浅析水电站大坝安全监测的项目和方法

浅析水电站大坝安全监测的项目和方法

李守军

李守军宁夏沙坡头水利枢纽有限责任公司宁夏中卫755000

摘要：水电站大坝安全监测对于水电站大坝的设计、改进及性能评价有着重大作用。同时，水电站大坝安全监测系统能够提供溃坝通知预警，对于保护人民的生命财产安全具有重大意义。因此，本文就此为切入点，首先概述了水电站大坝安全监测的分类，其次探讨了水电站大坝安全监测的主要项目，最后针对某水电站大坝的工程实例对其安全监测的方法进行了分析探讨，以供参考。

关键词：水电站大坝；安全监测；监测方法

引言随着水电建设规模的不断扩大及人们对水电站大坝安全越来越重视，安全监测仪器施工的规模越来越大，施工队伍的数量也与日俱增，加上交通、建筑、岩土专业的监测队伍不断渗透，推动着水电站大坝安全监测施工技术的不断发展。

一、水电站大坝安全监测的分类1、仪器监测仪器监测是选择有代表性的部位或断面，按需要使用或安装、埋设仪器设备，对某些物理量进行系统的观测，取得反映建筑物性状变化的实测数据。仪器监测的项目主要有“变形监测”、“渗流监测”、“应力、应变及温度监测”和“环境量监测”。随着监测范围的扩展，诸如水力学监测、地震监测、动力监测等一些新兴监测项目不断涌现。

2、巡视检查监测技术人员通过目视或借助一些专用设备（如在某些部位安装摄像头，辅设人工巡视专用栈道等）对建筑物现场包括坝体、坡脚、坝肩、廊道、排水设施、机电设备、船闸、航道、高陡边坡等部位进行查看、比较、分析，进而发现建筑物在施工、挡水、运行中可能危及工程安全的异常现象。它弥补了监测仪器仅埋设在指定部位的不足。而且能直观地发现某些监测仪器不易监测到的非正常现象．提供有关建筑物安全等一些重要信息，是监测系统的组成部分。巡视检查和仪器监测是不可分割的。巡视检查也要尽可能利用当今的先进仪器和技术对水电站大坝特别是隐患进行检查，以早发现早处理。在水电站大坝监测中多数采用两种监测手段结合起来的方法。

二、水电站大坝安全监测的主要项目水电站大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资及失事后果等进行确定,根据具体情况由坝体、坝基推广到库区及梯级水库水电站大坝。水电站大坝安全监测的时间应从设计时开始直至运行管理。水电站大坝安全监测的内容不仅是坝体结构及地质状况,还应包括辅助机电设备及泄洪消能建筑物等。根据水电站大坝安全监测的目的，监测的主要项目有：变形、渗流、压力、应力应变、水力学及环境量等。其中变形和渗流监测是最为重要的监测项目，因为这些监测量直观可靠，可基本反映在各种荷载作用下的水电站大坝安全性态。对水电站大坝的内部性态进行监测也是比较重要的，其监测成果可以用来反馈和检验设计、施工质量。

1、变形监测大坝在自重、水压力、扬压力、泥沙淤积压力及温度等荷载作用下，会产生变形，变形监测是了解大坝工作性态的重要内容，主要包括表面变形、内部变形、挠度、倾斜、裂缝和接缝，以及岸坡位移等。

变形监测是通过人工或仪器手段观测大坝整体或局部的变形量，可以通过变形监测量掌握大坝在自重、水压力、扬压力及温度等环境量的作用下的变形规律，了解大坝在施工和运行期间是否稳定安全，研究有无裂缝、滑坡、滑动、和倾覆等趋势。

2、渗流监测渗流监测是指对在上下游水位差作用下产生的渗流场的监测，主要包括渗流压力、渗流量及其水质的观测。渗流观测主要包括坝体渗流、坝基渗流、绕坝渗流和渗流量。

渗流监测是通过人工或仪器的手段观测大坝整体或局部的渗流场变化情况，可以通过渗流监测掌握大坝在水压力、扬压力及温度等环境量的作用下的渗流规律，了解大坝在施工和运行期间是否稳定安全，以便采取正确的运行方式或进行必要的处理和加固。

