水工建筑物安全監(jiān)測設計

水工建筑物監(jiān)測設計需考慮建筑物的級別、規(guī)模、結(jié)構型式、地形、地質(zhì)條件和地理環(huán)境等因素和施工、運用條件。監(jiān)測項目和測點的布設應能較全面地反映建筑物的工作狀況;同時，應以安全上的關鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)(如結(jié)構復雜或地基軟弱的部位)為主要監(jiān)測對象，突出重點，有明確的針對性，測點少而精，相關項目應統(tǒng)籌安排，配合布置。觀測方法宜簡捷、直觀，滿足精度要求，并便于校核。各監(jiān)測儀器、設施的選擇，要在精確可靠、穩(wěn)定耐久、經(jīng)濟實用的前提下，力求先進和便于實現(xiàn)自動化觀測。采用自動化觀測系統(tǒng)時，應進行技術經(jīng)濟論證，所選用系統(tǒng)應能采集到連續(xù)、準確、完整的數(shù)據(jù)，并具有人工觀測的條件。監(jiān)測設計應注意在出現(xiàn)大洪水、嚴寒冰凍等惡劣條件下仍然能進行必要項目的觀測。監(jiān)測設備要有必需的保護裝置，觀測場所具備必需的交通和操作條件，并有照明、防潮、防寒等設施，必要時可設置專門的觀測站房和觀測廊道。施工期的正常觀測條件，特別是初期蓄水時基準值的觀測要得到保證 。

許多國家的監(jiān)測規(guī)范和水工建筑物設計規(guī)范中對觀測項目都有原則規(guī)定。中國規(guī)定，一級、二級混凝土壩宜布置的一般性觀測項目為:巡視檢查，上、下游水位，氣溫、庫水溫、混凝土溫度及壩基溫度，滲漏量、揚壓力、繞壩滲流及水質(zhì)分析，位移、撓度、傾斜、接縫及裂縫，應力、應變，下游沖淤、壩前淤積等。三級、四級混凝土壩宜布置的一般性觀測項目為:巡視檢查，水位，氣溫，位移，滲漏量，揚壓力等。各級混凝土壩還可根據(jù)工程的具體情況，選設近壩區(qū)岸坡穩(wěn)定、局部結(jié)構應力應變、壩體地震反應、水力學觀測等項目。一級、二級土石壩必設或選設的觀測項目除與混凝土壩相似的巡視檢查，上、下游水位，氣溫，水溫，表面變形，接縫及裂縫變形，滲漏量，繞壩滲流，壩前泥沙，岸坡位移，地震動態(tài)，泄水建筑物水力學觀測等以外，還有壩體內(nèi)部變形、混凝土面板變形、壩體和壩基滲流特性、孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力、混凝土面板應力、降水量、波浪、冰凍、動孔隙水壓力等。

水工建筑物安全監(jiān)測設計是指為達到水工建筑物安全監(jiān)測的目的而確定監(jiān)測部位、監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、儀器類型和儀器布置并規(guī)定監(jiān)測設施埋設安裝、數(shù)據(jù)采集、資料分析的技術方法和技術要求的工作。水工建筑物安全監(jiān)測的主要目的是掌握施工期和運行期水工建筑物的實際工作性態(tài)，以便及時采取應急或加固措施，保障安全運用。同時，監(jiān)測也可為檢驗工程設計、指導施工、檢驗施工質(zhì)量以及提高運行水平提供依據(jù)。監(jiān)測設計要為實現(xiàn)上述監(jiān)測目的作出策劃、論證和安排。監(jiān)測設計的成果一般為監(jiān)測設計報告、監(jiān)測設計圖，有的工程還有專題報告 。

中國對各階段監(jiān)測設計內(nèi)容的規(guī)定有:

①可行性研究階段，應提出安全監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計方案，說明監(jiān)測項目及其所需儀器設備的數(shù)量和投資估算。

②初步設計階段，應優(yōu)化安全監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計方案、測點布置、監(jiān)測設備及儀器的數(shù)量，提出投資概算和各監(jiān)測設備應投入觀測的時間。

③招標設計階段，應提出監(jiān)測儀器設備的清單、各主要監(jiān)測項目及測次、各監(jiān)測設施和儀器安裝的技術要求及投資預算。

④施工詳圖階段，應提出監(jiān)測設施施工圖，制定初期蓄水期間監(jiān)測工作的計劃和主要的監(jiān)控技術指標。對于己經(jīng)投入運行的水工建筑物，當工程進行除險加固、擴建、改建或出現(xiàn)安全監(jiān)測儀器故障、失效、不完備而需要補充、更新時，需作出監(jiān)測系統(tǒng)的更新設計。

