端畨毫Σ扇y壓管和滲壓計觀察?？紫端畨毫?jīng)典監(jiān)測布置如圖所表示：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第29頁2.4.4繞壩滲流監(jiān)測觀察斷面：（1）在大壩兩端沿流線方向或滲流較集中透水層各設(shè) 12個觀察斷面，每個斷面上設(shè)34條觀察垂線。 （2）在土石壩與混凝土建筑物接觸面上布設(shè)1個斷面， 23條觀察垂線 （3）在下游河槽兩側(cè)階地中繞流區(qū)，沿主流線方向每 側(cè)可增設(shè)1個觀察斷面。觀察點 ： （1）在大壩兩岸每個觀察垂線鉆孔中設(shè)12個觀察點，若需分 層觀察，則應(yīng)做好層間止水。 （2）在土石壩與剛性建筑物結(jié)合部位觀察垂線上不一樣高程布設(shè) 12個觀察點。 （3）在岸坡防滲齒槽或灌漿帷幕下游側(cè)布設(shè)1個觀察點，必要

13、 時可增設(shè)1個。 （4）對于層狀滲流，可利用不一樣高程上平洞布設(shè)測點。無平洞 時，應(yīng)分別鉆孔至各層透水帶布設(shè)測點。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第30頁2.4.5地下水位監(jiān)測 對于近壩區(qū)滑坡體及對壩肩或壩基穩(wěn)定有重大影響地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶宜進行地下水位觀察。同時，對隧洞、地下廠房（包含地下泵站）、調(diào)壓室及泄水孔等進行外水壓力觀察。2.4.6滲流量監(jiān)測滲流量觀察包含滲漏水總流量、分區(qū)流量及其水質(zhì)監(jiān)測。各種水堰如圖所表示：水工建筑物安全監(jiān)測與控制第31頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第32頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第33頁2.4.7 水質(zhì)監(jiān)測主要包含 溫度、pH值、電導率、透明度、 物理指標 顏色、懸浮物、礦化度等。

14、 總磷、總氮、硝酸鹽、高錳酸鹽、溶解氧、生化需 化學指標 氧量、有機金屬化合物等。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第34頁2.5 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)計2.5.1 混凝土應(yīng)力及應(yīng)變壩類型重力壩拱壩支墩壩面板壩在重點觀察壩段選擇1個水平觀察截面，普通1個截面布置35個測點，一個測點布置13個應(yīng)變計。在不一樣高程上選擇35個水平觀察截面，在拱冠、拱座選擇13個斷面，在厚拱壩和重力壩觀察面布置23個觀察點，沒縫時可多于3個?？蓞⒖贾亓?。設(shè)置測點面板條塊普通13個。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第35頁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)變計標距長度為12m，可按13向組成布設(shè)。布設(shè)近壩區(qū)高

15、邊坡及滑坡體應(yīng)變測點時，可采取多點位移計。多點位移計收斂計三向位移計壓應(yīng)力計水工建筑物安全監(jiān)測與控制第36頁2.5.3 鋼材應(yīng)力及應(yīng)變分為鋼筋鋼板依據(jù)需要布設(shè)觀察斷面，每個斷面需要35個觀察點，并應(yīng)布設(shè)對應(yīng)鋼筋無應(yīng)力計。在觀察斷面上普通布設(shè)34個觀察點，測點處鋼板曲率半徑大于1m。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第37頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第38頁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，采取無應(yīng)力計進行觀察在進行巖體應(yīng)力應(yīng)變觀察時，應(yīng)布設(shè)巖石無壓力計，結(jié)構(gòu)如圖。在布設(shè)鋼筋應(yīng)力計時，應(yīng)布設(shè)對應(yīng)混凝土無應(yīng)力計。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第39頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第40

16、頁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)力等觀察。內(nèi)容布置觀察斷面觀察點觀察儀器普通大型工程可布設(shè)1個觀察橫斷面，有必要時可增加1個。普通沿高程布設(shè)23個觀察界面，每組不少于3個水工建筑物安全監(jiān)測與控制第41頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第42頁觀察試驗內(nèi)容布置包含土和堆石體等與混凝土、巖石土壓力觀察，及淤沙壓力觀察，采取土壓力計。觀察斷面觀察點依據(jù)地質(zhì)布設(shè)13個觀察斷面。擋土建筑物 每個斷面沿墻布設(shè)34個測點。建筑物基礎(chǔ) 每個觀察截面布設(shè)35個測點。壩內(nèi)輸水涵管 每個斷面焊管外布設(shè)34個測點。混凝土防滲墻 觀察斷面沿深度布設(shè)35個測點。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第

