水利工程大坝外部变形监测与维护措施_么亚男.pdf

科 技 创 新科 技 创 新收稿日期：2022-08-31作者简介：么亚男，女，汉族，唐山市陡河水库事务中心，工程师。水利工程大坝外部变形监测与维护措施水利工程大坝外部变形监测与维护措施摘要为降低由于大坝变形造成的水利工程运行安全隐患，根据水利工程大坝结构层属性，设计一种基于水利工程大坝外部变形监测与维护措施，在混凝土大坝各层布置变形监测设备，设计水利工程大坝外部变形监测视准线的布置等，实现对大坝外部变形的维护。关键词变形监测；渗漏；帷幕注浆么亚男根据水利工程大坝结构层属性，在混凝土大坝各层布置变形监测设施，设计水利工程大坝外部变形监测视准线；引进卫星定位技术，进行大坝外部变形的监测与预警，设计水利工程大坝外部结构槽段划分方式，进行大坝外部结构加固处理，在水利工程大坝外部结构上进行灌浆钢管预埋与浇筑施工，实现对大坝外部变形的维护。现结合水利工程的运营与发展需求，设计一种针对水利工程大坝外部变形的全新监测方法，通过实时监测结构形态，掌握水利工程在运营与建设过程中潜在的多种安全隐患，并及时采取有效的措施对大坝主体结构稳定性进行维护，从而规避由于大坝外部变形造成的安全事故。1.布置外部变形监测视准线为实现对水利工程大坝变形的监控，应在设计方法前布置水利工程大坝外部变形监测视准线。视准线布置方案见图 1。根据水利工程大坝结构层属性，在混凝土大坝各层布置变形监测设备，根据具体工作，设计变形监测线，包括引张线、能量水准线、精密导线、弦线、垂直位移监测点等，将监测设备按照图纸要求，进行预埋、埋设、安装等。建立监测终端与水利工程外部大坝之间的通信连接，确保监测结果可以实时反馈到前端。通信连接过程可用如下计算公式表示：f(x)=wiQ(AX+Bi)（1）式中：f(x)监测终端与水利工程外部大坝之间的通信连接；w节点连接权值；Q通信链路；A无线通信覆盖距离；X局部通信特性；B连接节点；i通信节点。通常情况下，在水利工程大坝外部，变形最显著的位置为中坝，因此在中坝搭建观测台，观测台与大坝的间距要控制在 200m 以内。在此基础上，在邻近的观测台剖面上再增加一些观测点。从整体布局上看，至少设置 4个观测剖面，每个剖面在竖直和横向两个交界处都至少布置一个观测点。在东西两级副坝上，要求每间隔 300m 设置一个观测段，每段可设置 4个观测点。观测过程中，若采用水平仪监测，则可辅助使用 GPS 接收器进行结构体变形监测。将监测结果通过小波网络进行传输，传输过程计算公式如下：F=kC(m)(k)（2）式中：表 1卫星定位技术的外部变形监测预警参数表序号（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）项目接收机设备型号接收机设备数量已知点假设接收机设备数量重复设站次数连续监测时长观测卫星数量采样频率参数Leica350-GPS3台1台（另外两台架设在监测点上）2次20min30min5颗15s表 2水利工程建设项目概况表表 3水利工程大坝基本情况表序号（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）项目水库正常死水位水利工程运营中的最高水位水库总库容水电站有效装机容量水利工程等级水利工程中建筑物等级水利工程中建筑物构成概况245m285m135.64亿 m31950MWI级I级泄洪排沙建筑、拦河大坝、引水发电建筑序号（1）（2）（3）（4）（5）（6）项目大坝结构坝顶高程坝顶长度最大坝高主坝上游边坡坡度主坝下游边坡坡度概况壤土斜心墙堆石大坝275.64m1694m175.65m1.0:2.51.0:1.8528科 技 创 新科 技 创 新F监测结果传输；C网络级数；m输入层；小波网络层数；k隐藏层单元。按照上述方式，实现对水利工程大坝外部变形监测视准线的布置与监测。2.