水工建筑安全监测知识讲座课件

中国电建集团昆明院李毅水工建筑物安全监测基础知识讲座

中国已建大型水工建筑

（三峡工程、糯扎渡工程）

Contents目录01020304水工建筑物安全监测目的和意义监测项目主要划分监测仪器分类简介监测工程应用实例Chapter1水工建筑物安全监测目的和意义目的：

(1)分析和评价建筑物的安全状态

(2)验证参数设计

(3)反馈设计施工质量

(4)研究变形规律及预报意义：通过安全监测工作及早发现问题和隐患，及时补强加固，防患于未然，保证水工建筑物持久安全地运行。监测项目主要划分变形渗流环境量应力（应变）地震反应水平位移垂直位移剪切位移挠度渗水压力渗流量结构应力荷载应力混凝土、板材应变上下游水位降雨量施工状态温度、湿度Chapter2术语和定义变形：物体受外力作用而产生体积或形状的改变。挠度：建筑的基础、上部结构或构件等在弯矩作用下因挠曲引起的垂直于轴线方向的位移。渗流：是泛指流体在多孔介质内的流动。渗流量单位L/s或m3/s。坝基杨压力：包括上浮力以及渗流压力。上浮力是由坝体内部水深产生的，渗流（透）压力是由上下游水头产生的。在水头的作用下，水流通过裂隙、软弱破碎带进入坝体而产生静水压力。应力：是指单位面积上受力的大小，单位一搬以兆帕（MPa）表示。在流体力学中习惯用压强，在固体力学中则用应力称呼。应变：在受力条件下单位长度的变形量，单位以1/106（με）表示。监测项目施工主要规范DL/T5259一2010土石坝安全监测技术规范DL/T5178一2003混凝土坝安全监测技术规范GB/T22385一2008大坝安全监测系统验收规范

记量单位及方向定义Chapter3监测仪器组成及分类传感器（工作原理）辅助设备差阻式（Z、R）震弦式（f）光纤光栅(λ)信号传输(电缆、光纤)显示记录仪配套软件工具电位器（v）标尺测读

测斜仪主要部件：记录仪、传感器（探头）、信号传

输电缆。在边坡监测中较为普遍，应用于探测岩体不同深

度的变形。测斜仪（加拿大）电测水位计、电磁沉降仪、测量专用水准仪和全站仪水管式沉降仪、引张线水平位移计水管沉降仪和引张线水平位移计的埋设水管沉降仪和引张线水位移计观测枝术要求埋设前根据测点位置及管线距离，预留足够的配套连通管、铟钢丝长度，禁止埋设过程出现接头。对配套管线做好标志，防止埋设过程中造成错乱。埋设过程对测点、测线、管路坡降、观测房位置进行准确测量，相互对应。水管沉降仪管路坡降不低于1%，便于排水管能正常排水。水平位移计管线保持在同一水平面及同一方向，与下游观测房室内出口位置相对应。水管沉降仪连通管容易在安装埋设过程，以及后期坝体变形中造成折断、渗漏或堵塞，做好相应的保护。水平位移计测头和终端用铟钢丝连接，埋设过程防止测线间相互缠绕。水管沉降仪正常读数期间，有可能因为连通管路出现渗漏、堵塞或留有空气段，以及开关渗漏、温度变化等原因造成系统误差较大，应及时检查校核。土石坝一搬都会产生较大沉降变形，及存在不均匀沉降，这对水平位移观测结果的真实性评价及修正提出了新的研究课题。水管沉降仪温差效应试验研究温差效应从理论上分析认为，在坝体里埋设的沉降仪测点部位，温度一般不会有大的变化，而现场观测房内温度变化则很容易受到外界环境温度的影响，当室内温度上升，大气压力减小，测点部位的大气压与室内不一致，从而发生测量管内水位上升，实测沉降变形出现减小的变化特点。试验方法在同一间观测房内选择4套沉降仪进行1天内的连续观测，读数间隔时间30分钟，同时记录温度的变化。试验结果表明测量管水位在温差1.5℃以内变化不大，当温差达到6℃左右，测量管水位上升最大值约3.5㎝，变化过程见下图。云南普西桥水电站边坡监测云南龙马水电站边坡与大坝监测云南滇池草海疏浚工程Chapter4监测工程应用实例云南普西桥水电站边坡失稳原因分析

