大坝安全监测设计与施工技术探析

2022-03-04高凤桐

科技创新与应用 2022年7期

高凤桐

（昆明龙慧工程设计咨询有限公司，云南昆明 650221）

新时期，我国为了更有效地解决水利系统中的安全问题，对大坝进行了安全监测和设计，加强了不同施工技术在其中的应用，实现了对此工程的自动化监测，优化了基础土建工程的设计流程，更解决了其中的设备防护和信号传输等问题，为水利工程的顺利实施提供了条件。

1 大坝安全监测设计与施工技术的应用情况

随着我国经济不断地发展，对大型水电站的需要量也越来越多，但是由于坝址地质条件比较复杂，其一般处于高震区以及高地应力区，如果其中一旦存在安全隐患，就会给下游人们的生命和财产带来非常大的影响。因此，在此背景下，需要认识到大坝安全监测设计与施工技术的重要性，积极开展安全监测工作，加强先进施工技术在其中的有效应用[1]。

当前，我国的相关部门为了保障大坝建设和全生命周期的长久性和安全性，对建设更好大坝的理念和技术进行了深入探索，并且大坝施工和运行管理模式也得到了有效创新。尤其是随着物联网和自动测控技术在大坝建设中的应用，不仅实现了对结构全生命周期的信息监测，还能够对其中的内容和安全隐患进行个性化管理与分析，然后实施对大坝性能的控制，建立综合系统。

因此，在对其进行施工和监测时，需要建立数据智能采集数据库，促进监测数据和仿真分析的一体化，优化施工管理的流程，实现对相关系统的自动化控制，不断减少大坝结构建设在运行过程中的问题。

例如，某水库是在1985年建立的，水库的整体占地总面积大约为160.3 km2，其中水库容量为4 680万m3，此水库不仅给周围的省和市做出了非常大的贡献，还加强了对周围水资源的有效应用。但是，此水库在运行的过程中，也存在很多方面的问题，如管涌和集中渗漏等。为了避免上述情况对人们用水安全的影响，需要实现安全监测设计，引进先进的施工技术，预防安全事故发生。在此过程中，水利施工人员结合水库的实际运行情况，对其进行了排险和加固，并且完善了水库的安全监测设施，通过对先进监测方式的应用，及时发现了安全隐患，满足了水库大坝的安全监测要求，为施工的顺利进行提供了保障。

2 自动化大坝监测和施工中的问题

2.1 没有先进的检测设备

在对大坝进行监测时，发现其中的数据精度并不高，主要是因为在实际的监测过程中，并没有采用先进精度高的监测设备，设备老化，对监测工作的稳定进行带来了影响。同时，在具体的监测中，发现其中的测量精度低，其中的数据准确性也不高，在一定程度上严重影响了监测工作的质量。

2.2 自动化大坝监测技术没有得到有效应用

虽然一些先进的技术在大坝安全监测中得到了有效应用，但是大多数还是采用人工监测，这种方式会受环境和天气等因素的影响，导致监测结果出现偏差，更严重地影响了监测数据在实际工程中的使用。此外，大坝安全监测工作的内容是非常多的，只有通过对自动化技术的应用，才可以实现对不同内容的自动化管理，但是大部分企业并没有在其中投入大量的精力，更没有加强对自动化检查技术的有效应用，严重影响了监测结果的准确性。

3 我国大坝施工流域的特点

3.1 水文

在对当前我国大坝工程的位置特点进行分析时，发现其大部分都是结合上游水源情况进行防洪治理的。同时，与水库较远的洪水，一般不能以地表径流的形式进入库区，这会影响水库建成的效果。并且在对其进行建设后，发现其中的水源一般来自区间来水，主要以冬闲水为主，只有少数的丰水年份汇水区中的河流才能够直接进入到水库中[2]。

3.2 气象特征

例如，西克尔的水库在欧亚大陆中部，其本身会受到气候的影响，主要为典型的干旱大陆性气候，并且其降雨量也是非常少的，日照时间长，昼夜温差大。同时，水库还会受到灾害性气候等因素的影响。因此，要想保证大坝工程实施的安全性，需要加强对安全监测设计以及施工技术的有效应用，从而保证我国水利工程的稳定发展。

4 大坝安全监测的主要内容

4.1 渗透观测

在对土坝类项目进行安全监测时，首先需要重视渗透观测，分析浸润线的位置变化情况，一般情况下技术人员可以通过孔隙水压力仪对其进行分析和确定，结合其中具体的结构形式和工程等级，对大坝的地质情况和观测断面进行有效定量，并且还需要观测断面是否可以反映出其中的渗流情况，或者是出现问题的地点和位置，然后施工人员在此基础上，结合断面的大小，对其中的点数进行更加准确地测量。在此部分内容中，还包括绕坝渗流观测和土坝孔隙水压力观测，要想在此基础上实现对渗水透明度的观测，需要对不同混凝土建筑物的实际渗透观测内容进行整体测绘，然后在此基础上，进一步完善大坝安全监测设计与施工方案，从而保证人们用水的安全性[3]。

4.2 应力和温度观测

为了对大坝的温度和应力进行更加全面地观测，可以将混凝土坝体实际观测情况作为案例，然后通过在混凝土内部的埋设应力，或者是无应力的计算，全面观测混凝土内部温度和湿度的变化情况，检查其是否会受到化学变化和应力引起总应变的影响。在此过程中，还需要对无应力计的作用特点进行分析，主要是应用其测量温度和湿度变化引起地应变。

同时，技术人员在对其此部分内容进行静计算时，还需要应用总应变减去此部分的数值，最后就能得到由荷载引起的应变，然后将其换算成应力。施工人员可以结合此结果，分析温度和应力对混凝土坝体的影响，完善大坝安全监测设计方案，通过对施工技术的应用，实现对温度进行全面观测。此外，还可以在坝体内布设温度计，并在靠近坝体比较近的表面等部分布设大坝安全监测设备，实现对坝体内部温度的有效观测[4]。