基于卫星定位技术的外部变形预警在上述设计内容的基础上，引进卫星定位技术进行水利工程大坝外部变形监测。设计基于卫星定位技术的外部变形监测预警参数，如表 1所示。根据卫星定位的实时反馈数据，将水利工程大坝外部变形数据与预设安全预警数据进行对比，如果反馈数据超过预警界线，将触发水利工程大坝外部监测预警。预警过程计算公式：Y=lyd(j)（3）式中：Y水利工程大坝外部监测预警；l驱动程序；激励函数；y监测尺度；j预报次数；d预警界限。如果反馈数据未超过预警界线，则终端将在完成反馈数据行为后继续进行水利工程大坝外部变形的监测。3.大坝外部结构加固处理根据反馈数据，分析大坝外部变形情况，降低因大坝外部结构变形造成工程安全隐患，结合工程现场实际情况，进行大坝外部结构加固处理。处理过程中，根据大坝结构的加固维护需求，设计对应的图纸，进行结构的防渗处理。在此过程中，设计大坝结构防渗墙轴线控制坐标，将防渗墙轴线从图纸上投影到实际坝体，按照槽段剖面和槽段尺寸，在水利工程大坝外部结构进行分段排序。槽段划分方式见图 2。加固处理过程中，首先在槽口的两端竖起 2个钢管作为模板，在每个高程段完成后，用液压千斤顶将其逐渐向上拉出，在板壁两端留出一个半圆形凹槽，通过此种方式，进行槽段与二序孔的结合处理，从而起到初步稳固结构体的作用。4.预埋灌浆钢管与浇筑施工完成上述处理后，在水利工程大坝外部结构上进行灌浆钢管的预埋处理。在此过程中，应在外部结构中的防渗墙位置进行坝基、坝肩的帷幕注浆。为加快施工进度，防止因钻孔损坏墙体，采用钢管对坝基和坝肩进行灌浆。考虑到 预 埋 件 的 管 径 一 般 在 100mm114mm 范围内，因此预埋件的下、上端使用角钢进行固定，中间使用钢筋作为定位支架，其中定位支架间隔控制在6m12m 之间，以保证钢管在外力的作用下不会出现位移和变形。在此基础上，设置注浆管道，进行水利工程大坝外部外形的浇筑稳固处理，注浆管道的功能是将混凝土经管道输送到槽底部，图 1水利工程大坝外部变形监测视准线设计图 4水利工程大坝外部维护前与维护后的渗漏对比图 2水利工程大坝外部结构槽段划分方式图 3水利工程大坝外部变形监测结果29科 技 创 新科 技 创 新然后用泥浆下直管灌注，由下往上替换钻孔中的泥浆，并在浆液压力的作用下自动致密。采用连续浇筑的方式进行施工，完成浇筑后，进行水利工程大坝挖补结构的验收，验收工作重点是检查槽孔的宽度、深度、垂直度是否符合设计及规范。槽壁应垂直平坦，不得有孔洞、裂缝等病 害。孔 洞 的 容 许 误 差 不 得 超 过30mm，开孔坡度不能超过 4，特别是在有孤石的地层和陡峭的岩体等情况下，开孔坡度尽量控制在 6 以下。在采用钻孔劈裂时，套管孔两侧孔位置的误差不得超过设计墙体厚度的一半。按照上述方式，进行工程维护施工的质量验收。通过验收后，即可认为完成水利工程的维护处理，如果在验收中发现工程存在质量验收未通过的项目，需要根据实际情况进行返修或二次加工，以确保维护措施可以在实施后达到预期质量标准。5.实例应用分析完成上述设计后，为检验设计方法在实际应用中的效果，下述将以某地区水利工程项目为例，开展如下所示的实践研究。此次研究的水利工程项目位于黄流干流，建设此工程项目的目的是控制河流下游流域中的泥沙、洪水，该地区属于骨干类工程，可以将此工程项目作为防御下游居民生活区被洪水淹没的核心项目，同时在深入工程所在地现场的勘察中发现，下游部分地区产业也利用此工程进行发电、灌溉与生活供水。但由于此水利工程建设时期较早，截至目前，此工程已投入使用十余年，加之工程项目存在后续运营管理不当、年久失修等问题，导致工程大坝外部结构位置出现变形。为掌握其变形趋势，降低由于变形造成的工程安全隐患，决定使用此文设计的方法，进行外部结构变形监测。监测前，与工程方进行技术交底，掌握与此项目相关的概况信息。水利工程建设项目概况见表 2。在对水利工程项目现场勘察中发现，出现变形的主要结构为水利工程中的拦河大坝。