（1）塌方段基础地质条件较为软弱，有陡倾角滑面存在，滑面倾角52°～42°，使得岩体本身抗剪强度较小，不利于边坡稳定。

（2）塌方段上部锚拉板施工完成后对下部基础形成加载。公路上重车来往频繁对该部位边坡具有一定的扰动。另外，由于天气反常，11月仍出现较大降雨量，雨水通过裂缝进入岩体内部加速了边坡变形并促成塌方。云南普西桥水电站边坡表观测点变形过程

云南普西桥水电站锚索测力计安装为检验锚索测力计与千斤顶设备的匹配性能，安装前先做现场联合标定，以排除锚索张拉过程中可能存在的设备问题。分级张拉至高压阶段要特别关注千斤顶压力表读数是否稳定，及伸长值的变化，防止可能出现锚固段变形大或破坏情况发生。卸压阶段要保持合适的降压速度，禁止压力突降而产生较大的应力损失。当出现测力计测值与千斤顶压力值对比偏差较大时，需要检查预紧设备是否工作正常，锚具夹片在卸压后可能存在未完全夹紧而产生应力损失。

云南龙马水电站边坡失稳原因分析

边坡产生变形的原因是随着下部切脚开挖形成临空，上部岩体失去赖于稳定的支撑作用后不断发生剪切变形。另外，变形体正好处于两组完整交错结构面之间，存在软弱结构面，不利于岩体稳定。边坡塌方的主要原因是开挖后的支护工作未能及时跟上，使得大量雨水渗入到软弱结构面降低了岩体本身抗剪强度，从初期变形直至失稳。

云南龙马水电站溢洪道边坡表观测点变形过程

云南龙马水电站大坝渗漏成因分析（渗流）大坝渗流汇集量水堰流量——上游水位相关过程曲线2008年6月7日库水位高程在610m的渗流量46.5L/S，7月8日的库水位633m的渗流量117L/S。在此期间渗流量变化量与库水位变化量的比值约3:1，即库水位每上升1m，渗流量约增加3L/S。

2008年9月21日到10月10日，库水位从632m上升到639m，渗流量从128L/S增加到184L/S，当库水位上升7m，渗流量增加了56L/S，渗流量变化量与库水位变化量的比值约8:1，即库水位每上升1m，渗流量约增加8L/S。

根据监测成果分析，大坝蓄水后，随着库水位不断上升，渗流量不断增大，在高水位运行阶段的大坝渗漏量尤其明显。

云南龙马水电站大坝渗漏成因分析（变形）大坝渗流量的变化与坝体的变形具有相关性，当渗流量增加，变形速率也明显增大。

大坝在高水位EL.639m运行阶段的2008年10月，坝顶的两条视准线L2和L3变形速率都明显上升，其中面板顶部L2测线中部测点TP-05月内平均沉降速率达2.05mm/d，坝顶L3测线测点TP-05变形速率达1.6mm/d。

面板顶部L2视准线：坝轴线中部沉降最大238.9mm，水平位移也最大137mm，变形规律性是中部大，两端小。观测时段07年9月1日到2009年2月9日，从面板施工完成到初测滞后约2月。大坝顶部视准线测点沉降过程曲线大坝顶部视准线测点水平位移过程线右岸溢洪道边墙与面板接合部桩号0+315，周边缝止水橡胶板被揭开，原设计施工缝允许开度1.2cm，实际最大开度约15cm，裂缝从坝顶往下由宽变窄，延伸总长约36m，高程640m～619m。由于面板与溢洪道边墙间产生不均匀性沉降，止水GB三复合橡胶盖板已展开绷紧，面板向下沉降后铜止水断裂开度最大约10cm。中部三条垂直缝（桩号0+156、L1与R1面板间J13缝；桩号0+144、L1与L2面板间的垂直缝J12；桩号0+132、L2与L3面板间的垂直缝J11）两侧、面板内表层钢筋以上混凝土出现挤压破坏。左岸桩号0+21、面板L11与L12间垂直缝张开最大5cm，并有相互错台现象，错台高差3～5cm，裂缝延伸总长21m，高差640m～628m。云南龙马水电站大坝渗漏成因分析（检查）大坝周边缝铜止水断开面板中部混凝土挤压破坏