17、43頁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)格間距普通1020m上密下疏。依據(jù)壩高布設(shè)35個觀察截面交線處最少3個觀察點。不一樣高程35個截面布設(shè)測點。上游壩面下游壩面基巖空氣在觀察壩段據(jù)上游壩面510cm壩體沿壩布設(shè)測點間距1/151/10壩高。普通在1/2壩高處布設(shè)觀察截面，據(jù)壩面0cm、10cm、20cm、40cm、60cm各設(shè)1個觀察點。深入基巖510m鉆孔。不一樣深度布設(shè)35測點，測點據(jù)地面為0m、1.5m、3.5m、10m。布設(shè)1個氣溫點。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第44頁2.5.7 地震分為地震強震洞孔隙壓力混凝土壩土石壩從屬建筑物普通在2/3壩高處增設(shè)

18、測點必要在1/2壩高處增設(shè)測點可少許布設(shè)測點重點部位是在土石壩砂殼底部、松軟壩基和含水量粘土寬心墻。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第45頁觀察設(shè)備設(shè)置要求測震系統(tǒng)對地震基本烈度7度及其以上1、2級大壩可進行反應(yīng)監(jiān)測。地震反應(yīng)監(jiān)測包含壩體地震和孔隙壓力管測兩方面。強震觀察傳感器與壩體要有良好接觸，傳感器震動方向應(yīng)與待測方向一致。對測震系統(tǒng)包含傳感器、放大器和統(tǒng)計器三大部分。數(shù)字式強震儀采取數(shù)字式磁帶統(tǒng)計。對于洞孔隙壓力觀察，普通采取洞孔隙壓力計或滲壓計及其配套使用放大器統(tǒng)計和采取數(shù)據(jù)采集器或其它放大和統(tǒng)計裝置。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第46頁分為監(jiān)測布置觀察設(shè)備上游水位下游水位觀察要求直立水尺、傾斜水

19、尺、懸垂水尺、浮筒水尺、自記水位計、遙測水位計2.6 水文及水力學監(jiān)測設(shè)計2.6.1 水位監(jiān)測1）普通在壩前設(shè)置1個觀察點2）上游水位測點宜布置在水面平穩(wěn)、受風浪和泄流影響較小、便于安裝和觀察穩(wěn)定岸坡或永久建筑物上3）對輸泄水建筑物上游水位測點，可設(shè)置在引水管前池、渠首、堰前、閘墩側(cè)壁等處。1）普通布設(shè)在各泄水建筑物泄流匯合處下游不受水躍和回流影響地點。2）當下游河道無水時，可布設(shè)測壓管、觀察井、滲壓計，并盡可能與滲流監(jiān)測結(jié)合。3）消力池下游水位測點宜布設(shè)在距離消力池末端大于設(shè)備總長得3-5倍處。1）閘墩、消力池、泄洪工程進水渠渠首及堰前水位應(yīng)觀察時均水位。2）時均水位普通用布設(shè)水尺法觀察。3

20、）瞬時水位普通用遙測水位計、滲壓計或波浪儀器觀察。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第47頁2.6.2 降水監(jiān)測雨量站位置：在壩區(qū)選擇四面空闊、平坦，避開局部地形、地 物影響地方設(shè)置雨量站。雨量站面積：雨量站宜設(shè)置專用面積，布設(shè)一個儀器時，面積 大于4m4m；布設(shè)兩種儀器時，面積大于 4m6m。周圍還應(yīng)設(shè)置柵欄，保護儀器設(shè)備。泄 洪 霧 化：泄洪霧化屬于暫時性監(jiān)測，測點布置較多，可不 受上述要求限制。普通在霧化強降水區(qū)布設(shè)電測雨 量計，在弱降水區(qū)則布設(shè)人工雨量計。觀 測 設(shè) 備：觀察設(shè)備主要有雨量器、自記雨量計、智能雨量 計。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第48頁2.6.3 壓強監(jiān)測分為監(jiān)測布置觀察設(shè)備布置要

