大坝安全监测分析

崔建华，李 晶，李 涛

（济南市卧虎山水库管理处，山东 济南 250110）

1 大坝安全监测的目的

1.1 掌握大坝的工作状态，指导工程的运行管理

通过大坝的安全监测及时获取大坝安全的第一手资料，掌握大坝工作状态，实现对大坝的在线、实时安全监控。在发生异常现象时，分析产生的原因和危险程度，预测大坝的安全趋势。及时采取措施，把事故消灭在萌芽状态中，保证工程安全。

1.2 验证坝工设计理论和选用参数的合理性

到目前为止，因实际情况复杂多变，水工建筑的设计尚不能完全与实际情况相吻合，作用在建筑物上的荷载除水压力和自重力，都难以精确计算。因此在水工设计中不得不采用一些经验系数和简化公式进行计算。通过大坝安全监测认识监测物量变化规律，检验坝工基本理论的正确性、设计方法和计算参数的合理性，验证施工措施、材料性能、工程质量的效果。

1.3 了解施工期建筑物的状态以保证施工质量

分析施工期观测资料，可以了解大坝在施工期间的结构性态变化，为后续施工采取合理措施提供信息，据此指导施工，保证工程质量。此外施工期的原型监测，不仅服务于施工期，更重要的是它记录了建筑物初期的工作状态，这对研究大坝工作状态发展的全过程提供了极为宝贵的资料。

1.4 检验设计与施工，促进坝工科技发展

目前研究水工建筑物结构性态的主要手段是理论计算和模型试验。由于影响因素及复杂性，研究时均须作一些假定或简化，致使设计与实际存在差异。通过大坝安全监测的监测资料反映各种因素的影响，其结果可弥补前两种方法之不足，据此对设计理论和方法进行修正，以进一步提高坝工建设技术水平。

2 大坝安全监测的内容

大坝安全监测的范围应根据坝址、枢纽布置、坝高、库容、投资以及失事后果等确定，根据具体情况由坝体、坝基、坝肩，推广到库区及梯级水库大坝；监测的时间应从设计时开始至运行管理；监测的内容包括坝体结构、地质状况、辅助机电设备及消洪泄能建筑物等。按照时间划分，具体有以下几个阶段：

2.1 设计阶段

在设计阶段，坝址的确定决定了地形、地质、地震发生频率及水文条件等；枢纽的总体布置、坝型及结构、材料选择和分区、水文资料的收集及洪水演算、地质勘探等都将影响大坝的安全。1980年6月19日，乌江渡水库泄洪水雾引起开关站出现相间短路跳闸、引出线烧断、工地停电。类似情况1980年6月23日在黄龙滩、1986年9月3日在白山等也曾发生。以上事故的发生引起工地停电和泄洪闸门不能开启的严重后果，均是由于整体布置不合理，对泄洪水雾飘移危害认识不够所致。喀什一级大坝位于高地震烈度区，黏土斜墙坝的抗震性能差，而设计又将防渗膜放在斜墙下游侧，形成潜在的最薄弱滑裂面，因而在1985年大地震时，迎水面滑落库中，其原因是坝体结构设计不合理。

综上所述，大坝的许多安全隐患是由设计阶段留下的，特别是水文计算及地质勘探和处理两个方面。因此，在工程的设计阶段，地质条件、结构稳定性和材料参数是安全监测的主要内容。

2.2 施工阶段

施工过程的监测不仅对保证施工安全、改进设计、调整施工方案很重要，而且是为了取得从基础开挖到工程竣工这一不断变动过程中建筑物性状变化的完整资料。另外，施工过程中的临时建筑物，如围堰、导流工程也需要监测。在大体积混凝土施工中，温度控制是施工中的关键。必须对温度控制的效果进行严格监测。在土石坝防渗排水结构的施工中，碾压程序必须严格控制，并对密实度作监测。一些监测项目还可以在施工期和永久期相互结合，监测仪器可兼顾并用。如施工期埋设的初遇大坝坝基或其附近的温度计，在运行期可作为监测渗流的辅助设施。

2.3 运行阶段

在运行阶段要特别重视水库首次蓄水。水库首次蓄水过程是大坝和基础第一次承受荷载和水的各种作用，是对工程结构能力的初次考验，也是对坝基岩体强度和抗滑能力的检验。在此期间，大坝结构和坝基会发生一些初始的、不可逆的变化，即时取得这一时期的监测资料，对于监控蓄水期的安全和认识大坝在今后长期运行中性状变化规律十分重要。

2.4 老化阶段

随着材料的逐渐老化，材料的性能有所下降，大坝整体性能也会降低。这时的常规监控模型难以准确描述大坝实际运行形态，此时大坝安全监测的主要内容转为监测混凝土材料和混凝土内部所配钢筋的老化程度等。老化程度监测通常采用声波、取样分析和水质分析等方法来了解混凝土强度、孔隙率和水对混凝土的侵蚀程度。

3 大坝安全监测的分类

3.1 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。

3.2 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大坝特别是隐患进行检查，以早发现早处理。如土石坝的洞穴、暗缝、软弱夹层等很难通过简单的人工检查发现，因此，必须借用高密度电阻率法、中间梯度法、瞬态面波法等进行检查，从而完成对其定位及严重程度的判定。因此，在大坝监测中多数采用两种监测手段结合起来的方法。

4 大坝安全监测技术的开发

目前，我国开发的大坝安全监测系统虽然有了较大的提高，某些方面达到了国际先进水平，但是系统总体性能和国际先进产品相比，还存在一定的差距，特别是在可靠性和长期稳定性方面有待进一步的提高。为了缩短与国际先进的大坝安全监测系统的差距，2002年水利部立项批准了南京水利科学研究院开发更适合我国国情、性能达到国际先进水平的大坝安全监测系统。

尽管大坝安全监测已经能够做到监测数据自动采集，但是95%以上的水库大坝安全监测数据的实时分析、大坝运行性态的实时评价还难以实现。如果做不到这一点，大坝安全监测就没有真正成为大坝安全的耳目，没有起到应有的作用。随着科学技术的飞速发展，在工程技术人员和软件专家的密切合作下，大坝监测资料的实时分析、评价已经可以实现。这样的分析评价软件近年来已有不少单位在研制，这是水库大坝安全监测技术发展的必然方向。

5 结语

大坝安全监测实际上是一种管理，已从最初的验证设计发展为监视工程安全，并且开始出现安全监控。因此，水工大坝从设计、施工到运行管理以及老化阶段，都应充分发挥安全监测的作用，仪器监测和数据采集要尽可能做到自动化，并与巡视检查相结合，对检测资料分析做到及时、准确，确保大坝以合理的投入来保证长期稳定、安全的运行，实现工程效益最大化。随着大坝安全监测技术的发展，大坝安全监测进一步向系统化、即时化、智能化、网络化方向发展。