01水工建筑物安全监测与控制绪论.pptx

水工建筑物安全监测与控制杨国范水工建筑物安全监测与控制的概念水工建筑物安全监测与控制的概念 水工建筑物安全监测与控制是以水利水电工程建设和运行中发生的各种可能危害、事故为主要研究对象，以工程特征信息为基础，总结、分析已发生危害事件或事故的经验，综合运用自然科学、技术科学和管理科学等方面的有关知识，识别和预测建设、运行活动中存在的不安全因素，并采取有效的控制措施防止危害、事故发生的科学技术知识体系。第2章 水工建筑物安全监测设计2.1 监测设计的基本原则和要求2.2 监测项目确定与测值限差2.3 变形监测设计2.4 渗流监测设计2.5 应力应变监测设计2.6 水文及水力学监测设计2.7 自动化监测系统设计与优化2.8 监测工程的施工组织设计2.9 监测设计工程实例2.1监测设计的基本原则和要求 水工建筑物应根据其重要性、型式、结构特性及地基条件等，设置安全监测设施。安全监测设计应以外部观测为主，内部观测为辅。观测断面和观测点的选择应有代表性。对安全性观测项目及测点，设计宜提供观测值的 预计变动范围。监测设施应有保护措施，并便于施工、安装和维护。设计时应该按照建筑物的永久性和临时性，永久性建筑物中的主要建筑物和次要建筑物，分级别、作用及荷载情况等确定监测设计的基本原则和应该采用的标准。2.1.1设计所需的基本资料（1）工程形式、工程规模、使用年限、几何形状、尺寸以及边界条件。（2）地质条件和工程技术等。（3）环境条件。水文气象、生命财产危险性、附近建筑物或其他设施的状况。（4）岩土体物理力学性质和地应力状态。（5）施工方法和程序、各种结构的类型。（6）工程前期试验资料、模拟计算成果、结构布置形式。（7）确定的安全监测参照模型。（8）预测的工程运行性能，通过预测选定的仪器量程与精度和确定仪器定位定向依据。2.1.2设计目的目的主要分为（1）保障建筑物的安全运用（2）充分发挥工程效益（3）检验设计，提高水平（4）改进施工，加快进度 设计目的也可概括为预报、控制、检验、改进8个字，应使监测系统能够发挥应有的效果。a.预报 通过安全监测发现异常现象，及时预测未来性态和发展趋势，防止灾害的发生。b.控制 根据监测进行控制运行。适时调整原因量以控制效应量，使能充分发挥工程效益。c.检验 监测资料可反馈和验证设计的正确性，求得设计的合理、完善、创新。d.改进 从监测结果可评价采用的施工技术其适用性和优越性以及改进的途径。2.1.3设计要求设计要求（1）明确的针对性和实用性（2）充分的可靠性和完整性（3）先进的监测方法和设施（4）必要的经济性和合理性a.实用 有的放矢地进行设计，做到目的明确，针对性强，突出重点，兼顾全局。b.可靠 设计方案和仪器的选择要同时考虑施工期、蓄水期、运行期的需要，并长期稳定需要。c.经济 观测项目宜简化，测点少儿精，布置经济合理，施工安装方便。d.先进 监测方法、仪器设备应满足精度要求，并吸取国内外经验，在可能范围内尽量采用先进技术。2.1.4设计准备主要熟悉、了解、掌握以下几点：a.熟悉监测技术的基本知识，监测仪器设备性能和使用要求，并能在设计时正确运行。b.了解结构设计和施工设计、工程特点及一些关键问题，认真确定监测系统的任务和规模。c.掌握设计的主要内容：（1）可行性研究阶段 提出安全监测系统的总体设计方案、监测项目、仪器数量和投资估算。（2）初步设计阶段 优化总体设计方案及测点布置，确定主要仪器设备数量及工程概算。（3）招标设计阶段 提出各种监测项目的施工技术要求、仪器设备清单，各种要监测项目测次及工程预算。（4）施工设计阶段 提出施工详图及加工图。（5）蓄水设计阶段 参与制定监测工作计划和主要监测技术指标及对大坝工作状态和评估。（6）运行设计阶段 参与资料分析、安全检查和鉴定，并负责监测系统的技术改造设计。