3、压力（应力）、应变及温度监测压力监测主要包括对孔隙水压力、扬压力、土压力和接触土压力等进行的观测。应力应变及温度监测项目主要包括混凝土应力、应变、锚杆应力、钢筋应力、钢板应力、基岩应变及温度场等监测土石坝的压力（应力）监测主要包括孔隙水压力、土压力（应力）、接触土压力以及混凝土面板应力等；混凝土坝的应力监测主要包括坝体（坝基）应力、应变、锚杆应力、钢筋应力、钢板应力及温度等。

4、水力学监测水力学监测主要是输、泄水建筑物的监测项目。当输、泄水建筑物进出口水位差超过80～100m时，应进行水力学监测。水利工程输、泄水建筑物的水力学检测项目主要包括水压力、水流流态、水面线、泄流量、流速、空蚀及消能观测。

5、环境量监测为了解水库大坝上、下游水位、降雨量、温度等环境量的变化，对坝体变形、应力、渗流等情况的影响，提供环境量资料，应进行水库大坝的环境量监测。

环境量监测主要包括大坝上下游水位、降雨量、气温、水温、波浪、坝前淤积和冰冻等。

三、水电站大坝安全监测的方法实例分析1、工程概况本文以位于宁夏中卫市的黄河沙坡头水电站为实例，对大坝安全监测方法和意义相关问题进行研究。该水电站是以灌溉、发电为主，兼有生态用水的骨干水利工程，水库正常蓄水位1240.50m，总库容0.26亿m3，总装机容量120.3MW，设计灌溉面积87.7万亩，属二等大（2）型工程。

2、监测系统设计2.1变形监测①坝顶水平位移及垂直位移观测。坝顶上游水平及垂直位移均采用ZJG型真空管道激光准直系统进行观测，坝顶下游采用采用几何水准测量进行垂直位移监测。

②坝基变形。为了解坝基的垂直位移，基础灌浆廊道内布置了RJ型液体静力水准仪观测坝基垂直位移。

③坝基基岩变形。考虑到坝体座落在软岩层上，岩石基础存在力学强度低，水效应显著等特性，在坝基埋设有多点位移计和基岩变形计，以测量基岩不同深度的沉降变形。

④坝肩变形。由布置在主坝段左、右坝肩的倒垂坐标仪来观测坝肩上下游及左右岸方向位移变化。主坝段左、右坝肩的双金属管标来观测两坝肩的沉降变化。

⑤接缝和裂缝。坝体横缝开合度监测，坝基接缝监测。

2.2渗流监测渗流监测包括坝体渗透压力监测、坝基扬压力监测、坝基渗流量监测、绕坝渗流和水质分析等。

①坝基扬压力。主要监测坝基纵向扬压力和坝基横向扬压力。

②坝体渗透压力。为监测土石副坝的渗透压力，选择分别在副坝最大坝高处、副坝与导流明渠左边坡结合处布置两个观测断面，观测坝体的渗流情况。

③渗流量。坝体坝基渗水通过布置的直角三角堰，用YL型电容式遥测水位计测量坝基排水孔的渗流量。同时，人工逐孔观测各排水孔的排水量与之进行比测。

④绕坝渗流。在主坝左岸、右岸侧布置观测孔观测绕坝渗流情况。

同时在副坝左岸埋设测压管观测副坝左岸的绕渗情况。

⑤水质监测、分析。对具有代表性的渗漏部位分别定点、定期取样进行矿化度、PH值、硫酸根离子含量等项目监测、分析。

2.3坝体应力、应变及温度观测主要有钢筋应力、混凝土应力、应变、坝前泥沙沉积压力以及基岩温度监测。

2.4环境量观测主要包括水库大坝上、下游水位、降雨量、气温等，另外在隔墩坝段迎水面沿高程布置水温计，用来监测库区水温沿深度的分布规律。

2.5监测设备运行状况经过对监测资料的初步分析，认为监测目的明确，选择的监测项目合理、实用，监测布置重点突出，兼顾全局，能够全面系统反映坝体运行的状态；安全监测系统的运行基本正常，仪器坏损率相对较少；实测数据资料比较完整，规律性较强，说明施工安装质量较好，大部分观测项目资料精度较高。