第十二章-水工建筑物管理

水工建筑物课件

西安理工大学水利水电学院水利水电工程系教研室2007年1月第十一章水工建筑物管理10.1概述10.2大坝安全10.3水工建筑物监测10.5水工建筑物维修本章的主要内容：10.4大坝安全评价与监控10.1概述

1991年国务院颁布《水库大坝安全管理条例》规定，“必须按照有关技术标准，对大坝进行安全监测和检查”，并指出，“大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄洪、输水和过船建筑物等”。这里的“大坝”，实际上是指包括大坝在内的各种水工建筑物。在国际上“大坝”一词，有时也具有“水库”、“水利枢纽”、“拦河坝”等综合性含义。主要工作：

（1）检查与观测

通过观察和测验，掌握其变化规律，为有效管理提供科学依据；及时发现不正常迹象，采取正确措施，防止事故发生，保证安全运用；通过原型观测，对设计的计算方法和计算数据进行验证；根据水质变化做出动态水质预报。检查观测：观察、变形、渗流、应力、温度、水流、冰情、泥沙、岸坡崩塌、库区浸没观测、抗震监测、隐患探测、河流观测以及观测资料的整编及分析。

（2）养护修理

对水工建筑物、机电设备、管理设施以及其他附属工程等进行经常性养护，并定期检修，以保持工程完整，设备完好。养护修理为：经常性的养护维修、岁修和抢修。（3）调度运用制订调度运用方案，合理安排除害与兴利的关系，综合利用水资源，充分发挥工程效益，确保工程安全。

（4）管理自动化系统的运用

主要有：大坝安全自动监控系统，防洪调度自动化系统，调度通信和警报系统，供水调度自动化系统。（5）科研

保障安全、提高社会经济效益、延长使用年限、降低运行费及在采用新技术、新材料、新工艺等方面进行试验研究。（6）积累、分析、应用技术资料，建立技术档案

依据：《中华人民共和国水法》，国务院关于大坝安全管理条例、规范。第十一章水工建筑物管理10.1概述10.2大坝安全10.3水工建筑物监测10.5水工建筑物维修本章的主要内容：10.4大坝安全评价与监控10.2大坝安全

●自49年以来，已建成坝84837座（1997年）。1980年全国普查，年平均垮坝率为0.17％，近期世界大坝为0.2％～0.4％。●国际大坝委员会（ICOLD）的统计，1950年前失事率为2.2％，1951～1986为0.5％，1986年前的总失事率为1.2％。美国在20世纪70年代，垮坝数量也很惊人，经过采取措施，到1980年垮坝率已降到0.2％。我国近几年垮坝率也在降低。

●大坝失事和发生事故的主要原因有：（1）设计：理论和方法还不够完善，设计假定和计算结果与实际情况还难以吻合。（2）施工：可能出现与设计不符的情况及质量问题，留下隐患与缺陷。（3）环境及坝体、坝基自身条件：在运用中可能发生的不利变化，建筑物材料老化（开裂、冲蚀、腐蚀、风化等）。（4）自然灾害：大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪崩、上游垮坝等。

