水工建筑物管理資料

水工建筑物管理資料第一頁(yè)，共36頁(yè)。第十一章水工建筑物管理10.1概述10.2大壩安全10.3水工建筑物監(jiān)測(cè)10.5水工建筑物維修本章的主要內(nèi)容：10.4大壩安全評(píng)價(jià)與監(jiān)控第二頁(yè)，共36頁(yè)。10.1概述

1991年國(guó)務(wù)院頒布《水庫(kù)大壩安全管理?xiàng)l例》規(guī)定，“必須按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和檢查”，并指出，“大壩包括永久性擋水建筑物以及與其配合運(yùn)用的泄洪、輸水和過(guò)船建筑物等”。這里的“大壩”，實(shí)際上是指包括大壩在內(nèi)的各種水工建筑物。在國(guó)際上“大壩”一詞，有時(shí)也具有“水庫(kù)”、“水利樞紐”、“攔河壩”等綜合性含義。主要工作：

第三頁(yè)，共36頁(yè)。

（1）檢查與觀測(cè)

通過(guò)觀察和測(cè)驗(yàn)，掌握其變化規(guī)律，為有效管理提供科學(xué)依據(jù)；及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常跡象，采取正確措施，防止事故發(fā)生，保證安全運(yùn)用；通過(guò)原型觀測(cè)，對(duì)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；根據(jù)水質(zhì)變化做出動(dòng)態(tài)水質(zhì)預(yù)報(bào)。檢查觀測(cè)：觀察、變形、滲流、應(yīng)力、溫度、水流、冰情、泥沙、岸坡崩塌、庫(kù)區(qū)浸沒(méi)觀測(cè)、抗震監(jiān)測(cè)、隱患探測(cè)、河流觀測(cè)以及觀測(cè)資料的整編及分析。第四頁(yè)，共36頁(yè)。

（2）養(yǎng)護(hù)修理

對(duì)水工建筑物、機(jī)電設(shè)備、管理設(shè)施以及其他附屬工程等進(jìn)行經(jīng)常性養(yǎng)護(hù)，并定期檢修，以保持工程完整，設(shè)備完好。養(yǎng)護(hù)修理為：經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修、歲修和搶修。（3）調(diào)度運(yùn)用制訂調(diào)度運(yùn)用方案，合理安排除害與興利的關(guān)系，綜合利用水資源，充分發(fā)揮工程效益，確保工程安全。第五頁(yè)，共36頁(yè)。

（4）管理自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用

主要有：大壩安全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，調(diào)度通信和警報(bào)系統(tǒng)，供水調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。（5）科研

保障安全、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、延長(zhǎng)使用年限、降低運(yùn)行費(fèi)及在采用新技術(shù)、新材料、新工藝等方面進(jìn)行試驗(yàn)研究。（6）積累、分析、應(yīng)用技術(shù)資料，建立技術(shù)檔案

依據(jù)：《中華人民共和國(guó)水法》，國(guó)務(wù)院關(guān)于大壩安全管理?xiàng)l例、規(guī)范。第六頁(yè)，共36頁(yè)。10.2大壩安全

●自49年以來(lái)，已建成壩84837座（1997年）。1980年全國(guó)普查，年平均垮壩率為0.17％，近期世界大壩為0.2％～0.4％?！駠?guó)際大壩委員會(huì)（ICOLD）的統(tǒng)計(jì)，1950年前失事率為2.2％，1951～1986為0.5％，1986年前的總失事率為1.2％。美國(guó)在20世紀(jì)70年代，垮壩數(shù)量也很驚人，經(jīng)過(guò)采取措施，到1980年垮壩率已降到0.2％。我國(guó)近幾年垮壩率也在降低。第七頁(yè)，共36頁(yè)。

●大壩失事和發(fā)生事故的主要原因有：（1）設(shè)計(jì)：理論和方法還不夠完善，設(shè)計(jì)假定和計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況還難以吻合。（2）施工：可能出現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符的情況及質(zhì)量問(wèn)題，留下隱患與缺陷。（3）環(huán)境因素及壩體、壩基自身?xiàng)l件在運(yùn)用中可能發(fā)生的不利變化，建筑物材料老化（開裂、沖蝕、腐蝕、風(fēng)化等）。（4）自然災(zāi)害：大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪崩、上游垮壩等。第八頁(yè)，共36頁(yè)。