世界各國對大壩監(jiān)測及其設計都十分重視。國際大壩委員會(ICOLD)在其60號公報《大壩監(jiān)測基本要求》中指出:為保證獲得建筑物施工期和運行期所需的信息，應仔細進行監(jiān)測系統(tǒng)的設計;需要監(jiān)測的不僅是大壩，還有壩基和壩肩。ICOLD在其68號公報《大壩及其地基監(jiān)測技術發(fā)展水平》中指出:壩的安全不僅取決于合理的設計和正確的施工，而且取決于對大壩實際性態(tài)的監(jiān)測;合理的監(jiān)測能獲得大量資料，增加人們對大壩實際性態(tài)的了解，為改進分析方法、提高實驗技能、更好更安全地設計大壩提供便利條件。又指出:壩的安全水平主要是在設計階段規(guī)定的，因此在壩的設計階段就應根據(jù)設計準則來設計其觀測系統(tǒng)，考慮的監(jiān)測量應包括自變量(環(huán)境變量)和因變量(結(jié)構物對環(huán)境變量的反應)。自變量中最重要的是水位和溫度，因變量中最重要的是位移、滲流量、應變、揚壓力、孔隙水壓力。各國大壩委員會在提出的監(jiān)測技術發(fā)展報告中，總結(jié)其經(jīng)驗時提到:監(jiān)測系統(tǒng)是一個綜合體，它應包括表征大壩及其地基安全的要素，能說明大壩性態(tài)的各種參量，能測定這些參量的儀器，對儀器數(shù)量、布局和觀測頻率的設計等(意大利、日本)。就大壩的安全而言，最主要的監(jiān)測物理量是滲流量、揚壓力和位移(瑞士)。高度在50m以上的重力壩和30m以上的拱壩，必須設置漏水量、變形、揚壓力等觀測項目;斜墻和心墻土石壩必須設置的觀測項目為漏水量和變形，均質(zhì)土壩還要加測浸潤線(日本)。使用直觀檢查能夠察覺自動儀器所不能測出的異常情況，直觀檢查是儀器觀測的一種有用和必要的補充，是不可缺少的(澳大利亞、法國、南非、奧地利、加拿大、美國、葡萄牙、意大利、日本)。寧愿認真地、頻繁地、及時地觀測較少量審慎地布置在結(jié)構內(nèi)的直觀檢查儀器，也比在大量的數(shù)據(jù)中去尋找信息更為合理(法國)。

水工建筑物的儀器監(jiān)測于20世紀之初即己出現(xiàn)，當時僅限于用大地測量法觀測混凝土壩的位移。后來，隨著建筑物高度的增加、厚度的減小以及工程事故的不斷出現(xiàn)，監(jiān)測逐漸發(fā)展成為水利水電工程的一項必需的工作和掌握工程安全性態(tài)的重要手段。水工建筑物系統(tǒng)的監(jiān)測設計開始于20世紀20年代。1926年美國拱壩研究委員會對史蒂文森溪(Stevenson Creek)薄拱壩進行了周密的觀測設計，在壩內(nèi)布置了成百支應變計、溫度計、傾斜計，在壩外布設了三角網(wǎng)。30年代以后，歐美各國修建的壩普遍進行了監(jiān)測設計。50年代以后，中國設計的水利水電工程也都含有監(jiān)測設計內(nèi)容。中國在70年代以后陸續(xù)頒布的全國性行業(yè)標準，如DI,5020-93《水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》、DL5021-93《水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程》等都規(guī)定有監(jiān)測設計條款;SDJ21-78 ((混凝土重力壩設計規(guī)范(試行)》、SDJ 145-85《混凝土拱壩設計規(guī)范》、SL274-2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》、SI,228-89《混凝土面板堆石壩設計規(guī)范》、SLJO1-88《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計準則》、DI州T5005-92《碾壓混凝土壩設計導則》、SL25-91《漿砌石壩設計規(guī)范》、SI,253-2000《溢洪道設計規(guī)范》、SD134-84《水工隧洞設計規(guī)范》、SI,265-2001《水閘設計規(guī)范》、SD303-88《水電站進水口設計規(guī)范(試行)》、SI,266-2001《水電站廠房設計規(guī)范》等都列有觀測設計的專章;SDJ336-89《混凝土大壩安全監(jiān)測技術規(guī)范(試行)》、SI,60-94《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》還對各類監(jiān)測項目的設計作出了具體的規(guī)定。中國對己建的新安江、劉家峽、丹江口、葛洲壩、龍羊峽、二灘、小浪底等壩都作了全面的監(jiān)測設計，各由成千支儀器組成監(jiān)測系統(tǒng)。三峽等水利樞紐的監(jiān)測系統(tǒng)更為龐大、復雜和先進，它們的監(jiān)測設計己成為樞紐設計中一個十分重要的部分。建筑物安全監(jiān)測設計被列為三峽工程技術設計階段的8個專項設計之一。在小浪底水利樞紐的安全監(jiān)測設計中，信息系統(tǒng)設計被列為一項專門設計，進行了大量深入的研究、論證工作 。2100433B