●坝龄：大坝在建成后的初期和老龄化后，最容易出现问题。根据对世界大坝的统计资料，在蓄水后几年内发生失事的大坝几乎占总失事大坝数的60%。前苏联有人研究认为约占66％。国际水利学研究协会（IAHR）主席在1983年统计的14700座大坝中，有1105座失事破坏，其中，蓄水前5年内失事与5年后失事之比为1.27：1。在我国的垮坝统计中也有类似的结论。●大坝的寿命命曲线可分为为初期运行、、正常运行和老老化期三个阶阶段（图12–l）。由于材料老化化，混凝土受受寒暑交替、、气候变化影影响，地下水水浸蚀，泥沙沙等作用，其其强度和稳定定将会逐渐降降低，同时附附属设施等也也会出现老化化现象，这就就需要及时补补强、修缮和和更新，以免免大坝出现失失事的严重后后果（图12–2）。大坝工作状况况恶化问题在在国际上也日日益突出，已已引起许多国国家重视。第第九届国际大大坝会议（1967年））专门讨论了了堤坝老化课课题，1973年成立了了大坝医学委委员会，研究究堤坝监测和和报警，总结结堤坝事故后后果及教训。。以后又改名名为坝和水库库恶化研究会会。第十一一章水水工工建筑筑物管管理10.1概概述10.2大大坝安安全10.3水工建建筑物物监测测10.5水水工建建筑物物维修修本章的的主要要内容容：10.4大大坝安安全评评价与与监控控一、现现场检检查■经常常检查查：一一种经经常性性、巡巡回性性的制制度式式检查查，一一般一一个月月l～～2次次；■特别别检查查：指指发现现建筑筑物有有破坏坏、故故障、、对安安全有有疑虑虑时组组织的的专门门性检检查。。10.3水水工工建筑筑物监监测■定期期检查查：需需要一一定的的组织织形式式，进进行较较全面面的检检查，，如每每年大大汛前前后的的检查查；二、仪仪器监监测（一）变变形观观测1．水水平位位移观观测正垂线线法：：上端端固定定在坝坝顶附附近，，下端端用重重锤张张紧钢钢丝，，可测测各测测点的的相对对位移移。倒垂线线法：：将不不锈钢钢丝锚锚固在在坝体体基岩岩深处处，顶顶端自自由，，借液液体对对浮子子的浮浮力将将钢丝丝拉紧紧，可可测各各测点点的绝绝对位位移。（1））垂线线法视准线线法是是在两两岸稳稳固岸岸坡上上便于于观测测处设设置工工作基基点，，在坝坝顶和和坝坡坡上布布置测测点，，利用用工作作基点点间的的视准准线来来测量量坝体体表面面各测测点的的水平平位移移。（2）视视准线法法引张线法法是在坝坝内不同同高程的的廊道内内，通过设在在坝体外外两岸稳稳固岩体体上的工工作基点点，将不锈钢钢丝拉紧紧，以其其作为基基准线来来测量各各点的水水平位移移。（3）引引张线法法激光准直直法分为为大气激激光准直直法和真真空激光光准直法法。前者者又可分分为激光光经纬仪仪法和波波带板法法两种（4）激激光准直直法（5）三三角网法法是利用用两个或或三个已已知坐标标的点作作为工作作基点，，通过对对测点交交会算出出其坐标标变化，，从而确确定其位位移值（（见图12–3）。（5）三三角网法法2．铅直直位移（（沉降））观测对混凝土土坝坝内内的铅直直位移，，除精密密视准法法外，还可用精精密连通通管法量量测。土石坝的的固结观观测，实实质上也也是一种种铅直位位移观测测。它是是在坝体体有代表表性的断断面（观观测断面面）内埋埋设横梁梁式固结结管、深深式标点点组、电电磁式沉沉降计或或水管式式沉降计计，通过过逐层测测量各测测点的高高程变化化计算固固结量。。土石坝坝的孔隙隙水压力力观测应应与固结结观测配配合布置置，用于于了解坝坝体的固固结程度度和孔隙隙水压力力的分布布及消散散情况，，以便合合理安排排施工进进度，核核算坝坡坡的稳定定性。（二）接接缝、裂裂缝观测测观测方法法是在测测点处埋埋设金属属标点或或用测缝缝计进行行。需要要观测空空间变化化时，亦亦可埋设设“三向向标点””，如图图12––4所示示。由于于非正常常情况所所产生的的裂缝，，其分布布、长度度、宽度度、深度度的测量量可根据据不同情情况采用用测缝计计、设标标点、千千分表、、探伤仪仪以至坑坑探、槽槽探或钻钻孔等方方法。当土石坝坝的裂缝缝宽度大大于5mm，或或虽不足足5mm，但较较长、较较深或穿穿过坝轴轴线的，，以及弧弧形裂缝缝、垂直直裂缝等等都须进进行观测测。