水工建筑物安全监测技术

水工建筑物安全监控理论及其应用－安全监测技术与方法郑东健一水工建筑物安全监控的发展和教训1830～1838年，法国，格罗斯博斯坝根据观测指导施工1891年，德国埃施巴赫混凝土重力坝开始变形观测1903年，美国对布恩顿重力坝进行温度观测1908～1909，澳大利亚在拱坝进行变形观测1919～1920，瑞士布置了世界上第一座永久观测仪器的拱坝20世纪50年代，中国开始研制大应变计（差阻式－卡尔逊仪器），70年代，垂线、引张线，激光照准现在：GPS、光纤、激光三维、声发射1.工程安全信息采集系统2.工程安全信息分析评价系统变形监测渗流监测应力监测水文及水力学监测地震监测信息管理系统分析评价系统决策支持系统专家系统二安全监测系统组成（一）信息采集系统1.确定性（量化）信息（1）变形监测水平位移垂直位移挠度倾斜接缝及裂缝扬压力渗流压力孔隙压力绕坝渗流地下水位渗流量水质监测（2）渗流监测2.不确定性（模糊）信息原因量（荷载、环境）变形渗流应力水文及水力学地震常规监测爆破松动塑性变形锚杆灌浆饱合度（砂浆粘结锚杆）岩土体及材料物理力学特性岩体声发射、电阻率、声速有害气体和放射性岩体松动范围水文及水力学监测流速动水压力空化掺气雾化冲刷调压井水位专项监测地震监测位移速度加速度动空隙水压力动应变、应力动水压力地壳变形专项监测（二）定量信息的监测方法（1）变形监测变形监测是了解大坝工作状态及安全管理的重要内容。变形监测项目主要包括：水平位移、垂直位移、挠度、倾斜、裂缝等。环境量监测：水位、气温、降雨变形监测内容位移－水平、垂直、转动、洞身收敛等沉陷－地表、地中、分层、地基等其他－隆起、挠度、缝位移、自生体积、膨胀等方法：（1）经纬仪、水准仪、电子测距仪激光准直仪。（2）埋设仪器一、监测布置

在最大坝高、原河床处、合龙段、地形突变处、地质条件复杂处、坝内埋管或运行可能发生异常反应处

。横向、纵向、内部。1土石坝(含堆石坝)2混凝土坝(含支墩坝、砌石坝)3近坝区岩体及滑坡体

(一)观测断面

水平位移(二)观测点

1．位移标点2．工作基点3．校核基点图1-1二、监测方法

部位方法适用范围重力坝引张线视准线激光准直一般坝体、坝基均适用坝体较短时用包括大气和真空激光,坝体较长时可用真空激光拱坝视准线导线交会法重要测点用一般均适用,可用光电测距仪测导线边长交会边较短、交会角较好时用土石坝视准线大气激光卫星定位(GPS)测斜仪位移计交会法坝体较短时用有条件时用,可布设管道坝体较长时用测内部分层及界面位移用同拱坝近坝区岩体测斜仪交会法卫星定位多点位移计一般均适用同拱坝范围较大时用也可用于滑坡体及坝基高边坡、滑坡体视准线卫星定位直线测距边角网同轴电缆(TDR)一般均适用范围较大时用用光电测距仪或因钢线位移计、收敛计一般均适用,包括三角网、测边网及测边测角网可测定位移深度、速率及滑动面位置二、监测方法

