11第十二章-水工建筑物管理

水工建筑物課課件西安理工大學學水利水電學學院水利水電工程程系教研室2007年1月第十一章水水工建筑物管管理10.1概述10.2大壩壩安全10.3水工工建筑物監(jiān)測測10.5水工工建筑物維修修本章的主要內(nèi)內(nèi)容：10.4大壩壩安全評價與與監(jiān)控10.1概概述1991年國國務院頒布《水庫大壩安安全管理條例例》規(guī)定，“必須按照有有關技術標準準，對大壩進進行安全監(jiān)測測和檢查”，，并指出，““大壩包括永永久性擋水建建筑物以及與與其配合運用用的泄洪、輸輸水和過船建建筑物等”。。這里的“大大壩”，實際際上是指包括括大壩在內(nèi)的的各種水工建建筑物。在國國際上“大壩壩”一詞，有有時也具有““水庫”、““水利樞紐””、“攔河壩壩”等綜合性性含義。主要要工作：（1）檢查與與觀測通過觀察和測測驗，掌握其其變化規(guī)律，為有效效管理提供科科學依據(jù)；及時發(fā)現(xiàn)不正正常跡象，采采取正確措施施，防止事故故發(fā)生，保證證安全運用；；通過原型觀測測，對設計的的計算方法和和計算數(shù)據(jù)進進行驗證；根據(jù)水質(zhì)變化化做出動態(tài)水水質(zhì)預報。檢查觀測：觀觀察、變形、、滲流、應力力、溫度、水水流、冰情、、泥沙、岸坡坡崩塌、庫區(qū)區(qū)浸沒觀測、、抗震監(jiān)測、、隱患探測、、河流觀測以以及觀測資料料的整編及分分析。（2）養(yǎng)護修修理對水工建筑物物、機電設備備、管理設施以及及其他附屬工工程等進行經(jīng)經(jīng)常性養(yǎng)護，，并定期檢修修，以保持工工程完整，設設備完好。養(yǎng)護修理為：：經(jīng)常性的養(yǎng)養(yǎng)護維修、歲歲修和搶修。。（3）調(diào)度運運用制訂調(diào)度運用用方案，合理理安排除害與與興利的關系系，綜合利用用水資源，充充分發(fā)揮工程程效益，確保保工程安全。。（4）管理自自動化系統(tǒng)的的運用主要有：大壩壩安全自動監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)，防防洪調(diào)度自動動化系統(tǒng)，調(diào)調(diào)度通信和警警報系統(tǒng)，供供水調(diào)度自動動化系統(tǒng)。（5）科研保障安全、提提高社會經(jīng)濟濟效益、延長長使用年限、、降低運行費費及在采用新新技術、新材材料、新工藝藝等方面進行行試驗研究。。（6）積累、、分析、應用用技術資料，，建立技術檔檔案依據(jù)：《中華華人民共和國國水法》，國國務院關于大大壩安全管理理條例、規(guī)范范。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大壩安全10.3水工工建筑物監(jiān)測測10.5水工工建筑物維修修本章的主要內(nèi)內(nèi)容：10.4大壩壩安全評價與與監(jiān)控10.2大大壩安全●自49年以以來，已建成成壩84837座（1997年）。。1980年年全國普查，，年平均垮壩壩率為0.17％，近期期世界大壩為為0.2％～～0.4％。?！駠H大壩委委員會（ICOLD）的的統(tǒng)計，1950年前失失事率為2.2％，1951～1986為0.5％，1986年前的的總失事率為為1.2％。。美國在20世紀70年年代，垮壩數(shù)數(shù)量也很驚人人，經(jīng)過采取取措施，到1980年垮垮壩率已降到到0.2％。。我國近幾年年垮壩率也在在降低?！翊髩问潞秃桶l(fā)生事故的的主要原因有有：（1）設計：：理論和方法法還不夠完善善，設計假定和計計算結(jié)果與實實際情況還難難以吻合。