观测测次数视视裂缝发发展情况况而定。。（三）应应力、应应变和温温度观测测1．应力力、应变变观测在混凝土土建筑物物内设置置。我国大坝坝安全监监测经验验表明：：应力、、应变观观测比位位移观测测更易于于发现大大坝异常常的先兆兆。●重力坝：：常选择一一个溢流坝坝段和一个个非溢流坝坝段，对重重要工程和和地质条件件复杂的工工程还应增增加观测坝坝段。●拱坝：一般般选择拱冠处处的悬臂梁和和拱座断面。。●土石坝：常常选择1~2个横断面作作为观测断面面，在每个观观测断面的不不同高程上布布置2~3排排测点，测点点分布在不同同填筑材料区区。所用仪器器为土压计。。2．温度观测测温度观测：坝坝体内部温度度、边界温度度和基岩温度度观测。●在水闸的边墩墩、翼墙、底底板等土与混凝土建筑筑物接触处，，也常需量测测土压力。●混凝土面板坝坝的面板应力力观测，一般般选择居于河河床中部、1/4处及靠靠岸坡等有代代表性的面板板，其中应包包含长度最大大的面板。（四）渗流观观测1．土石坝的的渗流观测据国内外统计计，因渗流引引起大坝出现现事故或失事的的约占40％％。（1）浸润线线观测。实际际上就是用测测压管观测坝坝体内各测点点的渗流水位位。（2）渗流量量观测。将渗水集中到到排水沟中采采用容积法、、量水堰或测测流速方法进进行测量。常常用量水堰法法。（3）坝基、、土石坝两岸岸或连接混凝凝土建筑物的的土石坝坝体体的绕流观测测方法与以上上所述基本相相同。（4）渗水透透明度观测。。为了判断排排水设施的工工作情况，检检验有无发生生管涌的征兆兆，对渗水应应进行透明度度观测。2．混凝土建建筑物的渗流流观测●坝基扬压力力观测多用测测压管，也可可采用差动电电阻式渗压计计。●渗流量和绕绕坝渗流的观观测方法与土土坝相同。（五）水流观观测水位、流速、、流向、流量量、流态、水跃和水面线线等，一般用用水文测验的的方法进行测测量，辅以摄摄影、目测、、描绘和描述述，参见《测测流规范》。。对于由高速水水流所引起的的水工建筑物物振动、空蚀蚀、进气量、、过水面压力力分布等项目目的观测部位位、观测方法法、观测设备备等，参见《《高速水流原原型观测手册册》。二、仪器监测测【日】喜撰山山坝，是一座座抽水蓄能电电站上池心墙墙土石坝，最最大坝高H=91m。由由于坝较高，，库水位变化化急剧、频繁繁，所以布置置了很多观测测设备。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大坝坝安全10.3水工工建筑物监测测10.5水工工建筑物维修修本章的主要内内容：10.4大坝安全评价价与监控一、大坝定期期检查内容1.现场检查查现场检查包括括对坝体、坝坝基、坝肩以以及对大坝安安全有重大影影响的近坝岸岸坡和其他与与大坝安全有有直接联系的的建筑物等进进行巡视检查查。对混凝土坝、、土石坝、泄泄洪建筑物和和近坝库区检检查的部位和和重点各不相相同。10.4大大坝安全评价价与监控根据《水电站站大坝安全管管理办法》要要对大坝定期检检查，主要是是进行现场检检查和对大坝设计、、施工和运行行进行复查、、评价，评估大坝所处处的工作状态态类型（正常常状态、异常常状态及险情情状态），据据此向主管单单位提交大坝坝安全鉴定报报告。2.对设计、、施工及运行行的复查与评评价①复查勘测设设计数据与资资料；②复查设计标标准、结构设设计、水力设设计、坝基处处理设计等，，考查其是否否符合新近的的设计方法和和标准及客观观条件的情况况；③复查运行设设计的安全可可靠性及非常常情况大坝安安全设计，包包括放空水库库设计、泄洪洪能力数据等等；④复查查大坝坝维修修和改改建设设计，，分析析其对对大坝坝安全全的作作用。⑴设设计复复查内内容①复查查地基基处理理、坝坝体修修筑、、隐藏藏工程程的施施工资资料；；②复查查由施施工质质量问问题所所造成成的大大坝弱弱点及及隐患患，评评价它它们对对大坝坝安全全的影影响。。⑵施施工复复查内内容①复查查水库库第一一次蓄蓄水的的原始始记录录和分分析成成果；；②复查查运行行期的的观测测资料料和分分析成成果，，了解解大坝坝维修修和改改善的的历史史过程程和现现状，，评价价大坝坝的实实际工工作性性态。。