4.3 水流观测

在对水流的形态进行观测时，需要对水流带给建筑物的作用力进行分析，主要目的是避免不利水流对整体施工的影响。水流平面的形态一般包括水流流向、漩涡和折冲水流等内容，工作人员在对其进行观测的时候，可以在泄水建筑物开始，向上下游两端一直到水流正常地方进行观测。在对高速水流进行观测的时候，要重点观测水流所引起的振动和负压等情况，对其中的观测数据进行整合，为维修维护模型的建立提供更多的数据支持。

4.4 检查观测

检查观测工作一般是利用工作人员自身通过观察，或者是利用一些其他简单的工具对周围的建筑物进行简单观测。值得注意的是，虽然使用仪器可以观测到更准确的信息，但是一个建筑物的仪器安设点是有限的，所以如果安装太多的仪器设备，会影响整体的经济效果[5]。再加上，受到水工建筑物裂缝和渗水等缺陷部位的影响，其不一定会发生在仪器设备的观测点上，这会要求工作人员在检查观测中，需要注意对仪器位置的合理设计，只有这样才能够及时发现其中的异常情况。在具体的检查中，还需要检测建筑物有无裂缝等情况，在坝脚和迎水坡等重点部位是否出现了塌陷和沼泽化等现象，避免上述问题对大坝建设的安全性产生影响，从而保证安全监测设计的有效性。

5 大坝安全监测设计与施工技术的具体措施

5.1 完善设计方案

在对大坝进行安全设计时，发现其中的初步设计方案一般都是经过多项研究分析所形成的，其本身具有非常大的可行性。但是，当前的大坝安全监测设计方案在实施前，并没有结合初步设计方案中的主要内容进行优化，这就导致此方案不能满足实施程序和质量的要求。因此，在此背景下，需要对大坝安全监测设计和施工方案进行调整，完善以前的设计方案，加强对技术质量的控制，节约其中的资源[6]。例如，工作人员在控制大坝安全监测中心设备数量时，不仅要考虑经济水平，还需要综合考虑其中的管理制度，可以通过对计算机以及其他设备，实现对高新科技的应用，控制其中的投资力度，降低其中的成本，为大坝安全检测工作的顺利运行提供保障。

目前，大部分的大坝工程招标文件中，一般都出现了观测站建设等问题，为了缩短此部分内容的工期，减少其中的投资成本，一些监测实施单位并没有优化设计方案，这会导致实际的监测情况不能满足大坝安全监测设计的要求。这就要求相关的施工和大坝安全监测单位对设计方案进行调整，对其中的设备进行自动化调试，通过对先进施工技术的应用，不断提高大坝安全监测的准确性[7]。

5.2 加强质量控制的力度

由于大坝施工位置和环境比较复杂，需要对施工各个阶段的质量进行全面监控。首先需要结合实际的施工情况，确定质量标准，然后在此基础上建立质量管理体系，主要目的是对每一个阶段进行严格监测，让其可以在满足质量管理标准的同时，实现对大坝运行全过程中的监测。此外，还要加强对监测仪器的有效应用，并且在对其进行安装埋设前，需要实施放样，解决其中的障碍问题。要想更好地避免将故障仪器埋入到不同的坝体中，在施工前工作人员要对埋设仪器进行全面检查，并且在安装的过程中，还需要如实记录其中的特性参数，为后期分析工作的顺利开展提供保障，确保其中的监测设备可以安装到位。在对其安装完成后，还需要及时填写完考证表，将其交予监理单位进行存档。

在单元工程结束以后，还需要在监理工程师的指导下，对大坝施工中的技术文件资料进行整合，验收单元工程中的整体质量。此外，加强对施工安装质量的控制，不仅可以实现对大坝施工和运行情况的自动化监测，还能够及时发现其中的安全隐患[8]。如，在多点位移计的安装中，需要综合考虑拉杆本身所处的位置，或者是电缆耐水压等问题，对其中的细节进行处理，然后在此基础上，积极开展监测工作，优化施工安装的流程，让每个步骤和内容都可以落到实处，从而不断提高整体质量和监测效果。

5.3 合理选择监测仪器设备

在当前的大坝安全监测过程中，其中存在很多任务，这些任务主要是对内部渗透压力、温度和水位等情况进行安全监测。由于我国的检测仪器种类比较多，需要结合质量标准，对其进行合理选择，保证其可以达到国家相关部门所规定的指标，并且不同原理仪器本身的精度差别也是比较小的，这种存在性差别主要是在仪器的外观和售后服务等多种方面，所以要想提高大坝安全监测的结果，需要对其中的仪器和设备进行有效选择。

特别是在我国水利工程整体建设水平不断提高的背景下，各种先进的科学技术和产品在大坝安全监测设计和施工中都得到了应用，为了保证监测设备应用的安全性，需要应用高质量的仪器，对其中的软硬件设施进行更新。同时，还可以积极引进国外先进技术，提高仪器的精度。但是，在一般情况下，大坝安全监测设计中所采用的仪器型号是不可以超过3种的，主要是因为所应用的仪器型号越多，就会增加操作人员的管理与压力，还会给仪器维护工作增加负担。此外，如果不对监测仪器的数量进行有效控制，还会增加其额外成本[9]。如，在对大坝内部的钢筋计进行选用时，需要选择差阻式和振弦式两种仪器，并且在施工观测的过程中，工程人员也需要携带这两种仪器，这不仅会减轻其管理压力，还可以提高仪器的精确度，为大坝安全监测工作的稳定进行提供条件。