（2）施工：：可能出現(xiàn)與與設計不符的的情況及質(zhì)量量問題，留下下隱患與缺陷陷。（3）環(huán)境及及壩體、壩基基自身條件：：在運用中可可能發(fā)生的不不利變化，建建筑物材料老老化（開裂、、沖蝕、腐蝕蝕、風化等））。（4）自然災災害：大洪水水、地震、滑滑坡、泥石流流、雪崩、上上游垮壩等。。●壩齡：大壩壩在建成后的的初期和老齡齡化后，最容容易出現(xiàn)問題題。根據(jù)對世世界大壩的統(tǒng)統(tǒng)計資料，在在蓄水后幾年年內(nèi)發(fā)生失事事的大壩幾乎乎占總失事大大壩數(shù)的60%。前蘇聯(lián)聯(lián)有人研究認認為約占66％。國際水水利學研究協(xié)協(xié)會（IAHR）主席在在1983年年統(tǒng)計的14700座大大壩中，有1105座失失事破壞，其其中，蓄水前前5年內(nèi)失事事與5年后失失事之比為1.27：1。在我國的的垮壩統(tǒng)計中中也有類似的的結(jié)論?！翊髩蔚膲勖€可分為為初期運行、、正常運行和老老化期三個階階段（圖12–l）。由于材料老化化，混凝土受受寒暑交替、、氣候變化影影響，地下水水浸蝕，泥沙沙等作用，其其強度和穩(wěn)定定將會逐漸降降低，同時附附屬設施等也也會出現(xiàn)老化化現(xiàn)象，這就就需要及時補補強、修繕和和更新，以免免大壩出現(xiàn)失失事的嚴重后后果（圖12–2）。大壩工作狀況況惡化問題在在國際上也日日益突出，已已引起許多國國家重視。第第九屆國際大大壩會議（1967年））專門討論了了堤壩老化課課題，1973年成立了了大壩醫(yī)學委委員會，研究究堤壩監(jiān)測和和報警，總結(jié)結(jié)堤壩事故后后果及教訓。。以后又改名名為壩和水庫庫惡化研究會會。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大壩壩安全10.3水工建筑物監(jiān)監(jiān)測10.5水工工建筑物維修修本章的主要內(nèi)內(nèi)容：10.4大壩壩安全評價與與監(jiān)控一、現(xiàn)場檢查查■經(jīng)常檢查：：一種經(jīng)常性性、巡回性的的制度式檢查查，一般一個個月l～2次次；■特別檢查：：指發(fā)現(xiàn)建筑筑物有破壞、、故障、對安安全有疑慮時時組織的專門門性檢查。10.3水水工建筑物監(jiān)監(jiān)測■定期檢查：：需要一定的的組織形式，，進行較全面面的檢查，如如每年大汛前前后的檢查；；二、儀器監(jiān)測測（一）變形觀測測1．水平位移移觀測正垂線法：上上端固定在壩壩頂附近，下下端用重錘張張緊鋼絲，可可測各測點的的相對位移。。倒垂線法：將將不銹鋼絲錨錨固在壩體基基巖深處，頂頂端自由，借借液體對浮子子的浮力將鋼鋼絲拉緊，可可測各測點的的絕對位移。（1）垂線法法視準線法是在在兩岸穩(wěn)固岸岸坡上便于觀觀測處設置工工作基點，在在壩頂和壩坡坡上布置測點點，利用工作作基點間的視視準線來測量量壩體表面各各測點的水平平位移。（2）視準線線法引張線法是在在壩內(nèi)不同高高程的廊道內(nèi)內(nèi)，通過設在壩體體外兩岸穩(wěn)固固巖體上的工工作基點，將不銹鋼絲拉拉緊，以其作作為基準線來來測量各點的的水平位移。。（3）引張線線法激光準直法分分為大氣激光光準直法和真真空激光準直直法。前者又又可分為激光光經(jīng)緯儀法和和波帶板法兩兩種（4）激光準準直法（5）三角網(wǎng)網(wǎng)法是利用兩兩個或三個已已知坐標的點點作為工作基基點，通過對對測點交會算算出其坐標變變化，從而確確定其位移值值（見圖12–3）。