基于水利工程建筑物观测

2014-04-02张明坤

黑龙江水利科技 2014年7期

关键词：土坝铆钉水工

张明坤

(五常市河道管理处，黑龙江五常150200)

基于水利工程建筑物观测

张明坤

(五常市河道管理处，黑龙江五常150200)

在大中型水利工程设计与建设中，对于重要的建筑物必须设计并实施安装观测设备，以便对建筑物进行观测检查。其观测资料是掌握工程动态，保证工程安全运用的一个重要手段，特别是一些较大型工程，观测工作更为重要。文章对水工建筑物的主要观测项目及观测内容作了概述，重点放于渗透、沉陷、位移及裂缝等。

水工建筑物;观测检查;渗透性;位移;沉陷;裂缝;安全运行

0 前言

在大、中型水工建筑物设计中，根据建筑物的功能与运行确保其安全稳定，设计者便已根据实际需要安排了适合的观测设备，以便在工程投入运行后进行不同分类项目的观测。一些建设很早的工程，也可根据需要，在加固消险中补建一些观测项目。

对水工建筑物进行观测，是掌握工程动态，保证工程安全运用的一个重要手段，特别是一些较大型的工程，观测工作更为重要。同时，通过长期观测，还可为设计、施工、管理和科学研究积累宝贵的资料。所以，管理部门必须对一些重要的水工建筑物进行经常、系统的观测工作。

工程观测的项目很多，管理单位可根据工程规模、类型、重要性等情况选定，并应建立观测制度，及时整理和分析观测资料，使观测工作更好地为工程管理服务。

1 各类水工建筑物的主要观测项目

据不完全统计，各类水利工程建筑物的观测项目多达上百种，本文选择常见的一些项目加以阐述。

1)土坝(包括渠道高填高，高边坡)沉陷、裂缝、位移、浸润线、渗流量、渗水浑浊度、固结、坝基渗水压力、绕坝渗流。

对于水中倒土填方及水力冲填坝则必须观测固结和孔隙压力。

渠道高填方及高边坡主要进行沉陷与位移观测。

2)混凝土坝及砌石坝沉陷、裂缝、位移、渗流量、混凝土温度、混凝土应力、绕坝渗流、渗漏水质分析、坝体渗水扬压力、钢筋应力、震动、伸缩缝、扬压力、脉动压力、过水面压力分布。

对于重力坝必须观测扬压力和基础沉陷。

3)水闸上下游河床变形、水流形态、闸基扬压力、沉陷、裂缝、位移、绕过两岸的渗流、波浪、伸缩缝、震动、脉动压力。

4)隧洞和泄水管水流形态、下游河床变形、进口淤积、洞身变形、外水压力、漏水量、负压、气蚀、进气量、震动。

5)库区库区淤积、库区坍岸、波浪、水面蒸发—水湿等。

其他水工建筑物可参照上述要求，确定观测项目。

所有工程，如有裂缝、冰冻剥蚀等破坏现象，也应进行相应观测［1］。

6)河道观测包括河床演变观测、河势观测、河口观测(尚未包括水文情势诸多内容的观测)。

2 工程观测的方法

工程观测的方法分为3类:

1)一般观察就是用眼看、耳听、手摸，或辅以简单工具(如手锤、小刀)进行观察，及时发现建筑物裂缝、渗漏、冲刷、悬空等变异损坏现象。

2)活动仪器观测用精密测量仪器(水准仪、经纬仪等)，对建筑物的特设标点(如沉陷、位移标点、测压管等)进行观测。

以上技术均采用于20世纪90年代以前，现在已多采取GPS测量。

另对水工建筑物隐患探测有维探法隐患探测、同位索法探测、电法探测等。

3)固定仪器观测利用专门埋设在建筑物内部的固定设备，直接读数来观测记载。如电阻应变计、压力计等。

本文只就一般常用的观测项目(如土坝渗透、位移、沉陷、裂缝)加以概述。

3 工程的一般观察

为了掌握建筑物表面状态的变化情况，必须经常进行一般观察。一般观察的内容、次数、时间、顺序、应根据建筑物各部位的具体情况全面安排。对主要建筑物的主要部位，原则上每天要进行观察;对某些发展缓慢，不致骤然影响建筑物安全的可减少观察次数;在汛期或水位高于正常水位期间以及建筑物有不正常情况时，应加强观察，必要时，应对可能出现险情的部位昼夜监视。