（续）断层、夹层断层监测仪变位计测斜仪倒垂线可测断层水平及垂直三维位移可测层面水平及垂直位移一般均适用必要时用校核基点岩洞稳定点倒垂线边角网延长方向线伸缩仪也可精密量距或测角一般均适用有条件时用有条件时用用于基准点传递和水平位移观测二、监测方法（续）视准线法水平位移观测方法前方交会法引张线法引张线测点正垂线垂线法白山拱坝正垂线倒垂线垂直矮位移一、监真测方法部位方法说明混凝土坝一等或二等精密水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用可用于薄拱坝两端应设垂直位移工作基点土石坝二等或三等精密水准三角高程激光准直坝体、坝基均适用可配合光电测距仪使用或用全站仪两端应设垂直位移T作基点近坝区岩体一等或二等精密水准三角高程观测表面、山洞内及地基回弹位移观测表面位移高边坡及滑坡体二等精密水准三角高程卫星定位(即GPS法)观测表面及山洞内位移可配合光电测距仪使用或用全站仪范围大时用内部及深层沉降板沉降仪多点位移计变形计固定式，观测地基和分层位移活动式或固定式，可测分层位移固定式，可测各种方向及深层位移观测浅层位移高程传递垂线因钢带尺光电测距仪竖直传高仪一般均适用一般需利用竖井要用旋转镜和反射镜可实现自动化测量，但维护比较困难垂直位饱移监测奇方法(1)土基字标：伴由标插志和俊底盘为组成预，在环标柱题的顶撒箍标蜡志的判副点怨以作规校核腥。底医盘应谅埋设姥于最穗大冻律土深新度以遮上。(2省)岩石标层：适用历于岩石知覆盖层常较薄的罪地表岩第石标，示也可用庙于混凝乞土表面弓。1．水准淘基点(一)精密水查准法(3壁)深埋钢寇管标：苏如岩石泰覆盖层害较厚，遵为了使妹水准基舟点埋设谜于新鲜碍岩石上创，可设擦计如下暮图的深奥埋钢管同标。钢樱管深入席新鲜基泳岩2m以下。(4廉)双金滔属管垃标：减在地粪表覆纠盖层咐较厚新，全贱年温幻玉度变还化幅誓度较壤大的零地方渡，为蔬了避丙免温险度变储化影行响基替点高观程，粒可采鹅用双萍金属属管标。(5)平洞标庙：在平见洞内埋匀设水准王标志是飞比较稳冻定可靠涉的，为忠避免视线线通过问不同气截温层产凉生折光朋影响，斩可在洞效口设一沿过渡室傻，观测戒时，先瓦将内标签点的高凭程传至亲外标点镇，然后谋再传至呀洞外(1拆)土基迫标(2例)岩基攀标，菜也适技用于尝埋设箩在混温凝土备上。2．工云作基贩点（1）综谣合标采：将急水平苏和垂栗直位家移标探点结结合起于来，慌多用膝于坝惰面。（2）混聋凝土蓬标：菜适用句于坝验顶、辟廊道陈及其郑他混渴凝土菠建筑然物，狡也可叮用于造基岩凉。（3）钢管乓标：适失用于当还基础部搞位浇注坡的混凝暑土较厚宅时，用口来观测撞地基岩跨石的位症移。（4）墙上万标：多本用于净钥空较矮城的廊道配内，不立便竖立3全m长的坝水准棚尺时私，可铸在廊个道墙零上埋斩设墙武上标对，用润特制舱的微驻型水床准尺朋进行闪观测琴。该斥尺也浅可用并于外概表面咏的标剑点观锻测3．位移谱标点(二)三角高郊程法(三)遥测法1．沉抢降仪烦法沉降嫩仪主狮要用隶于监胞测土什石坝汗及滑含坡体熄内部套沿导诵管或烘测斜惑管轴津向多残点的扮垂直泼位移宣，读吴数精纳度一污般为1m含m，测剧值为况相对疯于沉球降管朱管口套或管肢底的致位移宅。如夺要求协监测浓绝对载值，逢则应辽先测谊定管茄口或电管底虹高程筑。沉降仪烛可分电贵磁式、温钢弦式芽、电感家式、干片簧管式意、水管锐式及横洪梁式等左多种，据有的还朝可同时芽测量温凳度。分跨层沉降沉观测一圈般多采抵用电磁遣式沉降冬仪。2．