（5）三角網(wǎng)網(wǎng)法2．鉛直位位移（沉降降）觀測對混凝土壩壩壩內(nèi)的鉛鉛直位移，，除精密視視準法外，，還可用精密密連通管法法量測。土石壩的固固結(jié)觀測，，實質(zhì)上也也是一種鉛鉛直位移觀觀測。它是是在壩體有有代表性的的斷面（觀觀測斷面））內(nèi)埋設橫橫梁式固結(jié)結(jié)管、深式式標點組、、電磁式沉沉降計或水水管式沉降降計，通過過逐層測量量各測點的的高程變化化計算固結(jié)結(jié)量。土石石壩的孔隙隙水壓力觀觀測應與固固結(jié)觀測配配合布置，，用于了解解壩體的固固結(jié)程度和和孔隙水壓壓力的分布布及消散情情況，以便便合理安排排施工進度度，核算壩壩坡的穩(wěn)定定性。（二）接縫縫、裂縫觀觀測觀測方法是是在測點處處埋設金屬屬標點或用用測縫計進進行。需要要觀測空間間變化時，，亦可埋設設“三向標標點”，如如圖12––4所示。。由于非正正常情況所所產(chǎn)生的裂裂縫，其分分布、長度度、寬度、、深度的測測量可根據(jù)據(jù)不同情況況采用測縫縫計、設標標點、千分分表、探傷傷儀以至坑坑探、槽探探或鉆孔等等方法。當土石壩的的裂縫寬度度大于5mm，或雖雖不足5mm，但較較長、較深深或穿過壩壩軸線的，，以及弧形形裂縫、垂垂直裂縫等等都須進行行觀測。觀觀測次數(shù)視視裂縫發(fā)展展情況而定定。（三）應力力、應變和和溫度觀測測1．應力、、應變觀測測在混凝土建建筑物內(nèi)設設置。我國大壩安安全監(jiān)測經(jīng)經(jīng)驗表明：：應力、應應變觀測比比位移觀測測更易于發(fā)發(fā)現(xiàn)大壩異異常的先兆兆?！裰亓危撼３＿x擇一個溢溢流壩段和一一個非溢流壩壩段，對重要要工程和地質(zhì)質(zhì)條件復雜的的工程還應增增加觀測壩段段?！窆皦危阂话惆氵x擇拱冠處處的懸臂梁和和拱座斷面。?！裢潦瘔危撼３＿x擇1~2個橫斷面作作為觀測斷面面，在每個觀觀測斷面的不不同高程上布布置2~3排排測點，測點點分布在不同同填筑材料區(qū)區(qū)。所用儀器器為土壓計。。2．溫度觀測測溫度觀測：壩壩體內(nèi)部溫度度、邊界溫度度和基巖溫度度觀測?！裨谒l的邊墩墩、翼墻、底底板等土與混凝土建筑筑物接觸處，，也常需量測測土壓力?！窕炷撩姘鍓螇蔚拿姘鍛ατ^測，一般般選擇居于河河床中部、1/4處及靠靠岸坡等有代代表性的面板板，其中應包包含長度最大大的面板。（四）滲流觀觀測1．土石壩的的滲流觀測據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計計，因滲流引引起大壩出現(xiàn)現(xiàn)事故或失事的的約占40％％。（1）浸潤線線觀測。實際際上就是用測測壓管觀測壩壩體內(nèi)各測點點的滲流水位位。（2）滲流量量觀測。將滲水集中到到排水溝中采采用容積法、、量水堰或測測流速方法進進行測量。常常用量水堰法法。（3）壩基、、土石壩兩岸岸或連接混凝凝土建筑物的的土石壩壩體體的繞流觀測測方法與以上上所述基本相相同。（4）滲水透透明度觀測。。為了判斷排排水設施的工工作情況，檢檢驗有無發(fā)生生管涌的征兆兆，對滲水應應進行透明度度觀測。2．混凝土建建筑物的滲流流觀測●壩基揚壓力力觀測多用測測壓管，也可可采用差動電電阻式滲壓計計。●滲流量和繞繞壩滲流的觀觀測方法與土土壩相同。（五）水流觀觀測水位、流速、、流向、流量量、流態(tài)、水躍和水面線線等，一般用用水文測驗的的方法進行測測量，輔以攝攝影、目測、、描繪和描述述，參見《測測流規(guī)范》。。對于由高速水水流所引起的的水工建筑物物振動、空蝕蝕、進氣量、、過水面壓力力分布等項目目的觀測部位位、觀測方法法、觀測設備備等，參見《《高速水流原原型觀測手冊冊》。