水工建筑物安全监测布置优化方法研究

王顺

株洲市水利水电规划勘测设计院 湖南株洲 412007

1 泄水建筑物布置原则

（1）工程规模小，从安全性、经济性、运行管理的方便性等方面考虑，泄水建筑物由溢洪道和泄洪洞（兼导流洞）组成。

（2）工程枯水期来水量较小，汛期洪水较大，大坝为均质土坝，因此泄水建筑物应满足超泄能力较大、运行简单、管理方便、造价低廉的原则，故溢洪道不设闸门，采用自由溢流方式。

（3）泄水建筑物布置应尽量选择有利的地形和地质条件布置在岸边，并尽量避免开挖而形成高边坡。溢洪道进、出口的布置应使水流顺畅。

（4）泄洪洞与导流洞结合，施工期参与导流，运行期参与泄洪。泄洪洞兼导流洞一次建成，满足导流泄洪的要求，减少工程投资[1]。

2 监测布置点的布置方法

若水工建筑物主体曲面在主方向上的面积比较大，就有较大的可能性使得某些监测点间距过大，此时，采用主成分分析法在建筑物的曲面变化主要方向上加以详细分析，其目的就是要将局部的所有近似在一个平面的监测点归为一个类别，通过降低插值拟合过程中的计算误差，形成向量空间聚类布置划分。对于相近的一类监测点聚类中，可以考虑采用欧氏距离法完成相关的分析。欧氏距离聚类法可以对各监测点集再进一步划分，那些不满足在同一平面限定条件的安全监测点会被继续进行拆分，最终所有监测点集都能够符合平面度标准。在水工建筑中，安全监测点的的选择可能会更加复杂，必须考虑具体工程的情况，根据需要作出必要的调整。

3 水工建筑物安全管理原因

3.1 磨蚀破坏

大部分的水工建筑物都处在高速流动的水流中，水中若含有大量泥沙或其他颗粒类物质，在高速水流流经水工建筑物表面时，会对其产生一定的冲击，若泥沙含量大，冲刷面积也会增大，长此以往，磨蚀破坏程度也在不断提升，且被破坏部位一般都位于水下，检查与维修难度也较大。维修时，需要投入大量的资金与高超的技术和装备，维修时间长，水工建筑物此时也不能使用，会对周边人们的日常生活造成很大的影响[2]。

3.2 冻融破坏

水工建筑物在建设时多使用混凝土作为建筑材料，但混凝土本身性能存在一定的缺陷，会呈现出冻融破坏。世界许多区域都会产生气候的交替性变化，当温度处于零度以下时，水冻结成冰，出现膨胀应力，膨胀应力较大时，水工建筑物的结构会出现裂缝，建筑物表面也会出现削落现象继而遭到破坏。发生冻融破坏时，建筑物内部的混凝土材料处于饱水状态，加上外界温度出现冷热循环变化，结构表面和内部的水会出现冻结和融化，形成冻融循环。

4 水工建筑物的安全管理措施

4.1 安全监测过程管理

在进行安全监测过程管理时，相关观测人员一定要与水工建筑物的设计和施工部门共同检查混凝土工程与基础工程的实际质量，也要准备好水工建筑物的监测准备与建筑物的结构和高程控制，及时发现处理观测数据中的不足和缺陷，更全面的进行水工建筑物的安全监理工作。监理过程中，要整合好观测数据与资料以确保观测结果的准确性，并根据监测结果及时处理水工建筑物中存在的问题。

4.2 水工建筑物消缺管理

消缺处理主要包括这几个方面：①渗漏处理。水工建筑物的渗漏问题主要出现在主厂房、河床坝段等地，分缝漏水情况最为严重，处理时，专业的工作人员要根据不同的渗漏情况针对性的分析处理，将渗漏问题从源头控制。②泄洪底板破坏处理。以实际情况来看，我国的水工建筑物中的泄洪建筑物基本都经历过多次泄洪，使其在长期被水冲刷后出现破损问题。例如，底板部位的浇筑混凝土被冲刷，中孔与表孔溢流面存在着些不规则的龟裂，此时可以使用环氧砂浆或聚合物砂浆对其进行修补修理，继而提升泄洪建筑物的质量。③岸边边坡滑坡处理。岸边的边坡因为遭受水流多次冲刷，很容易存在滑坡风险，相关修理人员要定期检查岸边边坡，做好一定的预防措施[3]。

4.3 水工建筑物破坏管理措施

①磨蚀管理。设计时应考虑日后的磨蚀，在水工建筑物的整体设计中添加抗磨蚀部分，将过流部分的建筑物降低，加入泄洪元素。同时，也要增加消力池厚度，增加抗磨蚀能力，并加强水工建筑物的施工管理，确保施工环节质量。在发现水工建筑物已经被破坏时，要及时维修，并做好定期监测。②空蚀管理。预防空蚀磨坏主要可从三个方面处理，一是要提高水流空化数，降低破坏强度；二是要在设计时改善水闸形状，降低局部压力，并使用合理的水流结构，避免空泡和微射流破坏壁面；三是要应用向水流内加气的方式，改变水流物理性质。③冻融管理。冻融管理可从地基和结构方面共同改善，防护地基时，可使用保温法和排水隔离法，增加热阻，并避免水工建筑物与水直接接触，而结构方面则是要利用深基础法稳定结构，保护水工建筑物。

5 结语

水工建筑物的种类较多，不仅包括各个大坝主体，也包括各种附属设施，引水建筑物、泄洪建筑物、厂房等均属于此类，这些设施都有共同的特征，即结构复杂、规模较大，基于此情况，水工建筑物的维护、管理难度都比较高，也加大着安全问题的发生几率。因此，为进一步提高水工建筑物的整体质量和其运行的安全性，必须要结合实际情况增强安全管理工作，不仅能提高质量和安全性，也能推动当地社会经济市场的发展。