水利工程論文-有關(guān)大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵及擴(kuò)展研究.doc

水利工程論文-有關(guān)大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵及擴(kuò)展研究摘要：從分析影響大壩安全的各種因素入手，在時空兩個方面拓寬了大壩安全監(jiān)測的概念，即大壩安全監(jiān)測應(yīng)在時空上將影響大壩安全的因素考慮在內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，提出：(1)大壩安全監(jiān)測要有明顯的針對性；(2)重視對潰壩的分析；(3)大壩安全監(jiān)測應(yīng)和設(shè)計(jì)及大壩安全定檢結(jié)合起來，以方便資料分析和相互校核；(4)加強(qiáng)對大壩安全監(jiān)測(包括監(jiān)測系統(tǒng))，特別是自動化系統(tǒng)的效益評估，要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)成為水庫運(yùn)行調(diào)度的依據(jù)，真正為提高水庫效益服務(wù)；(5)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化，以方便經(jīng)驗(yàn)交流，提高監(jiān)測技術(shù)。關(guān)鍵詞前言眾所周知，大壩是一種特殊建筑物，其特殊性主要表現(xiàn)在如下3個方面：投資及效益的巨大和失事后造成災(zāi)難的嚴(yán)重性；結(jié)構(gòu)、邊界條件及運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性；設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)性、不確定性和涉及內(nèi)容的廣泛性。以上特殊性說明了要準(zhǔn)確了解大壩工作性態(tài)，只能通過大壩安全監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，同時也說明了大壩安全監(jiān)測的重要性。事實(shí)上，大壩安全監(jiān)測已受到人們的廣泛重視，我國已先后頒布了差阻式儀器標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測儀器系列型譜、水電站大壩安全檢查實(shí)施細(xì)則、混凝大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范、水庫大壩安全管理?xiàng)l例、土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范等，同時，國際大壩會議也多次討論過大壩安全問題1。大壩安全監(jiān)測是人們了解大壩運(yùn)行性態(tài)和安全狀況的有效手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、管理水平的提高及人們觀念的轉(zhuǎn)變，大壩安全監(jiān)測的內(nèi)涵也進(jìn)一步加深。為此，筆者從分析影響大壩安全的因素入手，對大壩安全監(jiān)測的若干問題進(jìn)行探討。1影響大壩安全的因素影響大壩安全的因素很多，據(jù)國際大壩會議“關(guān)于水壩和水庫惡化”小組委員會記錄的1100座大壩失事實(shí)例，從1950年至1975年大壩失事的概率和成因分析中得出大壩失事的頻率和成因分別為：30%是由于設(shè)計(jì)洪水位偏低和泄洪設(shè)備失靈引起洪水漫頂而失事；27%是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外結(jié)構(gòu)事故；20%是由于地下滲漏引起揚(yáng)壓力過高、滲流量增大、滲透坡降過大引起；11%是由于大壩老化、建筑材料變質(zhì)(開裂、侵蝕和風(fēng)化)以及施工質(zhì)量等原因；12%是不同的特有原因所致。通過上面的數(shù)值可以作如下分析：大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣，但大致可以分成3類。第一類是由設(shè)計(jì)、施工和自然因素引起，它沒有一個從量變到質(zhì)變的過程，而是一旦大壩建成就已確定了的，如設(shè)計(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等；第二類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，有一個從量變到質(zhì)變的發(fā)展過程，如沖刷、浸蝕、混凝土的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕等；第三類是上述兩種混合情況，即設(shè)計(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞。就目前而言，大壩安全監(jiān)測主要是針對后兩種情況。下面將從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)3個階段來討論，著重強(qiáng)調(diào)目前大壩安全監(jiān)測容易忽視的一些方面。1.1設(shè)計(jì)階段眾所周知，在設(shè)計(jì)階段，壩址的確定決定了地形、地質(zhì)、地震發(fā)生頻率及水文條件等；樞紐的總體布置、壩型及結(jié)構(gòu)、材料選擇和分區(qū)、水文資料的收集及洪水演算、地質(zhì)勘探等都將影響大壩的安全。1980年6月19日，烏江渡水庫泄洪水霧引起開關(guān)站出線相間短路跳閘、引出線燒斷、工地停電，類似情況1980年6月23日在黃龍灘、1986年9月3日在白山等也曾發(fā)生。以上事故的發(fā)生引起工地停電和泄洪閘門不能開啟的嚴(yán)重后果，均是由于整體布置不合理，對泄洪水霧飄移危害認(rèn)識不夠所致?？κ惨患壌髩挝挥诟叩卣鹆叶葏^(qū)，粘土斜墻壩的抗震性能差，而設(shè)計(jì)又將防滲膜放在斜墻下游側(cè)，形成潛在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震時，迎水面滑落庫中，其原因是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。