胡奇秀
(貴州中水建設(shè)管理股份有限公司,貴州 貴陽(yáng)550003)
隨著大壩建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大、結(jié)構(gòu)越來(lái)越來(lái)復(fù)雜,大壩的安全問(wèn)題變得日益突出。盡管大壩在設(shè)計(jì)之初就盡可能的考慮了各種安全因素,增加了安全儲(chǔ)備,但大壩在建設(shè)與運(yùn)行管理方面涉及到了很多不確定性因素,一方面在設(shè)計(jì)期間很難全面摸清壩基地質(zhì)條件,無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)設(shè)計(jì)荷載與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行取值;另一方面工程規(guī)模巨大,目前的所有設(shè)計(jì)和施工的規(guī)范不能完全滿足大壩設(shè)計(jì)與建設(shè)需求,施工質(zhì)量也受各種因素的干擾而無(wú)法達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
總的來(lái)講,大壩變形監(jiān)測(cè)按照監(jiān)測(cè)方法的不同,可分為“儀器監(jiān)測(cè)”和“巡視檢查”兩大類,其中,儀器監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按照監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同又可劃分為“環(huán)境量監(jiān)測(cè)”、“變形監(jiān)測(cè)”、“滲流監(jiān)測(cè)”、“應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)”和“專項(xiàng)監(jiān)測(cè)”五大類。環(huán)境監(jiān)測(cè)量又稱為原因量,是指其變化可導(dǎo)致大壩及相關(guān)巖體內(nèi)部的性狀發(fā)生變化的一類物理量,其中水位、溫度、降雨是起決定性作用的主要環(huán)境量。效應(yīng)量則是大壩及相關(guān)巖體對(duì)環(huán)境變化所產(chǎn)生反應(yīng)的一類物理量。變形監(jiān)測(cè)量、滲流監(jiān)測(cè)量、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)量及專項(xiàng)監(jiān)測(cè)量等均屬于效應(yīng)量。效應(yīng)量監(jiān)測(cè)中變形和滲流監(jiān)測(cè)是最為重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,因?yàn)檫@些監(jiān)測(cè)量直觀、可靠、易獲取,可基本反應(yīng)在各種環(huán)境作用下的水工建筑物的安全性態(tài)。
根據(jù)變形的性質(zhì),水工建筑物變形可分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形兩類。靜態(tài)變形是時(shí)間的函數(shù),觀測(cè)結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形。靜態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)、動(dòng)力特性監(jiān)測(cè)和加速度監(jiān)測(cè)。動(dòng)態(tài)變形是指在外力作用下產(chǎn)生的變形,它是以外力為函數(shù)表示的,對(duì)于時(shí)間的變化,其觀測(cè)結(jié)果表示在某一時(shí)刻的瞬時(shí)變形。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容有沉降監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)、傾斜監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)和撓度監(jiān)測(cè)。大壩屬于比較特殊的工程建筑物,其特殊性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:1)大壩具有高投資、高效益的特點(diǎn),大壩失事后將給下游帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難;2)大壩的結(jié)構(gòu)形式、邊界條件以及運(yùn)行的環(huán)境等都具有很大的復(fù)雜性;3)大壩從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行和管理,各個(gè)過(guò)程均有很大的經(jīng)驗(yàn)性和不確定性。
由于大壩具有以上所述的特殊性,因而在施工和運(yùn)行的任何環(huán)節(jié)都必須開(kāi)展相應(yīng)的工程措施和非工程措施來(lái)保證其安全,二者相輔相成,缺一不可。工程措施是指采取科學(xué)、合理的工程技術(shù)和手段進(jìn)行大壩的設(shè)計(jì)和施工,如果大壩在運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和加固;而非工程措施主要是指通過(guò)水文預(yù)報(bào)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)、變形滲流監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等措施來(lái)確保大壩安全運(yùn)行。按照我國(guó)的國(guó)情,當(dāng)前突出強(qiáng)調(diào)非工程措施的作用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義,加強(qiáng)工程變形監(jiān)測(cè)是非工程措施中非常重要的一個(gè)方面。
除在飛行器導(dǎo)航成功應(yīng)用外,全球定位系統(tǒng)GPS由于具有速度快、全天候作業(yè)、精度高等優(yōu)點(diǎn),還在其他領(lǐng)域得到成功應(yīng)用,例如精密工程測(cè)量、大地測(cè)量、地殼形變監(jiān)測(cè)等。水利工程中,GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于大壩的水平位移和垂直位移測(cè)量。通常在大壩上合理布置幾個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn),在大壩兩岸不受壩體變形影響的地方設(shè)置GPS基準(zhǔn)站,然后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò),在各點(diǎn)架設(shè)GPS接受機(jī)進(jìn)行接受GPS衛(wèi)星信號(hào)集中送到中心服務(wù)器結(jié)合基準(zhǔn)站已知的坐標(biāo)進(jìn)行GPS網(wǎng)平差,大壩相對(duì)水平位移、垂直位移就是位移觀測(cè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo),兩歷元(周期)的空間三維坐標(biāo)之差。