21、求觀察點觀察站1）壓強觀察布置應(yīng)依據(jù)泄水建筑物進出口水 位差決定。2）布設(shè)測點時以能反應(yīng)過水表面壓強分布特征、滿 足監(jiān)測工程安全運行為標準。1）泄水建筑物測點普通應(yīng)布設(shè)在閘孔中線、閘墩兩 側(cè)和下游曲線段或不連續(xù)部位。2）對于過水邊界不平順及突變等部位，如平板閘門 槽下游邊壁、挑流鼻坎、消力墩側(cè)壁等，需布設(shè) 測點。3）有壓隧洞（管道）進口頂部曲線段、漸變段、分 叉段及局部不平整突體下游邊界上宜依據(jù)需要 布設(shè)測點。1）觀察站應(yīng)盡可能保持干燥、通風，室溫基本穩(wěn)定， 并防止受建筑物或地基震動影響。2）電源應(yīng)保持穩(wěn)定，不受大功率電氣設(shè)備影響及信 號干擾。3）觀察站應(yīng)盡可能靠近測點，交通方便，照明良好。觀

22、察設(shè)備有測壓管，測壓計。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第49頁2.6.4 消能監(jiān)測觀察內(nèi)容：1）消能觀察包含底流、流面以及挑流2）對底流消能觀察點重點是水流從急流狀態(tài)改變到緩流狀態(tài)時水面產(chǎn)生水 躍水力現(xiàn)象。3）對面流消能觀察重點是壩下水流流態(tài)及面流波。4）挑流消能觀察重點是挑流水舌和水墊消能及霧化。觀察點：1）底流消能測點布設(shè)位置以能觀察出水流平面圖和水躍剖面圖為標準。2）面流消能測點布設(shè)位置以能觀察出水舌流態(tài)剖面圖和水流平面圖以及面流 波衰減圖為標準。3）挑流消能測點布設(shè)位置以能觀察出水舌軌跡圖與水舌擴散平面圖及霧化范 圍和降水強度等值線圖為標準。觀察方法： 觀察方法有方格網(wǎng)發(fā)、水尺組法、經(jīng)緯儀交

23、會法、攝影法。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第50頁2.6.5 沖淤監(jiān)測監(jiān)測布置觀察斷面測點定位1）庫區(qū) ：通常在攔河壩前布設(shè)1個斷面，至入庫口均勻布置若干個，斷面普通與河道基本垂直。2）河床 ：水閘建筑物普通由上、下游護坦末端起分別向上、下游延伸相當于河道寬度23倍距離內(nèi)布置斷面，布設(shè)510個斷面為宜。1）纜索法：對于庫面較窄河床式水庫，流速在11.5m/s以內(nèi)時，可采取纜索法決定測深點位置，施測方便，結(jié)果可靠。2）當庫面寬度大于150200m,且流速大于1.5m/s時，可采取測角交會法決定測點位置。觀察設(shè)備： 觀察設(shè)備有探測桿、測深錘、測深鉛魚、回聲測深儀、水下探測儀 等。水工建筑物安全監(jiān)測與控

24、制第51頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第52頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第53頁監(jiān)測方法： 監(jiān)測方法見表2-11，可依據(jù)需要將其中兩種方法結(jié)合使用。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第54頁2.6.6 波浪監(jiān)測監(jiān)測目標：1）掌握庫區(qū)風聲波發(fā)展規(guī)律，制訂庫區(qū)護岸和土石壩護坡方案，防 止發(fā)生破壞。2）確定大壩安全超高及防浪墻合理高度，確定明渠、水道邊墻安全超 高及明渠隧洞洞頂余幅高度。3）了解尾水波對機組出力影響，以確保發(fā)電出力。4）測量波浪對閘門等輕型建筑物作用力，據(jù)已確定防護辦法。5）監(jiān)測下游河道波浪對岸邊沖擊。淘刷及對通航影響，提出消波和 防波工程辦法，尋求改進水工建筑物布置方案。6）依據(jù)監(jiān)測資料可建立風力

