混凝土坝变形监测情况调查

2012-06-13王玉洁

大坝与安全 2012年2期

沈静，王玉洁

（国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州 310014）

0 概述

2009年度完成定检的有19座大坝，按主坝坝型分，有重力坝12座、拱坝3座、面板坝3座、面板支墩坝1座，除3座面板坝外，将其余16座统称为混凝土坝。16座混凝土坝按工程等别分，有一等工程5座、二等工程2座、三等工程9座，16座大坝均被评为正常坝。

为深入了解水电站大坝的安全监测工作情况，掌握了解监测系统的实际运行状态，针对2009年度开展定期检查的16座混凝土坝，结合其监测系统评价，对其变形监测所使用的监测方法进行统计，对观测精度等进行分析。

1 变形监测方法

2009年度定检混凝土坝变形监测方法统计见表1。从表1来看，混凝土坝水平位移观测主要采用视准线、引张线、正倒垂线，其余还有交会法、大气或真空激光准直系统。垂直位移观测绝大部分采用几何水准，其余还有静力水准、真空激光准直系统。坝体挠度观测主要为垂线观测。大坝水平位移校测方式除平面控制网外，主要还有垂线法；垂直位移校测方式主要采用高程控制网。2座大坝的坝顶垂直位移未进行观测。

2 使用情况及精度分析

2.1 坝顶水平位移

16座混凝土坝中，坝顶顺河向水平位移采用视准线观测的大坝有8座，占50.0%；采用引张线观测的有8座，占50.0%；采用垂线观测的有4座，占25.0%；采用交会法、大气激光分别有1座，各占6.3%；采用真空激光观测的有2座，占12.5%。6座大坝采用2种方法观测，2座大坝采用3种方法观测。兼测坝轴向位移的有5座，其中1座为采用交会法观测，4座采用垂线观测。

视准线、交会法均为人工观测，除2座大坝的引张线采用人工观测外，其余观测方式均为自动化观测。

采用视准线观测的8座大坝中，4座大坝的观测精度较高，过程线规律性强；另外4座大坝的观

测精度不高，测值反映的是相对于工作基点的变形情况，工作基点位于两端稳定基岩上，虽然观测方法、观测限差均满足要求，但由于坝低，受误差影响较大，观测精度不高。

表1 2009年度定检混凝土坝变形监测方法统计表Table 1:Statistics of deformation monitoring methods for concrete dams during the regular inspection in 2009

采用引张线观测的8座大坝中，6座观测精度较高，过程线规律性强；1座大坝的引张线测线仅42.3m长，测值变化无规律，且自动化仪器不能正常工作。

采用垂线观测的4座大坝中，有1座观测精度较高，过程线规律性较好；1座观测精度尚可；1座观测精度一般，部分正垂线实际挂重不足，部分倒垂线实际浮力小于规范要求，部分垂线坐标仪损坏，传感器现场测试数据与自动化测读数据相差较大，各自动化仪器之间信号相互干扰；另外1座坝观测较差，自动化系统运行可靠性较差，异常跳跃现象突出，同时大部分测点人工与自动化测值相差一个常数。

采用交会法观测的大坝仅有1座，其观测方法、观测精度满足规范要求，观测成果过程线平顺，年周期规律明显，能较好地反映坝顶水平位移的实际情况。表明只要观测方法准确，严格按照相关规范进行观测，控制观测误差，坝顶水平位移采用交会法观测也是可行的。

采用大气、真空激光准直系统观测的大坝有3座，其中1座的大气激光准直系统原采用人工观测，实测精度相对偏低，2003年5月之后实现了自动化观测，实测精度有所提高。另外2座大坝的真空激光准直系统观测精度较高，其中1座的真空激光准直系统可实现对大坝的水平位移和垂直位移两向监测，水平位移测值规律较好，垂直位移规律性差。

2.2 坝顶垂直位移

坝顶垂直位移除2座大坝未进行观测、1座仅采用真空激光准直系统观测外，其余的13座大坝均采用几何水准观测，2座的观测精度不高，过程线规律差；其余大坝的观测精度均较高，测值规律性较好。

其中1座大坝2003年以前大坝垂直位移采用静力水准进行观测，后废弃，2007年开始采用几何水准测量。由于坝顶测点位于公路桥上，来往车辆多，桥面震动大，对观测干扰较大，且目前采用三等水准测量，不满足规范要求，工作基点距离大坝太近，稳定性不好，导致精度不高。

另外1座大坝坝顶垂直位移观测按二等水准测量进行，观测频次为1次/季，未设置控制网进行校测，不满足规范要求。测值数据略有年周期性变化，但1993年和2003年垂直位移均有一台阶状跳跃。

采用静力水准观测的大坝有2座，其中1座静力水准未设标定墩，也无人工读数尺，同时测值过程线无规律，无法反映大坝变形性态；另外1座观测精度、过程线规律性尚可。

采用真空激光准直系统观测的大坝总共有2座，1座大坝的真空激光准直系统垂直位移观测精度较高；另外1座的真空激光准直系统垂直位移过程线的测值不连续、没有规律，有较大波动的地方较多，对比几何水准观测的成果，吻合情况不是很好。