沉降觀測(cè)的基準(zhǔn),應(yīng)該盡量的將其埋設(shè)在大壩變形影響范圍的外部位置,控制在距離開(kāi)挖邊線50 m之外的范圍,根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行埋石。保證其數(shù)量大于3,需要注意的是,觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)該設(shè)立在變形體的上面,通常情況下,為每間隔20 m進(jìn)行一次埋設(shè)。在支護(hù)陽(yáng)角的位置以及距離基坑最近的原大壩需要加密觀測(cè)點(diǎn),但是,在大壩四邊順著外墻每距離10~15 m的距離應(yīng)該進(jìn)行布設(shè),在柱子上間隔2~3跟柱進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)的設(shè)置。至于原型大壩應(yīng)該在基礎(chǔ)軸線對(duì)稱尾部進(jìn)行點(diǎn)的設(shè)置,人工地基以及天然地基接壤的位置、裂縫的位置以及伸縮縫的位置,各種高度水工建筑交接的位置,新的大壩與舊的大壩交接的位置也必須要進(jìn)行點(diǎn)的設(shè)置,在觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)結(jié)束之后,在進(jìn)行大壩主體的施工之前,應(yīng)該進(jìn)行第一次的觀測(cè),借助于超高精度的水準(zhǔn)儀器來(lái)測(cè)量。在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中,通常情況下要求每1~2層進(jìn)行一次觀測(cè),要是中間停工時(shí)間過(guò)久的話,必須要在施工完成的時(shí)候以及開(kāi)始施工的時(shí)候做好觀測(cè),在出現(xiàn)大量沉降或者是嚴(yán)重裂縫的情況下,必須要第一時(shí)間或者是每間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次連續(xù)觀測(cè)。在大壩封頂或者是竣工之后,通常情況下,觀測(cè)的頻率為每月進(jìn)行一次。
在每一次觀測(cè)結(jié)束之后必須要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查,保證數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。進(jìn)而調(diào)整高差閉合差,從而來(lái)對(duì)沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的計(jì)算,其具體的計(jì)算公式如下所示,將所計(jì)算的結(jié)果填入沉降觀測(cè)的記錄表當(dāng)中,為了能夠更加全面徹底的體現(xiàn)出各個(gè)沉降點(diǎn)隨著時(shí)間以及荷載的變化,觀測(cè)點(diǎn)沉降量發(fā)生變化,還必須要進(jìn)行沉降曲線的設(shè)置。
大壩基礎(chǔ)上面需要進(jìn)行沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置,將其設(shè)置為A與B,通過(guò)利用高精度的水準(zhǔn)測(cè)量法安排好時(shí)間定期的對(duì)A、B兩個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),在大壩的頂端位置和底部進(jìn)行豎向通道的設(shè)置,在大壩頂端位置應(yīng)該選擇合理的位置進(jìn)行接收靶的設(shè)置,對(duì)于垂線之下的地面或者是地板上面的埋設(shè)點(diǎn)的位置必須要進(jìn)行激光垂準(zhǔn)儀的設(shè)置,需要注意的是,應(yīng)該將激光垂準(zhǔn)儀的鉛垂激光束投射于頂端位置的接受靶,進(jìn)而能夠直接在接收靶上面讀取讀數(shù)。量?jī)蓚€(gè)位移量Δu和Δv,進(jìn)行變相度以及變形方向角的設(shè)置。
對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè),主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:裂縫的具體走向、裂縫的分布情況、裂縫的具體長(zhǎng)度、寬度以及變化情況等等,至于具體的觀測(cè)數(shù)量應(yīng)該根據(jù)具體的情況去決定。對(duì)于變化比較大的裂縫必須要進(jìn)行觀測(cè),對(duì)于其具體的觀測(cè)頻率要根據(jù)變化速度去進(jìn)行,第一步是應(yīng)該對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào),每一條裂縫應(yīng)該設(shè)置兩組觀測(cè)標(biāo)志,其中一組是設(shè)置在裂縫最寬的位置,而另外一組是設(shè)置在裂縫的末端位置。在裂縫比較少的情況下,應(yīng)該借助于比例尺、小鋼尺或者是游標(biāo)卡尺等工具進(jìn)行裂縫的測(cè)量。或者是采用方格網(wǎng)版安排好時(shí)間定期的對(duì)裂縫的變化情況繼續(xù)觀測(cè),這也需要視具體的情況去決定,在面積裂縫較大的情況下,人工測(cè)量受到限制的時(shí)候,則可以通過(guò)利用近景攝影測(cè)量的方式,每進(jìn)行一次觀測(cè)都必須要繪制出裂縫的具體位置、裂縫的具體形態(tài)以及裂縫的具體尺寸,在裂縫觀測(cè)到位之后,必須要將裂縫位置分布圖繪制出料,進(jìn)而在進(jìn)行觀測(cè)成果分析說(shuō)明書(shū)的編制。
隨著我國(guó)科技發(fā)展水平的不斷提高,對(duì)于水利水電工程的修建也提出了越來(lái)越多的要求,為了能夠從根本上保證工程的施工質(zhì)量,延長(zhǎng)工程的使用周期,必須積極的采取有效的措施進(jìn)行大壩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),當(dāng)前,對(duì)于大壩變形監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō),其方式方法較多,在實(shí)際使用的過(guò)程當(dāng)中,應(yīng)該本著科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)以及適用的原則,對(duì)于同一大壩則可以利用各種方式方法進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)于相同大壩的各個(gè)時(shí)期,則可以采用各種各樣的方法,同時(shí)可以對(duì)不同的大壩采用相同的方法來(lái)進(jìn)行變形觀測(cè)。然而,不管使用哪一種觀測(cè)的方法,都必須要根據(jù)大壩的變形觀測(cè)周期來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
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