多点旨位移计亩法位移计恼分单点桨和多点牵两种，夕主要用唉来测量窄围岩或进近坝区嘱岩体钻温孔孔口匠与锚固泊端之间可的轴向男位移及钉其位移些速率，方已广泛心用于大讲坝、地款基、边崇坡及地劳下洞室干等变形波监测，蝇可在垂暮直的、用水平的篮或任何薯方向无围套管的丛钻孔内盾安装。位移殿计主宰要由含传感窜器、答锚头滚及传剂递钢总杆组趟成，木国外撒还采谨用玻分璃纤赏维杆牧，其去温度应膨胀秋系数色很小痛，约劝相当钻于因毙钢。狠按其筋读数艺方式快可分极为机念械式打和电晃测式勾两种戴，钻测孔深旅度可歇达20遣0然m，测假量变骆形范交围为奋可达20殖cm，分辨婶率可达0.起01～0.0撇2m辟m，量测已精度较思高，约劫为0.倡1肠mm。3．变形姻计法变形末计可站用来赌测量午大坝勺、围红岩及辨界面窗的垂仪直、询水平辣或任译意方灭向沿踏仪器突轴向岔变形焰。它插与位批移计糊的区命别是也仅适质用于诵表面使附近昂，最末大钻振孔深旧度一耕般为10洽m。该仪破器可由撞测缝计竟改装而偿成，测很量范围滚一般为12检mm，最韵大可霜达10身0m登m，分姐辨率妥为0.疮01～0.0精2m廉m。垂直泻位移咳观测纷方法固定连铜通管式（2）渗究流监帽测根据国附内外统缺计，因罚渗流问耳题引起有的大坝示失事占哄工程总社数的40％。视因此铁，渗竖流监约测受学到国两内外陵坝工养界的并高度畅重视响。国际榆大坝鲁委员六会第23号会猜刊的殊报告颗中指期出：男“坝冬基扬哗压力别和渗伟流量染的观董测是丹最直迟接的绍也是膏最有钟意义盯的安筹全措梯施。旱如果懒是重养力坝罚，这颠些观不测是由头等乏重要粒的”栽。渗流监万测目的混凝姓土坝谊和砌葛石坝裂基础寨与地晕基结瓜合面蹈上的谦扬压先力是贴由渗束流引犁起的圆作用动在大开坝上础的重折要的席外荷擦载。殖坝体杯内的饼一种圣扬压姜力，桶对坝愿体应扭力、镇变形播及稳炕定都鞭有一雹定影冈响。观测胶土坝伤坝基痕和岸征坡中右渗流零沿程给压力锁分布抛，可携以了策解土能坝防扎渗和肯排水窜设施芽的作医用，骂估算厅实际催水力洋坡降壤，推瞎算潜排水是磁否可乳能形哀成管见涌、勒流土腾和接睛触冲古刷等警变形维破坏风。绕坝渗趟流。如栏果坝与佣岸坡连唉接不好爬，岸坡僚过陡，节产生裂俗缝，或氧岸坡中牌有强透宝水层，剑就可能盯发生集刊中渗流辫，造成免变形或库漏水，谜威胁坝惜的安全谷和蓄水激效益。在渗于流处捧于稳古定状范态时纸，其洽流量雪与水口头保早持稳院定的蛋相应刘变化昂。若飞渗流虏量显旺著增庸加，孝有可坑能发可生管弱涌或培集中轿渗流汤通道牛，反秒之可迫能是突排水劝体堵场塞的填反映奏。在厨正常笑情况族下，敏随着谦坝前聚泥沙骑淤积嫁，渗灯流量候会逐垦年减立小。渗流水啄浑浊不氧清，可污能在水恐中带有宜泥沙颗壁粒或可皂溶盐成到分，反莲应出坝冲基或两套岸接头惧岩土受技到溶滤斯或被渗剥流水带玻出。这潮些现象压往往是灶管涌、耍内部冲渡刷或化弹学侵蚀塌的先兆土。当地扁下水含妈有高浓贸度硫酸骆盐成分蓬时，可征能会对铃混凝土仔产生侵郑蚀作用音，甚至析使之成跪为酥松浓状态。渗流监掌测项目1．扬压废力及渗印流压力桌监测；2．孔遥隙压嘴力监聚测；3．绕普坝渗渣流及娘地下俘水位陶监测抱；4．渗流催量及渗奥流水质蚁监测。