25、、吹程與波高關(guān)系，波高與爬波關(guān)系 波壓力與塊石護坡厚度關(guān)系等。監(jiān)測內(nèi)容：1）庫面波浪；2）輸水建筑物及電站下游波浪；3）明渠高速水流水面波浪；4）調(diào)壓井涌浪。監(jiān)測儀器: 監(jiān)測儀器有測波桿、測波器、遙測自記儀、攝影機、水尺等。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第55頁2.7自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化2.7.1自動化要求（1）實用性 要適應(yīng)施工期、蓄水期、運行期及已建成工程更新改造不一樣需要，便于維護和擴充，每次擴充不影響已建系統(tǒng)正常運行，并能針對工程實際情況兼容各類傳感器。 能在溫度-30+60、溫度95%以上及要求水壓條件下正常工作，能防雷和抗電磁干擾，系統(tǒng)中各測值宜變換為標準數(shù)字量輸出。操作簡單，安裝、埋

26、設(shè)方便，易于維護。（2）可靠性 確保系統(tǒng)長久穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，觀察數(shù)據(jù)含有可靠精度和準確度，能自檢自校及顯示故障診療結(jié)果并含有斷電保護功效。同時含有獨立于自動監(jiān)測儀器人工觀察接口。（3）先進性 自動化系統(tǒng)原理和性能應(yīng)具備先進性，依據(jù)需要和可能采取各種先進技術(shù)伎倆與元器件，使系統(tǒng)各項性能指標到達國內(nèi)外同類系統(tǒng)先進水平。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第56頁（4）、經(jīng)濟性系統(tǒng)中軟硬件要力爭價格低廉，經(jīng)濟合理，在一樣監(jiān)測功效下，性能價格比最優(yōu)，且有良好售后服務(wù)。除能在線及時測量和處理數(shù)據(jù)外，還應(yīng)含有離線輸入接口。2.7.2自動化監(jiān)測內(nèi)容（1）建筑物內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力、滲透力、溫度等自動化監(jiān)測。內(nèi)部觀察

27、儀器主要采取差動電阻式和鋼弦式兩個系列。主要品種有應(yīng)力計、應(yīng)變計、側(cè)縫計、鋼筋計、滲壓計和溫度計。 （2）建筑物外觀監(jiān)測，包含水平位移和垂直位移監(jiān)測兩部分。水平位移主要采取各種原理垂線坐標儀和引張線進行自動化監(jiān)測。垂直位移監(jiān)測自動化儀器有差動變壓器式靜力水準裝置和電容式靜力水準裝置。地基和邊坡變形監(jiān)測采取多點變位計和鉆孔傾斜儀等。（3）揚壓力和滲漏量監(jiān)測。揚壓力自動化監(jiān)測儀器主要有鋼弦式、差動電阻式、電阻應(yīng)變片、電感式和電阻式。監(jiān)測滲漏量儀器有管口滲漏量計及各種形式量水堰水位遙測儀。（4）環(huán)境變量自動監(jiān)測項目包含水位、水溫、氣溫和降雨，通常由水文氣象測報系統(tǒng)進行測量。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第

28、57頁2.7.3自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式自動化監(jiān)測系統(tǒng)按采集方式分為集中式、分布式和混合式三種結(jié)構(gòu)模式，見圖2-21圖2-23。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第58頁2.8 監(jiān)測工程施工組織設(shè)計 施工組織設(shè)計是安全監(jiān)測設(shè)計主要組成部分，是編制工程概預算和招標、投標文件主要依據(jù)，是工程施工指導性文件。它對于正確確定監(jiān)測系統(tǒng)布置、優(yōu)化設(shè)計方案、合理組織施工、確保工程質(zhì)量、防止與總體工程干擾、縮短工期、降低造價都有十分主要作用。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第59頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第60頁2.8.1 監(jiān)測工程施工組織設(shè)計要求監(jiān)測工程施工組織設(shè)計應(yīng)符合以下要求：（1）在設(shè)計中，必須依據(jù)特定水利工程項目標施工特點

29、，認真研究監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計布置和技術(shù)要求，并要符合現(xiàn)行施工組織設(shè)計規(guī)范和相關(guān)施工規(guī)程、規(guī)范，以確保工程質(zhì)量。（2）施工程序應(yīng)符合水利工程總進度計劃和施工程序要求，要有與其協(xié)調(diào)平衡辦法，防止干擾、沖突，確保早期監(jiān)測和施工期監(jiān)測取得準確初始狀態(tài)值和時間與空間上連續(xù)、全過程資料，并確保儀器安裝埋設(shè)質(zhì)量。（3）施工進度應(yīng)符合工程施工總進度要求。在滿足工程總體施工前提下，制訂各項工作方案，方案確實定要有比較，擇優(yōu)選擇。（4）設(shè)計中必須編制完整監(jiān)測工程施工技術(shù)規(guī)程，用以確保監(jiān)測工程施工嚴格遵照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，到達監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計標準和要求。（5）設(shè)計中應(yīng)考慮監(jiān)理常規(guī)要求，并將要求編入設(shè)計文件中，便于施工人員對此有

