混凝土面板堆石坝工程安全监测的实践.pdf

水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第 6期 混凝土 面板堆石坝工程安全监测 的实践 张海龙 ，田 欣 ，郝佳圣 ( 1 国电新疆艾 比湖流域开发有限公司，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 0；2 国电新疆吉林台水电开发有限公 司， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 2；3 北京华可实工程技术有限公司，北京 1 0 0 0 2 5 ) 关键词 ：混凝 土 面板 堆 石坝 ；安 全观 测 ；施 工质量 评价 ；运 行期 安全 预报 中图分类 号：T V 6 4 1 1 +T V 6 9 8 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 4 9 0 3 1 引 言 大坝渗漏诊断提供重要依据等等。 我 国混凝土面板堆石 坝在 2 0世 纪 8 0年代后 成 为各水利水 电工程 的常选坝 型 ，目前混凝 土面板堆 石 坝在数量 、坝高 、工程规模和技术难度 等方面都 居于世界前列 ，取得 了丰富 的科技成果 。其 中工程 安全观测也是堆石坝施工 的重要施 工 内容之一 ，在 我国建造的堆石坝项 目中均 开展 了这项工作 ，结合 施 工建设和工程运行取得 了多项观测技术突破 ，成 为竣工验收 、安全评价 、运行 的重要参 考资料 ，值 得我们广大水 电工作者 自豪 。但是在很 多方面还是 存在很多的不足 ，笔者就实 际工作实践 中出现 的问 题提出归纳和总结 ，抛砖 引玉 ，望 引起业 界 的交流 和讨论 ，共同提高我们 的监测 水平 ，为我 们今后 的 工作提 出参考 意见 。 工程监测 实际是一 项生 产性 的原 型 观测工 作 ， 很多技术 是 经过 多年 的发展 实 践 积 累 了丰 富的 经 验 ，在资料中需要很多学科 的知识 加 以解释 和归 纳 总结 ，如何很好地开展该项 工作 ，为工程 提 出参考 性的意见 。如堆石体变形 观测分析 中，如何让评价 堆石体填筑施工工艺水平 ，混凝土面板浇筑 时机 选 择 ，控制 由于坝体变形 引起 面板混凝土开裂 ，大坝 预 留超高填 筑等 ，虽然 有所论 述 ，却 无 成功模 式 ； 在面板观测项 目中，包 括温度 、结构缝 、混凝 土应 力应变 、钢筋应力以及挠度等项 目，这些在规 范 中 都是必测项 目或者选择项 目，但是综合分析 的成 果 少 ，如何正确描述混凝 土面板变形 以及指导安全 运 行成为生产单位的难点 ；大坝 的渗流观测也 是监测 的重点和难点问题 ，如何布置仪器 和观测 项 目，正 确评价渗流稳定和做好大坝渗漏 问题的评价 ，并为 W a t e rRe s o u r c e s a n d Hy d r o p o w e rEn g i n e e r i n g Vo 1 4 1 No 6 2 施工期的监测 施工期观测是 大坝施工过程 中进 行 的，是工程 监测重要过程之一 ，主要有仪器选型 、采购 、安装 和埋设等步骤 ，实 际工作 中，我们工 作人员的重点 主要关注在仪器性 能和安装埋设 的质量控制上 ，在 实际工作 中，忽略了工程监测 资料 成果分析对施工 指导性 的意义 ，为了充 分发挥安全监测在施工过程 中的重要性 ，体现投 资的价值 ，需要 我们去认真思 考 。 例如在堆石坝填筑过程 中，为了及早取得经济效 益 ，许多工程面板浇筑都是分期浇筑 ，提前蓄水 ，在 面板浇筑时机的选择 ，除了需要考虑气侯条件 、施工 准备过程等要素 ，还有就是要注意面板坝堆石料的变 形稳定情况 ，堆石坝堆石料体的沉降观测是大坝的重 要观测 内容 ，规范中要求分断面、分高程测试堆石体 的变形情况 ，其 中重要的应用是评价堆石体的变形情 况 ，评价填筑施工过程的施工质量。面板浇筑时机的 选择肯定得考虑堆石体变形稳定情况，在堆石体变形 趋于稳定后浇筑面板 ，才能保证面板的浇筑质量和后 期不被变形而开裂等，防止面板和垫层料的脱空。所 以说堆石体变形观测是大坝面板浇筑时期选择 的一项 重要参数。 面板浇筑过程中和后期的养护中，需要对面板混 凝土水化热、面板内温度和气温进行加密测量 ，以对 面板养护过程 出现的问题 加 以指导 ，如 加强保温措 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 3 2 6 作者简介 ：张海龙 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张海龙， 等混凝土面板堆石坝工程安全监测的实践 施，洒水养护 、面板裂缝巡视检查等 ，为下期面板浇 筑提供必要参数。