压力或毒水位：测压浩管、想渗压域计、春压力许表、众测深脏锤渗流肿量：量水堰除、量杯水质：水温计请、pH计、蚁电导率扯计、冲透明度歪计、仰自动水谋质监测顺仪渗流俗监测贴方法对混凝碰土坝和凑砌石坝政进行扬伞压力观巩测土石坝凉进行渗写流压力滋观测浸润线欣如何监访测？渗流压疯力观测渗流量论观测渗流量磁观测包杠括渗漏桌水的总伙流量、富分区流看量。对坝菊体、带坝基敌、绕造渗及坑导渗(包括搅土坝步减压酱井和帮减压透沟)的渗流肥量，应踩分区分亡段进行类观测。率所有集闯水和量充水设施漠，设计舟时应避捧免客水哈干扰。(一)下游渗报流量当土坝客下游有隐渗漏水删出逸时犁，一般匙在下游芬坝趾附宇近能汇咽集渗流统的地方筋设导渗泻沟(可分区本分段设威置)，在蛮导渗哨沟的叙出口胡处布蹈置量谋水堰弹。斗将坝吉基内份向下搏游排言泄的磁水量(潜流)视为常倘数。渗流量健观测方吊法(1)当流量流小于1L柏/s时采馒用容势积法昨。(2厘)当流量取在1～300沃L/S之间垮时采庆用量慢水堰劣法。(3)当流疲量大沙于300偏L/s或受落提差限制满不能设县量水堰月时，应找将渗流虽水引入励排水沟民中，采纯用流速样仪法。(4披)流量计缺法。1．混凝都土坝渗流量糕分区时院，可按宜不同地围段进行据设计，锄如按河芦床坝段桑、边坡慢坝段、纺电站坝欣段、溢钳流坝段灾等进行恰分区观渐测渗流程量。(二)分区吗渗流出量2．土讯坝将各分周区间用乘横向不纽奉透水隔诞墙将各其段分开帅。在各那分区以心墙才或斜休墙下鼠游的子基槽洁内铺该设排犹水管他，分颗别将辞各区挂渗流须量引侨向设业在下袖游坝激趾的泛观测景房内键。排托水管涌的直美径及捕进水带段花萝管的基长度登应根蛋据设映计计雕算的污渗流城量而导定，孩以排纵水管住内是政无压劝流为朗条件屈。3．面板停堆石坝可在河防渗射面板只背面笑汇集状或分蹄区汇改集透像过防中渗面惹板的咱水，兔并引合至下孟游或兴检查弱廊道瘦内进猫行观恼测。此外珠，在创心墙时或下秤游基鼠槽的体下游略侧，违可视践需要若设置贴纵向削不透养水隔皇墙，浆墙顶缘瑞略高父于下家游最劣高水冈位，伟以避每免下据游回贼水的悠影响。(三)廊道渗醒流量对设尸有检价查廊炭道的陪混凝杯土坝翻、心薄墙坝昂、斜窑墙坝荣、面瓜板堆崭石坝瘦等，宴可在太廊道礼内分没区、牛分段福设置锯量水录堰，躺进行乘观测酿。(四)坡降法纸渗流量当透水瓜层深厚表、地下益水位低独于地面悲时，可等在坝基龙河床中垄顺水流候方向布庄设渗压乔计或测跌压管测嫩点，两杂测点间村距10～20崇m，其铅中一婆测点压布设记在下漂游坝庸趾处炉，通为过观类测坝块基地滑下水句渗流察坡降即结合川坝基揉河床誉过水尸断面凤积及砍透水兴层渗篮透系破数计些算出描渗流天量。在垂直个水流方歇向，可踩根据控枣制过水征断面及菠其渗透激系数的凤需要布膛置适当商排数。(五)减压井甘渗流量单井坦流量哈、井约组流性量和酸总汇蕉流量讯的观珍测。叶必要咽时每也年汛的后可胸量测侧减压单井淤够积量带并对装淤积稿物进决行颗乎粒分飘析。适用疯于渗雀流量秧大于50涝L/鼻s时采用适用枪于渗弊流量10～300余L/s时采用适用知于渗亦流量达小于70注L/询s时采用行进流铺速、水鄙流与堰折口接触时为一直妨线、款自由出滑流、型堰口上袄游3～5倍堰辞上水腾头处欠测读水质励监测(一)监测棉内容主要包肌括物理共指标和狐化学指荷标两部视分。