2.3 坝基水平、垂直位移

坝基水平位移观测主要采用引张线和垂线，分别有2座和6座大坝，垂线为顺河向、坝轴向双向监测；观测坝基垂直位移的有3座大坝，均采用几何水准观测。1座大坝同时采用静力水准观测，它的几何水准测值较凌乱，规律性不明显，精度偏低；静力水准受管路漏液及传感器“零漂”的影响，精度也不高。另外1座的正垂线左右岸方向测值稳定性较差，该垂线的重锤重量偏低，可能线体松弛影响了测值的准确性。其余电站坝基水平、垂直位移观测精度较好。

2.4 坝体挠度

坝体挠度观测主要采用垂线和交会法，分别有6座和1座大坝，垂线为顺河向、坝轴向双向监测。采用交会法观测的大坝，实测精度尚可，测值基本能反映坝体各部位的水平位移，但对存在较大位移的工作基点的校测成果未修正至测点测值中，势必影响测点测值的准确性。

2.5 水平、垂直位移工作基点的校测方式

水平位移工作基点的校测方式主要采用平面控制网和垂线，分别有6座和9座，占37.5%和56.3%。2座大坝2种方法兼有；3座大坝没有对工作基点进行校测；1座大坝的引张线采用垂线进行校测，但视准线工作基点没有校测方式。

垂直位移工作基点的校测方式主要采用高程控制网和双金属管标，分别有7座和3座，未设垂直位移校测的共有8座大坝，其中1座的静力水准系统采用双金属管标进行校测，但对几何水准工作基点没有进行校测。另有1座的真空激光准直系统的垂直位移采用静力水准校测，但静力水准精度不高。

采用平面控制网校测的大坝仅1座，网点稳定性较好，其余均存在个别网点稳定性不好的问题；采用垂线校测的大坝观测精度总体较高，对于工作基点没有放在两岸稳定基岩上的，垂线的校测结果应及时反映到大坝的位移观测成果中。

采用高程控制网校测垂直位移工作基点的大坝，测量精度基本满足规范要求，仅1座大坝的2个水准网点稳定性较差，其余大坝水准网点稳定性均较好；静力水准一般采用双金属管标校测，有4座大坝的双金属管标测头位置金属连接件较细长，刚度较小，且端头未安装固定护套，可能会由于气温或外界的干扰影响测值稳定。

2.6 其它监测项目

存在边坡问题的大坝较少，仅有2座，分别采用交会法、三角高程法和几何水准观测，观测精度总体尚可。接、裂缝监测一般采用测缝计，测缝计总体精度较高，采用游标卡尺观测的2座大坝精度也尚可。1座大坝有坝基倾斜监测，采用静力水准观测，部分测点钵体或管路存在轻微的漏液或蒸发现象。其余观测项目观测精度均较好。

3 自动化情况

对采用自动化观测变形的大坝和自动化仪器类型进行统计，见表2。有13座大坝变形监测采用垂线，由表2可见，10座大坝的垂线观测采用自动化观测，其中6座大坝采用电容式仪器，占60.0%；3座采用另一厂家的步进电机式，占30.0%；另1座采用CCD型光电式，占10.0%。有4座大坝没有人工比测，占40.0%。3座大坝的垂线自动化系统可靠性差或较差，1座大坝的实测数据规律性差。

有8座大坝变形监测采用引张线，由表2可见，6座大坝的引张线观测采用自动化观测，采用电容式为2座，占33.3%；采用步进式为3座，占50.0%；采用CCD型光电式为1座，占16.7%。有4座大坝没有人工比测，占50.0%。1座大坝的引张线自动化系统准确性、可靠性均较差，但实测数据规律性较好，1座大坝的实测数据规律性差。

有5座大坝变形监测采用静力水准，由表2可见，5座大坝的静力水准观测均采用自动化观测，均无人工比测。有2座大坝的实测数据规律性差。

表2 2009年度定检混凝土坝变形自动化观测仪器统计表Table 2:Statistics of deformation monitoring instruments for concrete dams in the 2009 annual inspection

表3 2009年度定检混凝土坝变形监测系统存在问题统计表Table 3:Problems in the deformation monitoring systems for concrete dams in the 2009 annual inspection

总体而言，16座混凝土坝中，采用自动化监测程度较高，总体自动化观测的准确性、短期稳定性、可靠性、实测数据均较好，仅个别电站较差。

4 存在问题

将变形监测系统存在的问题分为7类：监测项目完备性（5座，其中2座存在多个问题）、测点布置合理性（2座）、观测测值可靠性（9座，其中4座存在多个问题）、观测方法合适性（9座）、计算方法正确性（2座）、观测仪器合格性（11座，其中4座存在多个问题）、观测频次达标性（2座），具体见表3。存在问题比较突出的是监测项目完备性、测值可靠性、观测方法合适性和仪器合格性，如有4座大坝的表面位移观测工作基点无校测方式，属于监测项目不完备，需要增设；7座大坝都存在倒垂线浮子实际浮力不足的问题，属于观测仪器不合格，解决的方法是增加油量或者更换体积更大的浮子；有6座大坝的位移测值精度偏低，可靠性较差。