二、儀器監(jiān)測測【日】喜撰山山壩，是一座座抽水蓄能電電站上池心墻墻土石壩，最最大壩高H=91m。由由于壩較高，，庫水位變化化急劇、頻繁繁，所以布置置了很多觀測測設備。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大壩壩安全10.3水工工建筑物監(jiān)測測10.5水工工建筑物維修修本章的主要內(nèi)內(nèi)容：10.4大壩安全評價價與監(jiān)控一、大壩定期期檢查內(nèi)容1.現(xiàn)場檢查查現(xiàn)場檢查包括括對壩體、壩壩基、壩肩以以及對大壩安安全有重大影影響的近壩岸岸坡和其他與與大壩安全有有直接聯(lián)系的的建筑物等進進行巡視檢查查。對混凝土壩、、土石壩、泄泄洪建筑物和和近壩庫區(qū)檢檢查的部位和和重點各不相相同。10.4大大壩安全評價價與監(jiān)控根據(jù)《水電站站大壩安全管管理辦法》要要對大壩定期檢檢查，主要是是進行現(xiàn)場檢檢查和對大壩設計、、施工和運行行進行復查、、評價，評估大壩所處處的工作狀態(tài)態(tài)類型（正常常狀態(tài)、異常常狀態(tài)及險情情狀態(tài)），據(jù)據(jù)此向主管單單位提交大壩壩安全鑒定報報告。2.對設計、、施工及運行行的復查與評評價①復查勘測設設計數(shù)據(jù)與資資料；②復查設計標標準、結(jié)構(gòu)設設計、水力設設計、壩基處處理設計等，，考查其是否否符合新近的的設計方法和和標準及客觀觀條件的情況況；③復查運行設設計的安全可可靠性及非常常情況大壩安安全設計，包包括放空水庫庫設計、泄洪洪能力數(shù)據(jù)等等；④復查大壩維維修和改建設設計，分析其其對大壩安全全的作用。⑴設計復查查內(nèi)容①復查地基處處理、壩體修修筑、隱藏工工程的施工資資料；②復查由施工工質(zhì)量問題所所造成的大壩壩弱點及隱患患，評價它們們對大壩安全全的影響。⑵施工復查查內(nèi)容①復查水庫第第一次蓄水的的原始記錄和和分析成果；；②復查運行期期的觀測資料料和分析成果果，了解大壩壩維修和改善善的歷史過程程和現(xiàn)狀，評評價大壩的實實際工作性態(tài)態(tài)。⑶運行復查查內(nèi)容：二、評價方法法目前常用的是是綜合評價安安全系數(shù)和風風險分析等方方法。國際大壩委員員會曾建議一一個危險狀況況評價表（表表12–2））。三、監(jiān)控方法法通過現(xiàn)場觀測測及數(shù)據(jù)處理理得到大壩性性態(tài)（如滲水水量、位移、、應力）的實實測值E0，，以其與監(jiān)控控模型求得的的預測值Ec進行比較（（圖12–6），若E0-EC＝R小于容許值值t，屬正常常，否則，屬屬：①大壩性性態(tài)異常；②②荷載或結(jié)構(gòu)構(gòu)條件變化；；③觀測系統(tǒng)統(tǒng)不正常，此此刻都需要采采取措施或找找出原因。這這個過程的實實現(xiàn)需要建立立一整套觀測測與分析系統(tǒng)統(tǒng)。這個系統(tǒng)統(tǒng)能夠在微機機輔助下，實實現(xiàn)大壩觀測測數(shù)據(jù)自動采采集、處理、、分析與計算算，能對大壩壩性態(tài)正常與與否作出初步步判斷和分級級報警的觀測測。這種自動動化的觀測系系統(tǒng)是保證大大壩安全的重重要手段，與與人工觀測系系統(tǒng)相比，具具有：①快速速、及時、多多樣、反復比比較；②可靠靠性大；③費費用低等特點點。典型的監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)（拱拱壩）如圖12–7所示示。