溢洪道边墙与面板接合部裂缝张开面板左岸桩号0+21施工缝错动张开云南龙马水电站大坝渗漏处理过程右岸周边缝止水损坏范围，首先把原损坏铜片止水重新置换，加长铜片鼻高以增大可延伸长度，止水表面用粉煤炭套钢罩替代了原有的橡胶止水模式。左岸0+21施工缝处理，主要进行橡胶止水的置换。面板中部混凝土挤压破坏区域，首先凿出内置钢筋以上混凝土，然后重新浇筑。面板表面细小裂缝采取涂涮处理。新增监测仪器测缝计8支，对施工缝处理部位后期变化进行观测。2009年4月底，完成了面板检查、消缺等工作。溢洪道边墙与面板接合部复合止水增加粉煤炭套钢罩面板中部桩号坝0+146、施工清除破损混凝土溢洪道边墙与面板接合部铜止水修复云南龙马水电站大坝渗漏处理效果评价龙马水电站后续监测成果表明，大坝渗流量处理前后对对比减小了30%左右，变形速率有较大幅度减小。由于大坝变形还在继续，需进一步观测。大坝自蓄水以后经历了3次最高水位，第1次08年10月10日，库水位638.9m，量水堰流量184L/S；第2次09年8月20日，库水位638.4m，量水堰流量129L/S；第3次10年8月24日，库水位639.3m，量水堰流量125L/S。历年渗流量对比不断减小。大坝2009年度累计最大沉降量65.1mm，最大水平位移37.5mm，坝高1/2以下的变形20mm内较小，基本稳定，高高程的变形还在继续，但已历年相比有明显减小。面板顶部L2测线和下游坡面观测房上的监测点取得了2008年度完整资料，与2009年度变形具有较好的可比性。水平位移：2008年度L2测线上测点的累计位移为总量的62.8%～70.3%，2009年度减小到11.7%～16.3%，最大减幅53.7%；下游坡面测点变形最大减幅18.9%。沉降量：2008年度L2测线上测点的累计位移为总量的60.8%～68.9%，2009年度减小到14.4%～21.1%，最大减幅54.5%；下游坡面测点变形最大减幅43.3%。溢洪道边墙与面板交接部位进行消缺处理后，在高程636m安装的测缝计J-21累计开度14.4mm，2010年开度变化7.7mm，说明该部位裂缝还有所张开。云南滇池草海疏浚工程

软弱基础深层变形测试枝术与应用滇池周边地基软弱，天然承载力普遍很低，给疏浚工程围埝施工带来较大困难。本章介绍对围埝基础深层变形进行监测，实现指导施工之目的。围埝基础内部变形，采用两类仪器进行监测。一类是由国内生产的钻孔电磁沉降仪，用于观测基础在外加荷载阶段，不同深度土层相应产生的压缩变形量；另一类是美国SINCO公司生产的移动式钻孔测斜仪，观测的是基础不同深度产生的水平位移量（挠度）。软弱基础变形特点及施工监控

围埝基础主要变形特点是即使施加了小荷载，也会产生很大的压缩变形量，在最软弱部位容易产生滑动带。

⑴填筑初期，压重平台荷载控制在0.01MPa～0.03MPa，沉降变形速率控制在5mm/d以内，在此阶段沉降速率不宜太大，防止基础及早破坏。5～10天后，如果变形速率没有较大变化，再继续加高，施工垒筑速率为二层填料袋/d。

⑵当垒筑荷载达到0.04MPa～0.07MPa，深层也会产生变形，最为软弱地段产生滑动带。如果沉降变形速率超过15mm/d，建议施工及时调整垒筑速率；当确认基础开始产生破坏变形时，则要求施工立即停止加载，并采取相应处理措施。

⑶吹填期内沉降变形速率一般较小，主要以水平