因此，应在掌握工程上述内容的基础上，对水利工程大坝的基本情况进行分析。水利工程大坝基本情况见表 3。完成对工程基本情况的分析后，使用此文设计的方法，对大坝外部变形进行监测，监测过程中，根据工程项目所在地区的实际情况与水利工程坝顶高程，进行水利工程大坝外部变形监测视准线布置，引进卫星定位技术，进行外部变形的监测与预警。在监测过程中，安排技术人员在水利工程项目所在地现场，使用水准仪等辅助性设备，进行大坝外部变形的人工监测，将人工监测结果作为参照。以此种方式，检验此文设计的变形监测方法在实际应用中的效果。整理人工监测结果与设计方法的监测结果，将其作为此次实验的结果，水利工程大坝外部变形监测结果见图 3。图 3 中，实线表示此文方法监测得到的水利工程大坝外部变形的结果，虚线表示人工监测得到的水利工程大坝外部变形结果。根据图 3 所示的实验结果可以看出，此文设计的方法在实际应用中效果良好，该方法监测的水利工程大坝外部变形结果与人工测量结果适配度较高，即监测结果较为精准，可以将此方法作为水利工程运维管理参照的依据。完成上述实验后，考虑到此水利工程项目已存在年久失修问题，为降低此方面问题造成的水利工程大坝失稳病害，使用此文设计的方法，进行水利工程大坝外部结构的维护。维护过程中，先进行大坝外部结构的整体加固处理，在此基础上，在水利工程结构上预埋灌浆钢管，使用混凝土浇筑法，进行浇筑施工，按照上述方式，进行水利工程大坝外部结构的维护。对比维护处理前后水利工程大坝的渗漏情况，明确外部大坝渗漏是造成其失稳的主要原因，如果维护后的结构渗漏情况得到有效缓解，说明此次设计的维护方法在实际应用中是存在效果的。统计实验结果，水利工程大坝外部维护前与维护后的渗漏对比见图 4。图 4 中，实线表示水利工程大坝外部维护前的渗漏量，虚线表示水利工程大坝外部维护后的渗漏量。通过图 4所示的实验结果可以看出，水利工程大坝外部维护后的渗漏量约为24mm/天，水利工程大坝外部维护前的渗漏量约为 1720mm/天，维护后的渗漏量明显低于维护前的渗漏量。由此可以证明，此文设计的水利工程大坝外部变形维护方法在实际应用中效果良好。6.结语通过布置水利工程大坝外部变形监测视准线、基于卫星定位技术的外部变形预警、大坝外部结构加固处理、预埋灌浆钢管与浇筑施工，设计一种针对水利工程大坝的外部变形全新监测与维护方法，该方法在通过实践检验，证明了可以起到提高水利工程大坝结构稳固性的综合作用，通过此种方式，为地区水利工程项目发挥更高价值提供全面支撑。规定：小型水库可将上游整个流域（一级保护区陆域外区域）设定为二级保护区。因此，峡沟水库上游整个流域（陆域一级保护区外区域）划定为二级保护区。3.4.3准保护区整个峡沟水库及上游流域已经划定了一二级保护区，故不划定水域、陆域准保护区。3.5保护区定界此次划分结果：水域一级保护区0.18km2，陆域一级保护区 0.59km2，陆域二级保护区 10.27km2。4.结语根据相关规定，水源保护区划定后应进行规范化建设，公布水源保护区地理界线，制定饮用水水源保护区日常监测方案，保障饮用水水质安全。为保证下游饮水安全，改善峡沟水库生态环境，使水源地水质达到划分保护区标准要求，建议有关部门制定峡沟水库饮用水水源地保护区保护方案，对一二级保护区进行勘界、设立保护区标志，在一级保护区周边人类活动频繁区域设施隔离防护措施，对保护区进行整治等工作，避免农业生产、乡镇建设和居民生活等对水源地造成污染和破坏，提高峡沟水库水环境质量，确保下游饮用水源安全。制定峡沟水库水质日常监测方案，建议有关单位对水库饮用水水源地取水口和库中两处取样点进行 109 项和 31 项的常规采样监测，建设饮用水水源监控信息系统，加强日常水源监测的智能化、自动化、数据化管理，合理保护饮用水水源地，提高乡镇供水安全性，保证人民身体健康，促进地方经济可持续发展。（接第 20页）30