在观察中发现的不正常开发部，应作详细记载，及时分析研究，进行处理。对比较复杂或正在发展中的问题，应继续观察或用仪器观测。

3.1 土工建筑物的一般察项目

1)有无裂缝，裂缝要注意观察有无滑坡迹象，横缝要注意观察是否能形成漏水通道。

2)有无獾窝、鼠洞等隐患痕迹。

3)背水坡及坝脚一带有无散浸、渗水、鼓泡、跌窝、管涌等现象。

4)有无滑坡、坍陷、冲刷、鼓肚等现象。

5)护坡有无裂缝、错位、坍陷、悬空等现象。

3.2 混凝土建筑物的一般观察项目

混凝土建筑物的一般观察，包括裂缝、渗漏、磨损、气蚀和伸缩缝填充料变化等项。

3.2.1 裂缝

裂缝细微时，可用放大镜检查其长度、宽度、走向等情况。并在裂缝两端用油漆作出标记，继续观察其发展情况。

3.2.2 渗漏

发现渗漏时，应观察其位置、面积和渗漏程度，并注意有无游离石灰(反碱现象)及黄锈(钢筋锈蚀)等析出。

渗漏程度可为湿斑点和漏流两类，漏流又可分为滴流、细流、射流3种。

渗漏量视渗漏情况不同，可选用以下方法测定:

1)用脱脂棉花和纱布，先称好重量，然后铺贴于渗漏面上，吸收渗漏水，经过一定时间，取下再称其重量，即可算得渗漏水量。

2)将渗漏水引入量杯或其它容器，量其漏水量。

3.2.3 磨损

用水锤敲开混凝土表面，判断有无离层、空洞、疏松等现象。并观察混凝蚀深度，有无钢筋露出情况。

3.2.4 填充料

观察伸缩缝内填充物有无流失和有无漏水现象。

3.3 金属结构和启闭机的一般观察项目

金属结构的一般观察，包括裂纹、开焊、油漆脱落、锈蚀、铆钉或螺栓松动，变形等项:

观察金属结构是否有裂纹或开焊现象，可用下列方法:

1)察看金属表面。如表面有一条凸起的红褐色铁锈，附近有流锈或油漆开裂的地方，就可能有裂纹。

2)用木锤敲击金属构件，从发出的声响来判断;如声响苍垭而不清脆，传声不均，有突然中断现象，就是在附近有裂纹。

3)在发现有裂纹迹象的附近，将煤油滴在金属表面上，观察其渗开情况，如油渍不成圆弧形渗开，而在某处截然渗印成线条，该处即有裂纹。

4)对于焊缝，可在焊缝的一面涂一层粉笔灰，然后在反面涂上煤油，在有贯穿形裂纹或开焊的位置，可以看出煤油渗透痕迹。

对金属结构表面，应观察有无油漆剥落、生锈现象。对金属结构的铆钉是否松动，可用下列方法进行观察:

1)在铆钉头处有水锈痕迹或周围油漆有裂纹，就是铆钉有松动现象。

2)用小锤轻轻敲打铆钉两侧，若发出哑声或震动的声响，就是铆钉有松动现象。

3)用小锤敲打铆钉的一侧，同时用手指按着另一侧，若感觉到震手或铆钉颤动，即是铆钉有松动现象。

对启闭机械，应观察运转是否灵活，有无不正常的声响和震动，传动机和承重构件上有无损坏磨损，地脚螺丝是否松动，制动器是否有效、润滑油剂是否充足，安全防护是否完好等。

3.4 其它一般观察项目

1)在水工建筑物行水期间，必须经常对水流形态进行观察。一般包括:进口段水流是否平直，出口水跃或射流形态及位置是否正常稳定，跃后水流是否平稳，有无折冲水流、摆动流、回流、滚波、漩涡、水花翻涌等现象，河床及渠道两岸有无冲刷淤积现象。

2)对砌石建筑物应观察有无裂缝、块石松动、勾缝脱落等现象。

3)对木结构应观察有无腐朽、破裂、虫蛀、螺栓松动、脱榫、弯曲、油漆脱落等现象。

4 几项常需进行的观测

4.1 土坝渗透观测

土坝渗透观测的内容一般包括土坝浸润线、土坝渗透流量、绕坝渗流、坝基渗透压力以及渗水的浑浊度等项目。

通过这些项目的观测，可以了解土坝渗透的客观规律，判别坝体以及排水工程安全状态及工作情况，及时发现工程缺陷及异常变化，及时进行改善补强，保证工程安全。

渗透观测的次数与土坝工作状况和水文情况有关。坝体浸润线在工程初次蓄水期间，应每天观测一次。

以后正常运用期间，如库水位低于正常水位，观测次数可以减少，但最少每10d需观测一次;库水位高于正常水位时，应随着库水位的上升，逐步增多测次。

无论库水位高低，一旦发现渗漏情况异常，必须及时加测;在工程运用初期或水库水位高于正常水位时，应每日观测1-2次。当库水位低于正常水位，渗流量变化规律已基本掌握的情况下，观测次数可以减少到5d一次。

但是，如果发现渗流量有异常变化(如水变浑、管涌等)，不论库水位高低，必须及时加测。观测渗流量的同时必须观测水库上、下游水位等有关项目。

4.2 平面位移观测

为了掌握水工建筑物平面位移的规律，如位移与水头、温度以及时间的关系等，以指导工程管理运用，各重要建筑物均应进行平面位移观测。

在建筑物施工过程中，就应设立观测标志，以便及时观测。在施工阶段及竣工后头1～2 a年内，一般每月观测一次。以后随着建筑物变形趋于稳定，测次可逐步减少，但每年不得少于两次。当上游水位接近设计水位、校核水位或高于历年运用最高水位以及建筑物发生显著变形时，应增加测次。进行平面观测位移时，还应同时进行上下游水位、沉陷等观测，混凝土地及砌石建筑物，还应进行气温、水温、砌体、温度等有关因素的观测。

4.3 沉陷观测

水工建筑物的沉陷情况也是判断其工作状态及安全程度，以指导工程管理运用的重要手段。

沉陷又称垂直位移。沉陷观测的方法，是在建筑物上安设沉陷标点，并以地面上设置的工作基点为标准，对沉陷标点进行精密水准测量，以求得建筑物各个部位在不同时期的沉陷量。

为了精确的掌握工程沉陷情况，建筑物施工时，就应设立水准水准基点、工作基点和沉陷标点，及时开展观测。

施工期间，混凝土建筑物浇筑后第二天即应开始观测，以后每次浇筑和增加荷重之前后各测量1次，直至全部浇筑完成完成为止;土坝可随坝高增加划分几段进行观测。建筑物竣工后1～2 a内，应每月观测1次，以后若深陷量很小，测次可适量减少，一般要求大型建筑物不少于4次，中型建筑物每年不应少于两次。如在观测中发现沉陷量有显著增加或工程遭遇罕见洪水、地震等特殊情况，均应增加测次。

为了保证观测精度，应尽量采用精密水准文件名观测，观测前应仔细校正仪器。要求往返测量的误差值;对混凝土及圬工建筑物一般≤±1.4 mm;对土工建筑物≤±2.8 mm(式中n为测站数)。