这其 中，对 面板混凝土应力 、应 变 ，钢筋混凝土应力、周边缝变形 、面板脱空等观测 项 目进行必要的加密测量 ，特别是 日高温期 、低温期 的捕获 ，对工程能起到较好的说明，对工程监测充分 发挥作用是一个很好的时机。 大坝填筑过程中，由于不 同的工程特性和不同的 材料 ，堆石体的变形具有不同的特征 ，对于不同的工 程有着共性 ，也有着特殊性 ，我们要 总结 取得 的经 验 ，及时发现新的情况 ，及时进行讨论和分析 ，这也 是今后监测发展的重要方向。目前的面板堆石坝的模 拟分析和计算 ，都存在不足，主要是堆石体的变形由 于堆石体材料的不均匀和地形的不确定造成的，所以 加强监测，评价堆石体的变形特征 ，总结变形规律， 进一步完善堆石体变形的理论取得第一手资料 ，在不 同的时期有着不同的着重点。我们 目前监测手段还是 比较单一 ，对堆石体的拱效应 、流变 、蠕变测量手段 还不是很完善 ，需要我们开发新的仪器 ，全面测量堆 石体的全面变形还存在较大差距 ，这些都不利于我们 理论的发展和成熟。 大坝填筑后期 ，对于坝顶预留沉降量的考虑 ，坝 顶完工时期的选择 ，这些也关系到施工技术水平的问 题 ，目前很多工程都是采用预留沉降时间和预留沉降 量相结合 的方式 ，这些和我们观测资料的分析有着重 大关系 ，至少坝体沉降观测是其重要的参考资料，例 如施工后期对 于堆石体沉降速率的发展趋势进行评 价。时机的选择要能满足工程质量的需要 ，防止出现 不利情况和提前做好预防措施也是工程施工的技术水 平的体现。 施工期观测还有很多重要的施工指导意义，例如 坝基地下水的反 向水压力导致面板的破坏 、深厚覆盖 层的基础变形观测 、高趾板面板 的稳定等许多方面需 要我们采取不同的观测方法来进行评价 ，安全监测的 仪器开发 ，分析手段存在一定的差距。 3 运行期的监测 大坝蓄水后 ，工程安全监测的重心有所转移 ，首 先考虑的问题就是大坝功能的体现 ，如防渗 、面板变 形等具体项 目上。许多工程在完工期安全监测的重点 就落在了数据分析上，一般变现为渗漏问题 、面板裂 缝问题和堆石体和坝体变形的问题 ，这里牵涉到蓄水 过程 ，水情 、气候条 件、运行 的水利调度 、库 岸再 造 、浸没、边坡稳定等等问题。 随着蓄水 过程的延续，我们对不同水位运行条 5 0 件 ，要对各项 目进行评价 ，重点主要有 ：大坝堆石体 变形 、渗流量和渗流压力 的分布情况；面板垂直缝 、 周边缝的变形 ；面板挠度和面板和垫层料之间的相对 位移 ；巡视检查也是重要的内容，例如面板裂缝、边 坡、坝后坡 、渗水等情况的巡视检查。运行初期的蓄 水阶段观测是今后运行的必要参考资料 ，做好初次蓄 水的观测数据分析是为今后运行提供必要 的参考数 据，需要做好 的工作主要有 ：加密观测各种观测项 目，及时进行数据分析，并进行统计和分析，对 比设 计数据和初期专门课题计算和预测的性状 ，提出问题 和解释问题 。特别是异常现象的出现 ，要及时关注观 测物理量的进展和异常情况的判断 ，及时评价发展状 况对 工程 的安全 。 充分发挥安全监测在运行期 的作用是保证安全 监 测发展的重要过 程 ，一个工程的安全监测 ，从 前 期 的科学论证项 目选定 ，到工程施工 时期 的施工协 调都花费了很多人 的心血 ，也耗去 了建设单位 的金 钱 ，真正 发挥作 用 的是 运行 时期对 工程 性状 的评 价 ，这时需要 的是尽心尽力 的工作是数据的挖掘分 析工程 ，这个过程往往 随着施工单位 的撤离 ，而被 搁 置 。 在特殊时段 ，例如高水位运行 、地震发生后 ，对 于监测设备发挥作用尤 为重要 ，大量 的监测数据处 理 ，需要我们进行处理 ，需要说明的是 ，我们许多科 研单位的分析软件不能结合工程实际 ，却要价很高， 阻碍了工程监测作用的发挥。 4 安全监测过程中存在的问题 结合工程实际和多年 的生产经验 ，总结安全监测 在工作中的不足，主要有 以下不足或者需要提高的地 方。 一 是设计和分析手段需要提高，目前 国内的堆石 坝设计主要是符合规范，项 目选择和设计主要以满足 规范要求 ，造成 了很多项 目的监测都是照搬照套，基 本没有突破，对于具体问题进行研究的很少 ，设计院 任务爆满 ，对于具体的实际问题投入力量不足。例如 在发现面板和垫层料的变形问题 ，没有很好地进行监 测，只是在 出问题后 ，进行灌粉煤灰 、水泥砂浆处 理，对于监测手段的改进却是微乎其微。