●壩齡：大壩在建成后的初期和老齡化后，最容易出現(xiàn)問(wèn)題。根據(jù)對(duì)世界大壩的統(tǒng)計(jì)資料，在蓄水后幾年內(nèi)發(fā)生失事的大壩幾乎占總失事大壩數(shù)的60%。前蘇聯(lián)有人研究認(rèn)為約占66％。國(guó)際水利學(xué)研究協(xié)會(huì)（IAHR）主席在1983年統(tǒng)計(jì)的14700座大壩中，有1105座失事破壞，其中，蓄水前5年內(nèi)失事與5年后失事之比為1.27：1。在我國(guó)的垮壩統(tǒng)計(jì)中也有類似的結(jié)論。第九頁(yè)，共36頁(yè)。

●大壩的壽命曲線可分為初期運(yùn)行、正常運(yùn)行和老化期三個(gè)階段（圖12–l）。P512由于材料老化，混凝土受寒暑交替、氣候變化影響，地下水浸蝕，泥沙等作用，其強(qiáng)度和穩(wěn)定將會(huì)逐漸降低，同時(shí)附屬設(shè)施等也會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這就需要及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)、修繕和更新，以免大壩出現(xiàn)失事的嚴(yán)重后果（圖12–2）。大壩工作狀況惡化問(wèn)題在國(guó)際上也日益突出，已引起許多國(guó)家重視。第九屆國(guó)際大壩會(huì)議（1967年）專門討論了堤壩老化課題，1973年成立了大壩醫(yī)學(xué)委員會(huì)，研究堤壩監(jiān)測(cè)和報(bào)警，總結(jié)堤壩事故后果及教訓(xùn)。以后又改名為壩和水庫(kù)惡化研究會(huì)。第十頁(yè)，共36頁(yè)。一、現(xiàn)場(chǎng)檢查

■經(jīng)常檢查：一種經(jīng)常性、巡回性的制度式檢查，一般一個(gè)月l～2次；

■特別檢查：指發(fā)現(xiàn)建筑物有破壞、故障、對(duì)安全有疑慮時(shí)組織的專門性檢查。10.3水工建筑物監(jiān)測(cè)

■定期檢查：需要一定的組織形式，進(jìn)行較全面的檢查，如每年大汛前后的檢查；第十一頁(yè)，共36頁(yè)。二、儀器監(jiān)測(cè)（一）變形觀測(cè)1．水平位移觀測(cè)

正垂線法：上端固定在壩頂附近，下端用重錘張緊鋼絲，可測(cè)各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移。倒垂線法：將不銹鋼絲錨固在壩體基巖深處，頂端自由，借液體對(duì)浮子的浮力將鋼絲拉緊，可測(cè)各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)位移。（1）垂線法

視準(zhǔn)線法是在兩岸穩(wěn)固岸坡上便于觀測(cè)處設(shè)置工作基點(diǎn)，在壩頂和壩坡上布置測(cè)點(diǎn)，利用工作基點(diǎn)間的視準(zhǔn)線來(lái)測(cè)量壩體表面各測(cè)點(diǎn)的水平位移。（2）視準(zhǔn)線法第十二頁(yè)，共36頁(yè)。

引張線法是在壩內(nèi)不同高程的廊道內(nèi)，通過(guò)設(shè)在壩體外兩岸穩(wěn)固巖體上的工作基點(diǎn)，將不銹鋼絲拉緊，以其作為基準(zhǔn)線來(lái)測(cè)量各點(diǎn)的水平位移。（3）引張線法

激光準(zhǔn)直法分為大氣激光準(zhǔn)直法和真空激光準(zhǔn)直法。前者又可分為激光經(jīng)緯儀法和波帶板法兩種。（4）激光準(zhǔn)直法三角網(wǎng)法是利用兩個(gè)或三個(gè)已知坐標(biāo)的點(diǎn)作為工作基點(diǎn)，通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)交會(huì)算出其坐標(biāo)變化，從而確定其位移值（見圖12–2）。P514（5）三角網(wǎng)法第十三頁(yè)，共36頁(yè)。2．鉛直位移（沉降）觀測(cè)

