关于几种大坝安全监测仪器可靠性评价方法的探讨

杨绍兴

摘要：为了监测大坝应力及应变，在大坝上埋设了很多传感器，它们对大坝的性态进行实时的监测。但是随着传感器长期的使用，也会出现很多质量问题，本文针对大坝中测量仪器和监测方式进行简单评估，探讨问题及解决措施。

关键词：大坝安全，检测方式，检测项目

1引言

随着大坝在长期的运行过程中，内部安全监测仪器的可靠性和稳定性也得到降低。为了找出大坝安全监测仪器的现状，准确区分现有仪器和不可用仪器，有必要按照一定的方法对监测仪器进行全面监测。检查和鉴定。

2钢弦式仪器检测

最近十年，钢弦式仪器在大坝安全监测中获得了广泛的应用。由于钢弦式仪器的结构简单、体积小、精度高，具有很好的长期可靠性及稳定性，频率信号可以远距离传输等优异特性，钢弦式仪器在许多地方基本取代了电阻式等传统的传感器。

2.1采用孔隙水压计监测

在中国的土石坝均采用孔隙水压计监测坝体的孔隙水压力和坝基扬压力。施工期在心墙中设置孔隙水（渗）压计监测心墙的孔隙水压，以便能通过调整相应的施工进度避免过高的心墙孔隙水压。

大多数土石坝的扬压力监测，主要是将渗（扬）压计放人标准的测压管中进行的。在许多老坝中，现存的测压管直径通常偏小，渗（扬）压计尺寸的微型化至关重要，某公司钢弦式仪器直径最小可达lmm，从而无需扫孔即可直接放人绝大部分工程的测压管中。在老土坝中采用钻孔后埋设渗（扬）压计也是一种可用的方法，但应注意钻孔引起坝体中的材料抗渗性破坏。在许多情况下是采用尖头的贯人式渗压计，连接在钻杆头上压人软土体中。中国的一些工程中，当钻孔埋设渗（扬）压计可能出现问题时，常采用贯人式，或者采用两种方式结合。

2.2采用钢弦式水压计检测

采用钢弦式水压计对库水位和渗流量进行监测是一种非常简单而又可靠的方法。由于钢弦式水压计量程可以做到很大或很小，可为0.10～100m水头（中国浙江某大型抽水蓄能电站，采用的某公司钢弦式渗压计亦达8MPa），而精度却很高（可达万分之几）。在用于库水位量测时，只需将一只适当量程的钢弦式水压计放人库内即可，比較传统方法节省了大量土建费用。在进行渗流量监测时，只需将一只微量程的钢弦式水压计放人渗流堰内，这种钢弦式微压计通常可以测出小达0.lmm（或更小）的堰水头变化，从而得出渗流量。在微压量测中，大气压变化的影响是不容忽视的。边种钢弦式微压计可以消除大气压变化的影响。

钢弦式仪器被广泛采用的其他原囚是其令人满意的耐恶劣环境和快速反应能力以及便于自动化接口。中国的某工程采用了三支某钢弦式水压计用于监测调压井高达175m的水位变幅，水位变化高达0.80m/s，要求每秒一次自动监测并实时图形显示，精度要求在175m量程内达到3cm，这些要求对传统的传感器无疑是严峻的挑战，然而，钢弦式仪器却可以胜任。

3碾压混凝土及混凝土坝

3.1钢弦式测缝计及温度计检测

碾压混凝土是一种较新型的筑坝方法，在全世界均得到广泛采用。在碾压混凝土中，通常会产生一些施工裂缝，可以采用防止混凝土过热及灌浆方法进行控制。对碾压混凝土坝的监测通常采用钢弦式测缝计及温度计（钢弦式仪器通常均带测温功能），较大部分其他类型的仅器，钢弦式仪器更适应碾压混凝土的恶劣工作条件而无需改造，通常只需对电缆加以特殊保护以防止施工机械带来的破坏。南非的一个碾压混凝土坝中，采用了10多只测缝计沿坝轴线串联在一起，用于监测坝体的裂缝状态。