其党中物理家指标有夕：渗漏备水的温批度、pH值、电泼导率、米透明度帜、颜色萍、悬浮煮物、矿雀化度等芳；化学喂指标有驾：总磷销、总氮侮、硝酸创盐、高踪蝶锰酸盐神、溶解浸氧、生宅化需氧赵量、有贺机金属讲化合物之等。(二)监测悔部位人工辜采集阴水样懂及自院动化埋监测盗部位违，均壁应在询相对炸固定针的水叼库及雪渗流剧出口梯、观谜测孔太或堰饲口进睛行。水质分侨析主要焦分析爪物理石指标园，将企渗漏既水质辣分析裂与水浑库水历质分堆析结剩果进律行对维比。送若发泛现有镇析出滥物或煌有侵佩蚀性腿的水运流出雅等问由题时耀，则兽应进赔行化树学分劣析笔。（一唇）物批理分遇析(二)化学仿分析化学分聪析时，娱主要增支加有机加污染物抄的化学步指标分辟析，同权时也可锦了解水忽库富营鬼养化程洁度，一犬般需在穷采取水把样后在芦实验室缺内进行挽分析。（3）应（颤压）力汇监测采用灾应力掀应变完计（住组）仰、压慈应力虎计、号基岩胜变形铃计、暖位移边计、倒收敛怕仪、积无应菌力计长、钢船筋计登、钢沉板计守、土怀压力今计、弓围岩种压力突、锚仗杆（拿索）洪等观纳测。（一钱）混屠凝土移应力书及应你变根据娇坝型仅、坝董高、裁结构财特点怀及地剥质条剂件选梯择关选键的鹊有代雕表性全的部烘位进踪蝶行布欺置夕。测点听的应赵变计示支数政和方诉向根铺据应仔力状背态而嚷定，床空间疗应力日状态渗宜布伪置7～9向应找变计稳，平腊面应界力状岔态宜踪蝶布置4～5向应变业计，主央应力方田向明确去的部位小可布置1～3向应变顶计。5向应陷力应僚变计薯组布术置7向应力衫应变计唤组布置（二）偿岩体应夹力及应害变（1）根剖据大奔坝或仙地下达工程停基岩响及围让岩力们学性瓣质和结结构获情况摇合理走布置隔测点酒，以悔便掌涛握岩似体变盾形、榨应变勤和应绍力的镇变化埋规律少和发变展趋此势。（2）深色层特立定结养构面亮发生川滑移棵、抽拱坝捐坝肩泳岩体滔应力扑及左洒右岸重应变脏差异冬，嚼观测垃近坝道区岩复体及邻高边店坡和瞧消能沫区山惹体的呀稳定藏状态辜，包肝括裂布缝、宜压缩昆、剪奥切应怨变的涌发展博情况找。（3）观测如坝基、肃坝肩和肾洞室围够岩经锚麻固、洞利塞、混漆凝土置艘换等基吨础处理托结构的浆应力、弯应变状歪态，以副了解处呼理效果吗。（三）腥钢材应威力及应舱变在水哭工建泻筑物医的底们孔、谦廊道帆、闸斤墩、咐隧洞欺、管专道、也厂房暗等钢诞筋混闯凝土胳结构眼内，祥根据孩工程俊需要迅布设陆适量神的钢元筋应普力观悦测断边面。对于影辜响工程栏运行安胶全的重笛要的钢狂管、蜗纠壳等结介构，布蛛没钢板伤应力观丹测断面词。（四）柱自由体班积应变混凝土钱自由体漆积应变驱包括温减度变形藏、湿度承变形和竭自生变饱形3部分一、尖混凝总土无塔应力肥计二、岩摊体无应缠力计在进行剖岩体应编力和应哄变观测符时，应系布设岩堡石无应井力计。疤在靠近弃岩石表瓣面钻成冲环形槽僵，以便辨与周围菠介质受侧力条件蚂隔开，粪中心钻探孔安装衔岩石应纱变计。（四）很土压力(1贡)土压似力(应力)观测包浪括土与涛堆石体炮的总应刚力(即总织土压填力)、垂直乳土压力财、水平本土压力条及大、除小主应凉力等的膊观测。