30、明確認識和遵照執(zhí)行。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第61頁2.8.2 施工組織設(shè)計步驟與內(nèi)容（1）調(diào)查分析研究工程特征和施工條件。掌握水利工程和安全監(jiān)測工程特征及施工組織設(shè)計基礎(chǔ)工作。（2）確定施工程序和施工方法。監(jiān)測工程施工程序和方法經(jīng)常受到相鄰工程和水利工程施工影響，因施工條件改變而改變。所以，施工程序和方法需要準備各種方案，以適應(yīng)這種多變施工條件。（3）編制進度計劃施工進度計劃需在編制施工組織和作業(yè)循環(huán)圖表、各種儀器設(shè)備安裝埋設(shè)設(shè)計基礎(chǔ)上進行編制，同時考慮工程總進度要求。（4）編制施工技術(shù)規(guī)程編制技術(shù)規(guī)程應(yīng)包含土建施工規(guī)程、儀器設(shè)備組裝檢驗率定規(guī)程、儀器設(shè)備安裝埋設(shè)規(guī)程和觀察與資料整理分析規(guī)程

31、。另外，在技術(shù)規(guī)程中，對監(jiān)測工程施工有影響施工條件提出有限定要求文件。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第62頁2.9 監(jiān)測設(shè)計工程實例 本節(jié)選擇幾個有代表性工程實例。分別從監(jiān)測設(shè)計、施工、資料分析。工程安全評價等方面進行介紹。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第63頁水工建筑物安全監(jiān)測與控制第64頁大壩名稱壩高(m)壩型庫容(億m3)初蓄日期調(diào)整性能級別三板溪大壩185.5堆石壩40.941月多年調(diào)整1級掛治大壩44混凝土重力壩0.58596月日調(diào)整3級洪江大壩56.9混凝土重力壩3.211月周調(diào)整2級碗米坡大壩66.5混凝土重力壩3.7811月不完全季調(diào)整2級五強溪大壩85.83混凝土重力壩43.51994年

32、11月季調(diào)整1級凌津灘大壩52.05混凝土重力壩6.341998年12月為五強溪反調(diào)整2級 大壩基本情況（1）水工建筑物安全監(jiān)測與控制第65頁 大壩基本情況（2）大壩名稱壩高(m)壩型庫容(億m3)初蓄日期調(diào)整性能級別馬跡塘大壩26.8混凝土重力壩1.031983年1月日調(diào)整3級東坪大壩19混凝土重力壩0.1953月日調(diào)整4級株溪口大壩27.5混凝土重力壩0.53月日調(diào)整4級近尾洲大壩24左岸混凝土重力壩右岸土壩4.612月日調(diào)整3級黑麋峰大壩上庫64.5下庫79.5上庫副壩1混凝土重力壩，其余為面板堆石壩上庫0.0858月日調(diào)整1級水工建筑物安全監(jiān)測與控制第66頁原始數(shù)據(jù)可靠性檢驗可靠性檢驗

33、主要內(nèi)容是采取邏輯分析方法進行以下檢驗:（1）作業(yè)方法是否符合要求（2）觀察儀器性能是否穩(wěn)定（3）各項測量數(shù)據(jù)物理意義是否合理，是否超出儀器量程和材料物理限值，檢驗結(jié)果是否在限差以內(nèi)。（4）監(jiān)測數(shù)據(jù)是否符合連續(xù)性、一致性、相關(guān)性等標準。連續(xù)性水工建筑物安全監(jiān)測與控制第67頁一致性水工建筑物安全監(jiān)測與控制第68頁相關(guān)性：（1）同類監(jiān)測量比較（2）相關(guān)監(jiān)測量比較水工建筑物安全監(jiān)測與控制第69頁數(shù)據(jù)表格樣例（1）水工建筑物安全監(jiān)測與控制第70頁數(shù)據(jù)表格樣例（2）水工建筑物安全監(jiān)測與控制第71頁資料分析方法(1)資料分析方法普通采取比較法、作圖法、特征值統(tǒng)計法和數(shù)學模型法等。（1）比較法：a）比較各次