3.2变形与应变检测

混凝土坝的变形与应变是在施工期将位移计和应变计预埋于测点进行观测。在已建成的坝中，有关裂缝的观测是将测缝计安装在裂缝表面进行的。测缝计也用于坝体钻孔中以监测由于化学作用而产生的混凝土膨胀，钢弦式测缝计也用于量测在大坝改造中新老混凝土接合处的监测。

在许多混凝土坝中，坝的变形与偏转是采用垂线式引张线来监测，然而，这些措施通常采用其他一些技术措施来强化，最常采用的一种方法是钻孔多点位移计，直接从坝内廊道贯穿到基础。多点位移计也用于基础的变位，在研究坝的长期性态时，采用数据记录仪自动记录的多点位移计将非常有用。典型的钻孔位移计主要山不锈钢或温度系数最低的碳纤测杆以及锚头，采用钢弦式电测头精度可高达0.01mm。总而言之，钢弦式仪器的发展已经使其可适应绝大部分的大坝安全监测，在今天，钢弦式仪器深受欢迎并在不少地方取代传统的电阻式等仪器，其原因在于价格低廉、种类齐全、具有优秀的长期稳定性、可靠性、耐久性及高精确度。

3.3倒垂线检测

倒垂线孔可说是岩心钻探中最难施工的一种钻孔，钻孔虽说不算深，一般在30～50m之间，孔径在中168mm～300mm之间，但垂直精度要求很高，钻孔偏斜距一般在20mm～40mm以内，要达到这一指标是很难的。目前钻进倒垂孔钻进方法大致有两种：一种是无岩心钻探，用冲击钻头或牙轮钻头钻进;另一种是有岩心钻探，用钢粒、硬质合金、金刚石钻进。本文认为，这两种钻进方法稍有不慎很难达到精度要求，有些钻孔曾钻几次都达不到要求，工程造价每米超过数千元，甚至有些钻孔报废。经过4个倒垂孔的钻探施工，现就如何钻进好大坝倒垂孔谈些见解，供同行业参考。

倒垂线浮体装置采用恒定浮力式，浮子的要求浮力按下式确定：

浮子浸入油中的体积V为：

浮子的实际浮力P为：

式中：G为浮子自重。

根据到垂线所承受的拉力（浮力P）计算钢丝的实际应力σ：

式中：d为钢丝的直径cm，S为钢丝截面积cm2。

不锈钢丝的极限强度为σ0（取13000㎏f/cm2），钢丝抗拉安

全系数K为：

根据混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T5178-2016）的规定：倒垂线线体强度应大于浮子浮力的3倍，即K≥3。

通过测量结果显示钢丝平均安全系数为3.18，但是超出标准也不达到10%，在使用中也不是非常有储备能量。由于倒垂线在使用时，长期承受荷载作用下，如果承受的浮力过大、而且垂线维护不合理导致生锈时，垂线横断面变小，产生应力集中现象，此时的钢丝原有的安全系数会发生急剧下降，易发生断裂现象。

4定向侧钩埋设垂线

埋设倒垂线有两种方法：一种是常规埋设，用锚杆插人护管底内的水泥浆里。这种方法埋设误差大，一般为20mm，牢固性也差，时间长，有时会造成埋设失败。另一种是采用定向倒钩埋设垂线新技术，用正钩、倒钩来完成垂线埋设。倒钩根据钻孔侧斜资料，确定好最佳位置后，将倒钩事先焊在护管底内，定向下好护管，正钩连同垂线牢牢地钩住，这样既简单、准确，又省时、省力。如有效口径偏小，可实现“抓下保上”，充分利用孔内的有效口径，准确无误地将垂线固定在所需要的位置上，其结构见示意图。

定向倒钩埋设垂线有如下优点：

1）成功率为100%;

2）对下护管调试，护管回填起到监控作用;

3）可以克服磁性干扰，提高埋设质量;

4）垂线固定点若不够理想，还可以通过正钩在地表进行调整;

5）垂线埋设后，用1：1水泥砂浆捏成直径20mm的球，从孔口慢慢投人，省时省力。

6結束语

大坝钢弦式检测和倒垂孔钻进检测技术在水电部门发展很快，施工队伍越来越多，随着水利资源的开发，对检测要求越来越高，也提出更高更精的要求。一定保障安全的检测，并且技术过硬，才能给大坝提供安全保障。

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