對(duì)混凝土壩壩內(nèi)的鉛直位移，除精密視準(zhǔn)法外，還可用精密連通管法量測(cè)。

土石壩的固結(jié)觀測(cè)，實(shí)質(zhì)上也是一種鉛直位移觀測(cè)。它是在壩體有代表性的斷面（觀測(cè)斷面）內(nèi)埋設(shè)橫梁式固結(jié)管、深式標(biāo)點(diǎn)組、電磁式沉降計(jì)或水管式沉降計(jì)，通過(guò)逐層測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程變化計(jì)算固結(jié)量。土石壩的孔隙水壓力觀測(cè)應(yīng)與固結(jié)觀測(cè)配合布置，用于了解壩體的固結(jié)程度和孔隙水壓力的分布及消散情況，以便合理安排施工進(jìn)度，核算壩坡的穩(wěn)定性。第十四頁(yè)，共36頁(yè)。（二）接縫、裂縫觀測(cè)

觀測(cè)方法是在測(cè)點(diǎn)處埋設(shè)金屬標(biāo)點(diǎn)或用測(cè)縫計(jì)進(jìn)行。需要觀測(cè)空間變化時(shí)，亦可埋設(shè)“三向標(biāo)點(diǎn)”，如圖12–4所示。由于非正常情況所產(chǎn)生的裂縫，其分布、長(zhǎng)度、寬度、深度的測(cè)量可根據(jù)不同情況采用測(cè)縫計(jì)、設(shè)標(biāo)點(diǎn)、千分表、探傷儀以至坑探、槽探或鉆孔等方法。當(dāng)土石壩的裂縫寬度大于5mm，或雖不足5mm，但較長(zhǎng)、較深或穿過(guò)壩軸線的，以及弧形裂縫、垂直裂縫等都須進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)次數(shù)視裂縫發(fā)展情況而定。第十五頁(yè)，共36頁(yè)。（三）應(yīng)力、應(yīng)變和溫度觀測(cè)

1．應(yīng)力、應(yīng)變觀測(cè)

在混凝土建筑物內(nèi)設(shè)置。

我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明：應(yīng)力、應(yīng)變觀測(cè)比位移觀測(cè)更易于發(fā)現(xiàn)大壩異常的先兆。

●重力壩：常選擇一個(gè)溢流壩段和一個(gè)非溢流壩段，對(duì)重要工程和地質(zhì)條件復(fù)雜的工程還應(yīng)增加觀測(cè)壩段。

●拱壩：一般選擇拱冠處的懸臂梁和拱座斷面。

●土石壩：常選擇1~2個(gè)橫斷面作為觀測(cè)斷面，在每個(gè)觀測(cè)斷面的不同高程上布置2~3排測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分布在不同填筑材料區(qū)。所用儀器為土壓計(jì)。第十六頁(yè)，共36頁(yè)。2．溫度觀測(cè)

溫度觀測(cè)：壩體內(nèi)部溫度、邊界溫度和基巖溫度觀測(cè)。

●在水閘的邊墩、翼墻、底板等土與混凝土建筑物接觸處，也常需量測(cè)土壓力。

●混凝土面板壩的面板應(yīng)力觀測(cè)，一般選擇居于河床中部、1/4處及靠岸坡等有代表性的面板，其中應(yīng)包含長(zhǎng)度最大的面板。第十七頁(yè)，共36頁(yè)。（四）滲流觀測(cè)1．土石壩的滲流觀測(cè)據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)，因滲流引起大壩出現(xiàn)事故或失事的約占40％。

（1）浸潤(rùn)線觀測(cè)。實(shí)際上就是用測(cè)壓管觀測(cè)壩體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的滲流水位。（2）滲流量觀測(cè)。將滲水集中到排水溝中采用容積法、量水堰或測(cè)流速方法進(jìn)行測(cè)量。常用量水堰法。（3）壩基、土石壩兩岸或連接混凝土建筑物的土石壩壩體的繞流觀測(cè)方法與以上所述基本相同。（4）滲水透明度觀測(cè)。為了判斷排水設(shè)施的工作情況，檢驗(yàn)有無(wú)發(fā)生管涌的征兆，對(duì)滲水應(yīng)進(jìn)行透明度觀測(cè)。（5）壩體孔隙水壓力觀測(cè)。第十八頁(yè)，共36頁(yè)。2．混凝土建筑物的滲流觀測(cè)