(2黄)土壤绒或堆跳石体速的大赤、小限主应寇力，神通过吓采用慰不同疲埋设不方向宪的土老压计巷组的革观测夏结果窑间接化确定绘。一、坝揪内土压时力(一)监测内码容接触误土压珠力监峰测包扇括土沸和堆集石体晨等与雾混凝编土、号岩石蠢或圬闭工建县筑物定接触研面上(边界)的土压筐力观测趋，以及合混凝土寨坝上游遍淤沙压柿力观测形。采用器的仪器懒为边界脚式土压狠计。对于混斜凝土与蜓岩体接嫌触面上捐的压力昼，则应激属于混贴凝土压黎应力观奥测，而承不应作耳为接触萄土压力堵观测。二、决接触两土压遥力（五疗）温刺度、缘瑞地震考虑熟结构块温度杜场的丸状态胃，在巧温度葵梯度怪较大处的部因位，缸如坝过面或捷孔口跪附近茄的测尤点宜陆适当新加密希。坝体渠、坝饼面、面基岩裤等各信种温宋度应只结合没布设悦。一温担度1．混通凝土我坝(1始)重力泉坝可滔分别端在溢纤流和叛非溢消流坝寒段各闻选一绳个有残代表捏性的餐观测盗坝段庄布设液观测未点。杯拱坝碌的观绕测断庄面宜云选择等在拱勿冠和活拱座起部位倒，以预观测腾到最敲大地照震反尖应为升原则眉。(2)观测升点一深般布扰设在扭坝顶甘和坝挡基廊已道内疤，必胁要时守可在弊其间蔽及其宅他薄邪弱部捧位增耕加测圾点。怜但对洽薄拱镰坝一霉般应竞在2/3坝高处连增设测府点。2．土石顿坝(1余)土石司坝观豆测断议面宜今选择拢在最倦大坝惜高或伶重点外观测暂基面驳处及都地质宗条件插复杂饭部位终。(2)测点一揉般布设共在坝顶翼和坝趾虽部位，捞必要时才可在半慌坝高处门增设测创点。3．附迟属建沫筑物大坝挠的主蕉要附皂属建苦筑物烫如闸例墩、伐进水梯塔、驱升船梢机等积抗震析的薄朱弱环过节，辆也可拘布设治少量堆测点愧。二地油震a、地震桶强震b、动护孔隙颠压力(1)动孔隙碧压力观犯测的重妄点部位研是土石陶坝的砂号壳底部蛙、松软讯坝基和扎高含水压量粘土项宽心墙敬等。(2石)观测布非置可参华照孔隙风压力部逢分进行忙。但对刃于心墙广砂壳坝够靠近心乞墙的上辽游砂壳吗底部附碎近，以惭及有较士大的砂亭透镜体泽或砂夹咬层的松专软坝基来，可适休当增设番观测点政。(3)对混凝扔土坝可会在上游摄面不同伙高程布凉设少量择动孔隙萍压力计今作为观箱测上下鬼游方向六地震动中水压力消的测点评。对地独震基掘本烈像度7度及谱其以暮上地军区的1、2级大坝劲，论证营有必要陆时可进跨行坝体泼地震反严应监测泪。如果竖发现达怖到或超剪过设计潜标准的肝水库诱洲发地震耕时，应妄加强地如震观测肚。测震湖系统(1)测震艇系统嗽包括物传感稍器、扛放大疑器和泰记录享器3部分(包括触握发、启眉动、时报钟、电顺源等记冈录服务秧系统)。对偶于地版震强日震观君测一旅般采钓用的专传感矮器为氏数字滨式强抢震仪衡，观筑测物步理量续为加荐速度芳，重炕要测雾点采誓用三吓分量龟强震沿仪，迫一般骆测点朗可采原用顺恋水流父方向荷的横裹向或煮沿坝农轴线唯方向尊的纵魂向单砍分量章强震潮仪。(2田)数字币式强逝震仪春采用妨数字牵式磁鹊带记寨录，企这种跟仪器孟采用蹈了计朽算机饲的存强储器伤，加匀进了橡绝对鞭时标格，便溪于多索台记皆录进仗行相趁位对剑比，楼数据哲处理晨速度驴快，支精度天高，产还可矩兼作挑结构亡振动佩观测春使用农。(3)对于傻动孔趁隙压饰力观障测，魄一般浪采用刮动孔捡隙压哑力计床或渗阴压计绸