⑶运运行复复查内内容：：二、评评价方方法目前常常用的的是综综合评评价安安全系系数和和风险险分析析等方方法。。国际大大坝委委员会会曾建建议一一个危危险状状况评评价表表（表表12–2）。。三、监监控方方法通过现现场观观测及及数据据处理理得到到大坝坝性态态（如如渗水水量、、位移移、应应力））的实实测值值E0，以以其与与监控控模型型求得得的预预测值值Ec进行行比较较（图图12–6），，若E0-EC＝R小于于容许许值t，属属正常常，否否则，，属：：①大大坝性性态异异常；；②荷荷载或或结构构条件件变化化；③③观测测系统统不正正常，，此刻刻都需需要采采取措措施或或找出出原因因。这这个过过程的的实现现需要要建立立一整整套观观测与与分析析系统统。这这个系系统能能够在在微机机辅助助下，，实现现大坝坝观测测数据据自动动采集集、处处理、、分析析与计计算，，能对对大坝坝性态态正常常与否否作出出初步步判断断和分分级报报警的的观测测。这这种自自动化化的观观测系系统是是保证证大坝坝安全全的重重要手手段，，与人人工观观测系系统相相比，，具有有：①①快速速、及及时、、多样样、反反复比比较；；②可可靠性性大；；③费费用低低等特特点。。典型型的监监控系系统（（拱坝坝）如如图12––7所所示。。图12–6大坝安全监控框图四、监控控模型1.数学学模型根据正常常运行状状态下某某一效应应量（如如位移））的实测测数据通通过统计计分析建建立起来来的效应应量与原原因量之之间相互互关系的的数学模模型。只只要原因因量（如如水位、、温度））在运行行变化范范围内，，则可预预测今后后相应关关系的效效应量。。回归分分析是建建立统计计数学模模型的一一种主要要方法。。统计模模型建立立后，将将模型取取得的解解析值与与实测值值进行比比较，即即可获得得大坝工工作性态态的有效效信息（（图12–8））。图中中t为时时间，Q为渗流流量，T为温度度，H为为水位，，R为雨雨量，δδ为位移移，σ为为应力。。⑴统计计模型是以水工工设计理理论为基基础，依依据大坝坝的环境条条件、受受荷状况况、结构构特性、、建筑物物及坝基材材料的物物理力学学参数演演绎计算算，并结结合实测测值的信信息反馈馈，对计计算假定定和参数数进行调调整后建建立起来来的原因因量与效效应量之之间的因因果关系系式。它它代表大大坝及坝坝基在正正常运行行状态下下效应量量的变化化规律。。使用这这一模型型可以预预测以后后某一时时刻在某某一环境境和荷载载条件（（如水位位、温度度）下的的某一效效应量（（如位移移）。当当在同种种条件下下某一效效应量的的实测值值与模型型预报值值之差，，处于容容许的范范围之内内时，则则认为该该部位处处于正常常状态，，否则为为不正常常。一般般可按三三维有限限元法分分析计算算，其工工作流程程如图12–9所示。。⑵确定定性模型型如：温度度分量用用统计模模型，水水位分量量用确定定性模型型建立起起来的一一种数学学模型。。⑶混合合模型2.数据据库例，一座座混凝土土坝的安安全监测测数据库库系统，，需要有有一个仪仪器观测测数据库库(坝体体变形、、温度、、接缝、、基岩变变形、应应力及应应变、扬扬压力等等分库)和工程程情况库库(上、、下水位位、气温温及水温温、闸门门、发电电钢管等等分库)。应用用软件能能够对大大坝观测测数据的的各类数数据库文文件进行行管理。。第十一章水水工建筑物管管理10.1概述述10.2大坝坝安全10.3水工工建筑物监测测10.5水工建筑物维维修本章的主要内内容：10.4大坝坝安全评价与与监控一、水工建筑筑物的养护养重于修，修修重于抢。发现问题，及及时处理。（1）土石坝坝坝顶、坝坡应应保持整齐清清洁，填塞坝坝面的裂缝、、洞穴和局部部下陷处，防防止排水设施施淤塞，及时时修复因波浪浪而掀起的块块石护坡等。。10.4水水工建筑物维维修（2）混凝土土及钢筋混凝凝土建筑物填塞混凝土裂裂缝，处理疏疏松或遭侵蚀蚀的混凝土，，随时填满分分缝止水沥青青井中的沥青青，放水前清清除消力池中中的杂物，保保持排水系统统通畅等。（3）钢结构构定期除锈、涂涂油漆，检查查铆钉、螺栓栓是否松动，焊焊缝附近是否否变形。闸门门应定期启动，以防止止泥沙淤积，，橡皮止水如如有硬化应及及时更换。（4）木结构构应尽量保