34、巡視檢驗資料，定性考查水工建筑物外觀異常現(xiàn)象部位、改變規(guī)律和發(fā)展趨勢。b)比較同類效應(yīng)量觀察值改變規(guī)律或發(fā)展趨勢，是否含有一致性和合理性。c)將監(jiān)測結(jié)果與理論計算或模型試驗結(jié)果相比較，觀察其規(guī)律和趨勢是否含有一致性、合理性；并與工程一些技術(shù)警戒值（大壩在一定工作條件下變形量、抗滑穩(wěn)定系數(shù)、滲透壓力、滲流量等方面設(shè)計或試驗允許值，或經(jīng)歷史資料分析得出推薦監(jiān)控值）相比較，以判斷工程工作狀態(tài)是否異常。 水工建筑物安全監(jiān)測與控制第72頁資料分析方法(2) （2） 作圖法： a) 經(jīng)過繪制各監(jiān)測物理量過程線及特征原因量（如庫水位等）下效應(yīng)量（如變形量、滲流量等）過程線圖，考查效應(yīng)量隨時間改變規(guī)律和趨勢。

35、b) 經(jīng)過繪制各效應(yīng)量平面和剖面分布圖，以考查效應(yīng)量隨空間分布情況和特點（必要時可加繪相關(guān)物理量，如蓄水過程等）。c) 經(jīng)過繪制各效應(yīng)量與原因量相關(guān)圖，以考查效應(yīng)量主要影響原因及其相關(guān)程度和改變規(guī)律。 水工建筑物安全監(jiān)測與控制第73頁資料分析方法(3) （3）特征值統(tǒng)計法：對各監(jiān)測物理量歷年最大和最小值（含出現(xiàn)時間）、變幅、周期、年平均值及年改變率等進行統(tǒng)計、分析，以考查各監(jiān)測量之間在數(shù)量改變方面是否含有一致性、合理性，以及他們重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等。 水工建筑物安全監(jiān)測與控制第74頁資料分析內(nèi)容 如監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)以下情況之一，可視為異常：（1）改變趨勢突然加劇或變緩，或發(fā)生逆轉(zhuǎn)，如從正向增加變?yōu)樨撓?/p>

36、增加，而從已知原因量改變不能作出解釋。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第75頁 （2）出現(xiàn)與已知原因量無關(guān)改變速率。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第76頁 （3）出現(xiàn)超出歷史極值（最大值、最小值）、設(shè)計計算值、安全監(jiān)控限值或數(shù)學模型預報值。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第77頁 當水工建筑物運行到一定年限后，為了確保建筑物正常運行，需要對水工建筑物進行定時安全檢驗，并對其進行安全判定或安全評定。電力系統(tǒng)大壩安全監(jiān)察中心要求水電站大壩每5年進行一次定時安全檢驗與判定。水利部1998年公布水閘安全判定要求中要求，水閘投入利用后每隔15-應(yīng)進行一次全方面安全檢驗與判定。水工建筑物安全監(jiān)測與控制第78頁 水工混凝土建筑物

37、安全評定最主要內(nèi)容之一是依據(jù)檢測情況，對混凝土建筑物進行必要復核計算，復核計算內(nèi)容包含：1.建筑物因規(guī)劃數(shù)據(jù)改變而影響安全運行，應(yīng)區(qū)分不一樣情況進行建筑物整體穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)強度等復核計算；2.建筑物因荷載標準提升而影響工程安全，應(yīng)復核其結(jié)構(gòu)強度和變形；3.混凝土結(jié)構(gòu)需要限制裂縫寬度結(jié)構(gòu)構(gòu)件，出現(xiàn)超出允許值裂縫，應(yīng)復核其結(jié)構(gòu)強度和裂縫寬度；水工建筑物安全監(jiān)測與控制第79頁4.需要控制變形值結(jié)構(gòu)構(gòu)件，出現(xiàn)超出允許值變形，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)強度和變形驗算；5.對主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生銹脹裂縫或表面剝蝕、磨損而造成鋼筋保護層破壞和鋼筋銹蝕，應(yīng)按實際截面進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度復核；6.地震設(shè)防區(qū)建筑物，原設(shè)計未考慮抗震設(shè)防或設(shè)