混凝土面板 混凝土性状的研究主要集中在有限元模拟计算和混凝 土配合比的研究 ，对于实施后混凝土面板性状的评价 采取的监测手段极少有人去关心。观测资料的取得也 是严格按照规范测次进行 ，对于资料处理和分析的深 度却很少去有高水平的分析资料出现。例如对于水位 水利水电技术第 4 1卷2 0 1 0年第6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 上升期 、水位下降期 ，综合评价水位上升和下降的速 率对面板 的保护问题极少关注。一些参考资料上的模 型也只是简单 的说明问题 ，并且多年没有新的进展 ， 极少具有指导运行的意义。 二是监测仪器开发和研制进展较为缓慢。针对混 凝土面板堆石坝而言 ，堆石体和面板同样重要 ，监测 仪器经历 了近 3 0年的考验 而基本未作更多改进 。例 如水管式沉降仪和引张线水平位移计 ，几乎还是当初 的原型 ，后开发的几种类型的仪器没有大的突破 ，监 测仪器本身就是以点代 面，如果仪器改 良工作落后 ， 不进行认真分析缩小误 差，修正精 度 ，从原理 上突 破 ，很难全面说明问题 。 三是人才培养问题 ，大坝安全监测 由于专 门面 广 ，知识结构复杂 ，数据分 析工作难度深 ，更 由于 在水利水 电施工过程 中属于辅助性质 的施工 ，各方 在工程开始几乎都没有重视其作用 ，导致人员流失 张海龙， 等混凝土面板堆石坝工程安全监测的实践 严 重 。 以上问题 ，是施工过程 中突出的问题 ，也是关系 到监测今后发展的重要 问题 ，如果不从基本上改变监 测的地位，全面认识监测的作用 。一方面加强监测手 段的改进，扩大监测的范围和作用 ；另一方面更重要 的是 ，加强监测在施工过程 中的地位 ，培养人才，更 好地为工程建设服务。 木 木 木 术 安全监测是施工中不可缺少的重要内容之一，在 目前经济社会中，很多工程 中被忽略，许多的观测数 据不是真实有效或者说是不完全 的。所以我们安全监 测人员有责任、有义务去做好本职工作同时，呼吁社 会重视安全监测 ，建设我们 的学科 ，为社会可持续发 展充分发挥我们的作用 。 ( 责任 编辑欧 阳越 ) ( 上接第 4 3页) 出线竖井仪 器测值较小 ，说 明 围岩变形 小且稳 定 。 厂房 1 蜗壳外包混凝土 内钢筋计 观测 最大拉应 力 9 5 0 MP a ，最大压应力 6 3 MP a左右 ；3 蜗壳外包 混凝土钢筋计 观测 的钢筋最大拉应力 0 5 7 MP a ，最 大钢筋压应力 6 4 6 MP a ；测缝计观测 的蜗壳和混凝 土接触缝的开合度很小 ；蜗壳内应变计观测的混凝土 应变 目前以压应变为主 ，有增大的趋势。 4 结语 泰安蓄能电站的安全监测系统设计 ，监测项 目全 面，监测方法可靠 ，布置基本合理 ，满足有关技术规 范的要求 ，能够全面监控大坝及输水发电建筑物的运 行状况 。设计提供了主要监测项 目设计计算参考值 ， 可作为初期运行监测成果分析评价的参考标准 。 各监测 项 目已按 设 计 图 纸 实施 ，仪 器 完 好 率 9 5 3 4 。监测工程从设备采购 检验、仪器埋设 、测 取基值 、施工期观测等各环节 ，质量控制严格 。从 已 取得的初步监测资料看 ，监测方法及资料可靠 ，绝大 部分仪器工作正常 ，可作为今后运行期的安全监测依 据 。 ( 责任编辑欧阳越) ( 上接 第 4 8页) 4渠道沥青混凝土前景展望 以往 国内沥青混凝土防渗工程以人工或一般机械 化施工为主 ，这样的施工模式难 以保证施工质量。配 料精度不高 ，摊铺压实质量不易保证 ，致使面板发生 流淌、开裂的比较普遍 ，影响了工程效益 的发挥和沥 青混凝土防渗技术在国内的推广 。 目前 国外沥青渠道摊铺配套机械 比较成熟 ，国外 的桥式摊铺机配备有加热熨平装置 ，包括夯锤和振动 熨平板。摊铺机 由几段组成 ，可升高、降低以适应断 面要求 。大部分摊铺机 的重量将作用在熨平板上 ，摊 水利水 电枝术第 4 1卷2 0 l 0年第 6期 铺的密实度可以达到最后要求的密实度 ，同时桥式摊 铺机的摊铺能力很大 ，可 达 5 0 0 m h ，摊铺效率较 高 。 随着石油工业和高速公路建设的发展 ，国内沥青 品质有了很大提高，同时我国的水工沥青技术施工有 了很大提高，采用现代化沥青混凝土成套防渗技术施 工 的沥青混凝土空 隙率可控制在 2 4 ，渗透系 数可达到 1 08 c m s以下 。在我 国，沥青混凝土防 渗技术成为一种技术先进 、施工切实可行的技术 ，其 逐步推广将对未来我 国的渠道建设增加一种可靠的防 渗技术 。 ( 责任编辑欧阳越) 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m