大型水闸工程安全监测设计研究

于文蓬，张 超，兰 昊

(山东省水利勘测设计院，济南 250013)

大型水闸工程安全监测设计研究

于文蓬，张 超，兰 昊

(山东省水利勘测设计院，济南 250013)

近年来，在水利工程设计中，安全监测设计受到越来越多的重视。但各工程在监测方面的设计内容差异较大。为了更好地规范今后的设计，本文主要针对大型水闸安全监测的目的、设计的基本要求、具体设计内容进行详述。

大型水闸;安全监测;设计

1 前言

随着水利事业的快速发展和众多水利工程的兴建，出现了许多需要解决的问题。由于地质条件、自然环境等因素的复杂性以及人们认识上的局限性，目前在工程设计中尚不能预见所有的工程安全问题，从而使工程安全存在诸多潜在风险。

工程安全监测能及时提供水工建筑物工作性态的第一手资料，是及时发现工程安全隐患的一种有效的方法。我国自20世纪50年代起，已经开展了一系列工程安全监测的探索，经过几代水利人的不懈努力，工程安全监测在仪器研制、埋设技术、自动化采集以及资料整编分析方面都取得了很大进步，一些行业标准也在逐步完善。举世瞩目的三峡工程，埋设监测仪器总计达10万多支，监测系统的规模堪称世界第一。本文主要对大型水闸工程安全监测设计的有关内容进行详述，为今后水闸监测设计提供参考。

2 水闸安全监测的目的

a.为工程运行管理及调度提供可靠的信息，为正常、安全运行服务。

b.监视水闸的运行安全，全面反映整个水闸的工作状况，对可能发生的险情提前预报。

c.掌握施工期各部位的状况，验证施工工艺的合理性，并及时反馈设计，满足水闸施工要求，同时也为验证或修改设计、验证或修改施工方案提供依据。

d.根据监测资料验证设计成果的正确性，为以后的工程设计及监测技术的发展积累资料。

3 水闸安全监测设计的基本要求

水闸监测设计应遵循“突出重点、全面兼顾、统一规划、分期实施”的设计原则。监测仪器设施的布置，应密切结合工程实际，根据工程规模及特点，结合工程存在的主要技术问题及难点进行设计，按照全面、可靠、适用、精确、方便、经济、迅捷，力求先进和便于实现自动化的设计理念，在综合考虑监测设施的耐久性、可靠性、自动化性能及稳定性等因素的前提下，使仪器的布置既能满足工程各阶段的安全要求，又能全面反映工程实际施工和运行安全状态。

4 水闸安全监测的主要内容及设计要点

大型水闸安全监测应结合工程实际来进行设计。不同地区不同用途的水闸，其地质情况、结构状况及运行状况也各有不同，因此对于不同的水闸，应在结合工程特点，明确工程用途的基础上，依据相应的监测设计规范来进行监测部位的选取、监测项目的拟订及其监测设施的布置。

大型水闸常见的安全监测项目主要包括以下内容。

4.1 现场检查

现场检查是一种维护建筑物安全运行最直接的措施，指用直觉方法或借助简单工具，通过建筑物外观显示出来的异常现象判断建筑物内部可能发生的问题。现场检查分为日常检查、定期检查和特别巡视检查。

4.2 表面变形监测

水闸的表面变形监测是一项重要的观测项目，是判断水闸正常工作的基本条件，一般包括水平位移观测和垂直位移观测等。

位移观测是利用光学或机械方法设置一条基准线，测量测点相对于基准线的偏移值。在工程上常用埋设表面标点，采用水准仪、经纬仪和伸缩仪的方法测量。设计时应根据水闸的设计运用情况，在有可能产生显著外部变形的地方埋设观测标点，一般在设计时常选择在闸墩、岸墙、翼墙顶部的端点和中点埋设标点。其中沉降标点在工程施工期可先行埋设在底板面层，在工程竣工后、放水前再引接到上述结构的顶部，以便达到监测资料的完整性。建筑物的第一次位移观测应在标点埋设后及时进行，然后根据施工期不同荷载阶段按时进行观测，在工程竣工放水前、后应立即对位移分别观测一次，以后再根据工程运用情况定期进行观测。

常用的变形观测方法及要求见表1、表2。

表1 表面竖向位移监测方法和要求

表2 表面水平位移监测方法和要求

4.3 内部变形监测

水闸内部变形监测包括水闸及其地基内部的应力、应变、温度等项目。国内外大量实例证明，建筑物的事故不是一蹴而就，而是从微观性态的变化逐渐恶化的过程。因此内部变形监测相比外部变形监测更易于发现水闸异常的先兆。