●壩基揚(yáng)壓力觀測(cè)多用測(cè)壓管，也可采用差動(dòng)電阻式滲壓計(jì)?！駶B流量和繞壩滲流的觀測(cè)方法與土壩相同。第十九頁(yè)，共36頁(yè)。（五）水流觀測(cè)

水位、流速、流向、流量、流態(tài)、水躍和水面線等，一般用水文測(cè)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)量，輔以攝影、目測(cè)、描繪和描述，參見《測(cè)流規(guī)范》。對(duì)于由高速水流所引起的水工建筑物振動(dòng)、空蝕、進(jìn)氣量、過(guò)水面壓力分布等項(xiàng)目的觀測(cè)部位、觀測(cè)方法、觀測(cè)設(shè)備等，參見《高速水流原型觀測(cè)手冊(cè)》。三、觀測(cè)布置實(shí)例

【日】喜撰山壩，是一座抽水蓄能電站上池心墻土石壩，最大壩高H=91m。由于壩較高，庫(kù)水位變化急劇、頻繁，所以布置了很多觀測(cè)設(shè)備。第二十頁(yè)，共36頁(yè)。一、大壩定期檢查內(nèi)容1.現(xiàn)場(chǎng)檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查包括對(duì)壩體、壩基、壩肩以及對(duì)大壩安全有重大影響的近壩岸坡和其他與大壩安全有直接聯(lián)系的建筑物等進(jìn)行巡視檢查。對(duì)混凝土壩、土石壩、泄洪建筑物和近壩庫(kù)區(qū)檢查的部位和重點(diǎn)各不相同。10.4大壩安全評(píng)價(jià)與監(jiān)控

根據(jù)《水電站大壩安全管理辦法》要對(duì)大壩定期檢查，主要是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和對(duì)大壩設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行進(jìn)行復(fù)查、評(píng)價(jià)，評(píng)估大壩所處的工作狀態(tài)類型（正常狀態(tài)、異常狀態(tài)及險(xiǎn)情狀態(tài)），據(jù)此向主管單位提交大壩安全鑒定報(bào)告。第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。2.對(duì)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行的復(fù)查與評(píng)價(jià)

①?gòu)?fù)查勘測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與資料；②復(fù)查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水力設(shè)計(jì)、壩基處理設(shè)計(jì)等，考查其是否符合新近的設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)及客觀條件的情況；③復(fù)查運(yùn)行設(shè)計(jì)的安全可靠性及非常情況大壩安全設(shè)計(jì)，包括放空水庫(kù)設(shè)計(jì)、泄洪能力數(shù)據(jù)等；④復(fù)查大壩維修和改建設(shè)計(jì)，分析其對(duì)大壩安全的作用。⑴設(shè)計(jì)復(fù)查內(nèi)容第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。

①?gòu)?fù)查地基處理、壩體修筑、隱藏工程的施工資料；②復(fù)查由施工質(zhì)量問(wèn)題所造成的大壩弱點(diǎn)及隱患，評(píng)價(jià)它們對(duì)大壩安全的影響。⑵施工復(fù)查內(nèi)容

①?gòu)?fù)查水庫(kù)第一次蓄水的原始記錄和分析成果；②復(fù)查運(yùn)行期的觀測(cè)資料和分析成果，了解大壩維修和改善的歷史過(guò)程和現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)大壩的實(shí)際工作性態(tài)。⑶運(yùn)行復(fù)查內(nèi)容：第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。二、評(píng)價(jià)方法

目前常用的是綜合評(píng)價(jià)安全系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)分析等方法。國(guó)際大壩委員會(huì)曾建議一個(gè)危險(xiǎn)狀況評(píng)價(jià)表（表12–2）。第二十四頁(yè)，共36頁(yè)。三、監(jiān)控方法

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理得到大壩性態(tài)（如滲水量、位移、應(yīng)力）的實(shí)測(cè)值E0，以其與監(jiān)控模型求得的預(yù)測(cè)值Ec進(jìn)行比較（圖12–6），若E0-EC＝R小于容許值t，屬正常，否則，屬：①大壩性態(tài)異常；②荷載或結(jié)構(gòu)條件變化；③觀測(cè)系統(tǒng)不正常，此刻都需要采取措施或找出原因。這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要建立一整套觀測(cè)與分析系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠在微機(jī)輔助下，實(shí)現(xiàn)大壩觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理、分析與計(jì)算，能對(duì)大壩性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級(jí)報(bào)警的觀測(cè)。這種自動(dòng)化的觀測(cè)系統(tǒng)是保證大壩安全的重要手段，與人工觀測(cè)系統(tǒng)相比，具有：①快速、及時(shí)、多樣、反復(fù)比較；②可靠性大；③費(fèi)用低等特點(diǎn)。典型的監(jiān)控系統(tǒng)（拱壩）如圖12–7所示。第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。圖12–6大壩安全監(jiān)控框圖第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。四、監(jiān)控模型1.數(shù)學(xué)模型