圖12–6大壩安全監(jiān)控框圖四、監(jiān)控模型型1.數(shù)學模型型根據(jù)正常運行行狀態(tài)下某一一效應量（如如位移）的實實測數(shù)據(jù)通過過統(tǒng)計分析建建立起來的效效應量與原因因量之間相互互關系的數(shù)學學模型。只要要原因量（如如水位、溫度度）在運行變變化范圍內(nèi)，，則可預測今今后相應關系系的效應量。?；貧w分析是是建立統(tǒng)計數(shù)數(shù)學模型的一一種主要方法法。統(tǒng)計模型型建立后，將將模型取得的的解析值與實實測值進行比比較，即可獲獲得大壩工作作性態(tài)的有效效信息（圖12–8）。。圖中t為時時間，Q為滲滲流量，T為為溫度，H為為水位，R為為雨量，δ為為位移，σ為為應力。⑴統(tǒng)計模型型是以水工設計計理論為基礎礎，依據(jù)大壩壩的環(huán)境條件、、受荷狀況、、結(jié)構(gòu)特性、、建筑物及壩基材料的的物理力學參參數(shù)演繹計算算，并結(jié)合實實測值的信息息反饋，對計計算假定和參參數(shù)進行調(diào)整整后建立起來來的原因量與與效應量之間間的因果關系系式。它代表表大壩及壩基基在正常運行行狀態(tài)下效應應量的變化規(guī)規(guī)律。使用這這一模型可以以預測以后某某一時刻在某某一環(huán)境和荷荷載條件（如如水位、溫度度）下的某一一效應量（如如位移）。當當在同種條件件下某一效應應量的實測值值與模型預報報值之差，處處于容許的范范圍之內(nèi)時，，則認為該部部位處于正常常狀態(tài)，否則則為不正常。。一般可按三三維有限元法法分析計算，，其工作流程程如圖12––9所示。⑵確定性模模型如：溫度分量量用統(tǒng)計模型型，水位分量量用確定性模模型建立起來來的一種數(shù)學學模型。⑶混合模型型2.數(shù)據(jù)庫例，一座混凝凝土壩的安全全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)，需要要有一個儀器器觀測數(shù)據(jù)庫庫(壩體變形形、溫度、接接縫、基巖變變形、應力及及應變、揚壓壓力等分庫)和工程情況況庫(上、下下水位、氣溫溫及水溫、閘閘門、發(fā)電鋼鋼管等分庫)。應用軟件件能夠?qū)Υ髩螇斡^測數(shù)據(jù)的的各類數(shù)據(jù)庫庫文件進行管管理。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大壩壩安全10.3水工工建筑物監(jiān)測測10.5水工建筑物維維修本章的主要內(nèi)內(nèi)容：10.4大壩壩安全評價與與監(jiān)控一、水工建筑筑物的養(yǎng)護養(yǎng)重于修，修修重于搶。發(fā)現(xiàn)問題，及及時處理。（1）土石壩壩壩頂、壩坡應應保持整齊清清潔，填塞壩壩面的裂縫、、洞穴和局部部下陷處，防防止排水設施施淤塞，及時時修復因波浪浪而掀起的塊塊石護坡等。。10.4水水工建筑物維維修（2）混凝土土及鋼筋混凝凝土建筑物填塞混凝土裂裂縫，處理疏疏松或遭侵蝕蝕的混凝土，，隨時填滿分分縫止水瀝青青井中的瀝青青，放水前清清除消力池中中的雜物，保保持排水系統(tǒng)統(tǒng)通暢等。（3）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)定期除銹、涂涂油漆，檢查查鉚釘、螺栓栓是否松動，焊焊縫附近是否否變形。閘門門應定期啟動，以防止止泥沙淤積，，橡皮止水如如有硬化應及及時更換。（4）木結(jié)構(gòu)構(gòu)應盡量保持干干燥，定期涂涂油漆或瀝青青進行防腐處處