内部变形监测采用埋设仪器的方式来实现。对于不同的监测内容应采用不同仪器，具体详见表3：

表3 常用内部变形监测

应力应变属于建筑物的微观性态，是建筑物的微观反应或局部反应。设计时，为了监测水闸关键部位混凝土应力和钢筋应力，需要选择水闸有代表性断面中可能产生应力集中或可能出现较大应力的部位布置应变计和钢筋计，来监测水闸的应力状况。

工程上较常用的应力应变监测仪器目前主要有两种类型：差动电阻式和振弦式。差动电阻式仪器的优点在于其可靠性和稳定性较好，但传统的差阻式仪器的灵敏度比较低，精度较小;相比差阻式仪器，振弦式仪器在灵敏度和精度方面一般比较高，长电缆传输可靠，但对于安装要求较高。水闸在设计时，监测仪器的形式应根据工程特点及工程要求进行选用，此外，在选择时应兼顾所选仪器的成熟性、先进性和应用的便捷性，以确保日后施工便利和运行的稳定性。

温度观测包括水闸内部温度观测、边界温度观测和地基温度观测。其目的是观测水闸及其基础温度分布情况及变化规律。设计时，水闸内部温度测点的布设及观测仪器的选择应结合应力测点进行。

4.4 伸缩缝、裂缝监测

水闸中的缝分为为克服过大的温度应力而设置的伸缩缝和由于荷载作用产生的裂缝。由于水闸使用环境的特殊性及质量控制的重要性，对水闸缝的监测是保证水闸安全的重要方法。监测水闸结构伸缩缝和荷载产生的裂缝的开合度主要使用测缝计进行观测。

4.5 渗压监测

水闸渗压监测主要包括扬压力、渗透压力、渗透量及侧向绕流监测等。

水闸工程中，基础扬压力可采用测压管进行观测，也可采用渗压计。渗压监测设施需要预先埋设，测点沿水闸与地基的接触面布置，通常在闸室及其上下游连接段的代表性部位下的地基上安装渗压计，在设计时，一般选择在闸室的前后接缝处各布设一组渗压计，其余根据闸室实际情况进行布设。侧向绕流可以通过在边墩两侧预先埋设渗压观测设备进行监测。

4.6 土压力监测

土压力监测，可分为侧向土压力及地基反力监测，通常采用土压力计进行观测。监测地基反力的土压力计应预先埋设在水闸与地基的接触面上，选取有代表性部位，在设计时根据工程实际情况可以与渗压计结合布置;监测侧向土压力的土压力计通常埋设在边墩、翼墙等结构外侧与回填土的接触面上，沿高度方向选取有代表性测量点进行布置。

5 水闸安全监测设计中的注意事项

a.监测实际中，监测部位的选取、监测项目的拟订及其监测设施的布置应根据工程特点并依据相应的监测设计规范的要求进行设计。

b.仪器的选型应以保证观测的稳定性和可靠性为前提，选择合理的适用条件、量程范围和精度要求，避免盲目追求高标准或任意降低标准。

c.水闸安全监测过程中由于测点多、测点布置分散，因此在设计阶段应对每个测点进行编号。这样可以有效避免由于测点多、导线混乱而导致的测点被混淆的错误，为以后施工的顺利进行和获得正确有效的安全监测数据提供了必要保证。

d.安全监测设计项目多、测点多、工作非常繁琐，在设计时应统筹各种监测项目，使监测系统得到充分优化，力求做到简单全面。

6 结语

工程监测不同于水工结构设计，它没有标准的做法，只能根据不同的工程情况进行设计。工程竣工后，一定要对监测设计内容进行回访，根据不同的监测数据进行分析，以便为以后的工程设计积累经验。长此以往，即可摸索出最优的工程安全监测设计方法。

1 林继镛．水工建筑物［M］．北京：中国水利水电出版社，2009．

2 王才欢，屈国治，等．水工程安全检测与评估［M］．北京：中国水利水电出版社，2008．

3 吴中如．水工建筑物安全监控理论及其应用［M］．北京：高等教育出版社，2003．

4 SL 60—94土石坝安全监测技术规范［S］．

Study on Large Sluice Project Safety Monitoring Design

YU Wen-peng，ZHANG Chao，LAN Hao
(Shandong Water Survey and Design Institute，Jinan250013，China)

Safety monitoring design obtains more and more attention during water conservancy project design in recent years．However，the design contents of various projects in the monitoring aspect are greatly different．The paper describes the aim，basic requirements and specific contents of design in detail in order to better regulate design in the future．

large sluice;safety monitoring;design

TV698.1

A

1005-4774(2013)08-0050-03