根據(jù)正常運(yùn)行狀態(tài)下某一效應(yīng)量（如位移）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析建立起來(lái)的效應(yīng)量與原因量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。只要原因量（如水位、溫度）在運(yùn)行變化范圍內(nèi)，則可預(yù)測(cè)今后相應(yīng)關(guān)系的效應(yīng)量。回歸分析是建立統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一種主要方法。統(tǒng)計(jì)模型建立后，將模型取得的解析值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，即可獲得大壩工作性態(tài)的有效信息（圖12–8）。圖中t為時(shí)間，Q為滲流量，T為溫度，H為水位，R為雨量，δ為位移，σ為應(yīng)力。⑴統(tǒng)計(jì)模型第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。

是以水工設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，依據(jù)大壩的環(huán)境條件、受荷狀況、結(jié)構(gòu)特性、建筑物及壩基材料的物理力學(xué)參數(shù)演繹計(jì)算，并結(jié)合實(shí)測(cè)值的信息反饋，對(duì)計(jì)算假定和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后建立起來(lái)的原因量與效應(yīng)量之間的因果關(guān)系式。它代表大壩及壩基在正常運(yùn)行狀態(tài)下效應(yīng)量的變化規(guī)律。使用這一模型可以預(yù)測(cè)以后某一時(shí)刻在某一環(huán)境和荷載條件（如水位、溫度）下的某一效應(yīng)量（如位移）。當(dāng)在同種條件下某一效應(yīng)量的實(shí)測(cè)值與模型預(yù)報(bào)值之差，處于容許的范圍之內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為該部位處于正常狀態(tài)，否則為不正常。一般可按三維有限元法分析計(jì)算，其工作流程如圖12–9所示。⑵確定性模型第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。

如：溫度分量用統(tǒng)計(jì)模型，水位分量用確定性模型建立起來(lái)的一種數(shù)學(xué)模型。⑶混合模型2.數(shù)據(jù)庫(kù)

例，一座混凝土壩的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，需要有一個(gè)儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)(壩體變形、溫度、接縫、基巖變形、應(yīng)力及應(yīng)變、揚(yáng)壓力等分庫(kù))和工程情況庫(kù)(上、下水位、氣溫及水溫、閘門、發(fā)電鋼管等分庫(kù))。應(yīng)用軟件能夠?qū)Υ髩斡^測(cè)數(shù)據(jù)的各類數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行管理。第三十頁(yè)，共36頁(yè)。一、水工建筑物的養(yǎng)護(hù)養(yǎng)重于修，修重于搶。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。（1）土石壩

壩頂、壩坡應(yīng)保持整齊清潔，填塞壩面的裂縫、洞穴和局部下陷處，防止排水設(shè)施淤塞，及時(shí)修復(fù)因波浪而掀起的塊石護(hù)坡等。10.4水工建筑物維修（2）混凝土及鋼筋混凝土建筑物

填塞混凝土裂縫，處理疏松或遭侵蝕的混凝土，隨時(shí)填滿分縫止水瀝青井中的瀝青，放水前清除消力池中的雜物，保持排水系統(tǒng)通暢等。第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。

（3）鋼結(jié)構(gòu)

定期除銹、涂油漆，檢查鉚釘、螺栓是否松動(dòng)，焊縫附近是否變形。閘門應(yīng)定期啟動(dòng)，以防止泥沙淤積，橡皮止水如有硬化應(yīng)及時(shí)更換。

（4）木結(jié)構(gòu)

應(yīng)盡量保持干燥，定期涂油漆或?yàn)r青進(jìn)行防腐處理，對(duì)個(gè)別損壞構(gòu)件應(yīng)及時(shí)更換等。

（5）啟閉機(jī)械和動(dòng)力設(shè)備的維護(hù)

應(yīng)有防塵、防潮設(shè)施，經(jīng)