綜上所述，大壩的許多安全隱患是由設(shè)計(jì)階段留下的，特別是水文計(jì)算及地質(zhì)勘探和處理兩個方面，如紀(jì)村壩基紅層問題，前期勘探工作不夠是重要原因之一2。1.2施工階段施工階段能否貫徹設(shè)計(jì)意圖、確保施工質(zhì)量，特別是有效解決施工中發(fā)現(xiàn)的新問題是確保大壩安全的關(guān)鍵因素之一，如混凝土壩的溫控措施、土石壩的碾壓及防滲排水結(jié)構(gòu)的施工、有關(guān)泄洪建筑物的機(jī)電安裝等都將直接影響大壩的安全?？κ惨患壌髩卧?982年施工中，其壩體及防滲墻都未進(jìn)行碾壓，致使密實(shí)度降低，在強(qiáng)震時容易液化和沉陷，這也是1985年地震時引起大壩整體破壞原因之一。1.3運(yùn)行管理運(yùn)行管理涉及水庫調(diào)度、大壩及附屬機(jī)電設(shè)施檢查、監(jiān)測手段及資料分析方法、大壩安全狀況評價等，其中每一環(huán)節(jié)都事關(guān)大壩的安全。佛子嶺大壩1969年發(fā)生的漫頂事故，其重要原因就是因?yàn)槊つ孔非蠊喔刃б?，汛期不適當(dāng)?shù)靥Ц哌\(yùn)行水位所致；陳村大壩出現(xiàn)的105m高程水平裂縫與大壩長期遭遇高溫低水位運(yùn)行工況有關(guān)3；佛子嶺、磨子潭和溝后水庫等在泄洪閘門開啟的關(guān)鍵時刻都出現(xiàn)了電源中斷這一嚴(yán)重問題，說明了備用電源及汛前檢查有關(guān)泄洪設(shè)備(施)的重要性，更不用說對大壩進(jìn)行全面的巡視檢查、儀器監(jiān)測和及時的資料分析了。這里還要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是聯(lián)合調(diào)度問題，在梯級水庫調(diào)度中這一點(diǎn)顯得特別重要，如石漫灘水庫潰壩與上游的元門水庫潰壩是密不可分的。2大壩安全監(jiān)測的目的和意義眾所周知，大壩安全監(jiān)測有校核設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工和評價大壩安全狀況的作用，且重在評價大壩安全。筆者認(rèn)為，大壩安全監(jiān)測的淺層意義是為了人們準(zhǔn)確掌握大壩性態(tài)；深層意義則是為了更好地發(fā)揮工程效益、節(jié)約工程投資。大壩安全監(jiān)測不僅是為了被監(jiān)測壩的安全評估，還要有利于其他大壩包括待建壩的安全評估。3大壩安全監(jiān)測的新內(nèi)涵通過以上分析可知，影響大壩安全的因素很多(壩址選擇、樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)、材料特性、水庫調(diào)度等)、時間跨度大(從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)行管理)；大壩安全監(jiān)測的目的是為了在確保工程安全的前提下，更好地發(fā)揮工程效益。隨著科技的發(fā)展、人們觀念的變化，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測的手段和目的都有了一定程度的變化，筆者認(rèn)為可從如下幾方面進(jìn)行理解。3.1監(jiān)測范圍和內(nèi)容規(guī)范45規(guī)定“大壩安全監(jiān)測范圍，包括壩體、壩基、壩肩，以及對大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)備”。眾所周知，瓦依昂(Vajont)拱壩就是由于庫區(qū)發(fā)生大滑坡引起了潰壩；1961年3月6日，我國柘溪水電廠首次蓄水時，在大壩上游右岸1.55km處也曾發(fā)生大滑坡；佐齊爾拱壩1978年12月份發(fā)現(xiàn)拱冠向上游移動的原因就是因?yàn)殡x壩1.5km的地方在比壩低320m處開挖了一條排放地下水的隧洞所致?？梢?，關(guān)系大壩安全的因素存在的范圍大，包括的內(nèi)容多，如泄洪設(shè)備及電源的可靠性、梯級水庫的運(yùn)行及大壩安全狀況、下游沖刷及上游淤積、周邊范圍內(nèi)大的施工特別是地下施工爆破等。大壩安全監(jiān)測的范圍應(yīng)根據(jù)壩址、樞紐布置、壩高、庫容、投資及失事后果等進(jìn)行確定，根據(jù)具體情況由壩體、壩基推廣到庫區(qū)及梯級水庫大壩，大壩安全監(jiān)測的時間應(yīng)從設(shè)計(jì)時開始直至運(yùn)行管理，大壩安全監(jiān)測的內(nèi)容不僅是壩體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)狀況，還應(yīng)包括輔助機(jī)電設(shè)備及泄洪消能建筑物等。3.2大壩安全監(jiān)測的針對性大壩安全監(jiān)測是針對具體大壩的具體時期作出的，一定要有鮮明的針對性。(1)時間上的針對性。由于大壩施工期、初次蓄水期和大壩老化期是大壩安全容易出現(xiàn)問題的時期，因此在前一個階段監(jiān)測的重點(diǎn)應(yīng)是設(shè)計(jì)參數(shù)的復(fù)核和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，而后者則應(yīng)是針對材料老化7和設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行。大壩的破壞機(jī)理研究至今還是一個薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是原型破壞試驗(yàn)作不了，因此，加強(qiáng)對潰壩的分析是非常有必要的。這就要求大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵時候能發(fā)揮作用，能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù)；(2)空間結(jié)構(gòu)上的針對性。針對具體的壩址、壩型和結(jié)構(gòu)有針對性地加強(qiáng)監(jiān)測，如針對面板堆石壩面板與趾板之間的防滲、碾壓混