出版者的話

前言

第1章 緒論

1.1 我國水資源及其開發(fā)現(xiàn)狀

1.2 水工建筑物的安全條件

1.3 水工建筑物安全監(jiān)測的必要性

1.4 開展水工建筑物安全監(jiān)測研究的重要意義

1.5 水工建筑物安全監(jiān)測的國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.6 安全監(jiān)測新技術與方法

1.7 安全監(jiān)測儀器的發(fā)展

1.8 水工建筑物安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢

第2章 水工建筑物安全監(jiān)測設計

2.1 監(jiān)測設計的基本原則和要求

2.2 監(jiān)i貝0項目確定與測值限差

2.3 變形監(jiān)測設計

2.4 滲流監(jiān)測設計

2.5 應力應變監(jiān)測設計

2.6 水文及水力學監(jiān)測設計

2.7 自動化監(jiān)測系統(tǒng)設計與優(yōu)化

2.8 監(jiān)測工程的施工組織設計

2.9 監(jiān)測設計工程實例

第3章 安全監(jiān)測儀器及監(jiān)測自動化

3.1 監(jiān)測儀器概述

3.2 常用傳感器的類型和工作原理

3.3 外部變形監(jiān)測儀器

3.4 內(nèi)觀儀器

3.5 環(huán)境量監(jiān)測儀器

第4章 儀器埋設安裝與監(jiān)測實施方法

4.1 監(jiān)測儀器現(xiàn)場檢驗與率定

4.2 監(jiān)測儀器的安裝埋設技術

4.3 監(jiān)測實施方法

第5章 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與建模分析

5.1 監(jiān)測資料分析內(nèi)容與分析方法概述

5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的誤差分析

5.3 統(tǒng)計回歸分析方法

5.4 水工建筑物安全監(jiān)控變量的統(tǒng)計模型

第6章 安全性態(tài)綜合評判與決策

6.1 概述

6.2 安全性態(tài)綜合評判與決策

6.3 水庫大壩安全鑒定

6.4 病險水庫的除險加固

參考文獻 2100433B

楊杰、李宗坤、林志祥、任杰主編的《水工建筑物安全監(jiān)測與控制(全國高等院校水利水電類精品規(guī)劃教材)》是全國高等院校水利水電類精品規(guī)劃教材，是水利水電工程專業(yè)水工建筑物安全監(jiān)測與控制課程的教學用書。全書共分6章，包括緒論、水工建筑物安全監(jiān)測設計、安全監(jiān)測儀器及監(jiān)測自動化、儀器埋設安裝與監(jiān)測實施方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與建模分析、安全性態(tài)綜合評判與決策。

《水工建筑物安全監(jiān)測與控制(全國高等院校水利水電類精品規(guī)劃教材)》除可作為水利水電工程專業(yè)本科生的教材外，還可供其他相關專業(yè)的師生作為教學參考書和有關工程技術人員的參考書。

《工程安全監(jiān)測設計》為黃河小浪底水利樞紐規(guī)劃設計叢書的工程安全監(jiān)測設計卷。全面系統(tǒng)地介紹了小浪底水利樞紐規(guī)工程各建筑物布設的監(jiān)測項目、測點布置情況、采用的監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器的選型以及監(jiān)測設計思路等，并對監(jiān)測成果作了簡要分析。詳細介紹了該工程的監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設計與實施，總結(jié)了系統(tǒng)設計與實施的體會，提出了類似工作系統(tǒng)設計與實施的建議。

《工程安全監(jiān)測設計》可供從事水利水電工程安全監(jiān)測設計、施工、運行管理人員以及大專院校有關專業(yè)的師生參考。