2.2监测项目确定与测值限差2.2.1监测项目的确定原则监测项目的确定应考虑如下原则：（1）观测成果主要用于设计和施工的技术校核与修改时，选定起控制作用的项目。（2）观测成果用于及时预报施工和运行安远程度为目的时，应确定一项、多用、数据可靠地项目。（3）应针对危及建筑物稳定的关键问题和控制性观测来确定项目。（4）探查不稳定部位或影响稳定的因素时，应尽可能采用系统项目。（5）施工安全监测的项目要简单，不干扰施工，取得成果要快。（6）监测成果主要用于科研和发展新技术时，要按专项和全项两种方式选定。问题明确的用专项，问题模糊的尽可能用全项。（7）为了校正主要观测项目成果的观测，要针对影响因素的类型确定项目。（8）确定观测项目要考虑仪器设备的经济、使用方便及可能性等条件。（9）长期观测项目应能较全面的反映建筑物的实际运行情况，力求少而精。（10）工程安全监测系统中都应当有巡视检查项目。2.2.2监测项目的内容2.2.3测值限差主要分为：变形监测、渗流监测和应力监测。变形监测：渗流监测：应力监测：2.3 变形监测设计2.3.1水平位移观测断面土石坝（含堆石坝）横断面：一般不少于23个 纵断面：坝顶布设12，下游坝坡 25个内断面：布置13个混凝土坝（函支墩坝、砌石坝）纵断面：12个内断面：13个近坝区岩体及滑坡体靠两坝肩附近的近坝区岩体垂直轴线布设12滑坡体顺滑移方向布设13必要时可大致按网格法布置监测布置分为断面和观测点观测点土石坝（含堆石坝）每个断面一般不少于3个 混凝土坝（函支墩坝、砌石坝）对于重要工程可在伸缩缝两侧 各部设1个观测点 近坝区岩体及滑坡体 至少布置3个位移标点监测方法 水平位移监测方法见书表2-7 （p27）2.3.2垂直位移监测方法 见书2-8（P28）监测布置精密水准法三角高程法遥测法水准工作位移2.3.3挠度 将垂线从坝顶或适当位置的悬挂点挂下，在各测点上均设测站安置仪器进行观测，所得观测点为各测点与悬挂点之间的相对位移，则任一测点N的挠度SN的算式为：SN=S0-S式中：NS正垂线悬挂点与最低点之间的相对位移；S任一测点N与悬挂点之间的观测的相对位移正垂线观测站法支持点法 在垂直低最低点建立观测站安置仪器，而在各测点处安装支持点，观测是吧垂涎分别夹在各支持点上，所得观测值减去首次观测值即为各测点与最低点观测站之间的相对挠度。倒垂线 倒垂线是将铅垂线底端固定在基岩深处，依靠另一端施加的浮力将垂线引至顶或某一高程处保持不动，故只能采用多点观测站法。2.3.3倾斜2.3.5接缝及裂缝2.4 渗流监测设计扬压力监测渗流压力监测孔隙水压力监测绕坝渗流监测地下水位监测渗流量监测水质监测主要分为2.4.1扬压力监测 纵向观测断面有12个 坝基 横向观测断面至少有2个 测点布置在坝段中心线或支墩中心线上 低于70m的混凝土坝2个水平截面坝体 高于70m的混凝土坝34个水平截面 布置观测设备：扬压力通常采用测压管和渗压计观测。2.4.2渗流压力监测渗流压力的典型布置如图所示：2.4.3孔隙水压力监测 通常在均质土坝、冲填坝、尾矿坝、松软地基、土石坝土质防渗体、砂壳等图体内需要进行孔隙水压力观测。孔隙水压力采用测压管和渗压计观测。孔隙水压力典型监测布置如图所示：2.4.4绕坝渗流监测观测断面：（1）在大坝两端沿流线方向或渗流较集中的透水层各设 12个观测断面，每个断面上设34条观测垂线。（2）在土石坝与混凝土建筑物接触面上布设1个断面，23条观测垂线 （3）在下游河槽两侧阶地中的绕流区，沿主流线方向每 侧可增设1个观测断面。观测点：（1）在大坝两岸每个观测垂线的钻孔中设12个观测点，若需分 层观测，则应做好层间止水。（2）在土石坝与刚性建筑物结合部位观测垂线上的不同高程布设 12个观测点。（3）在岸坡防渗齿槽或灌浆帷幕的下游侧布设1个观测点，必要 时可增设1个。（4）对于层状渗流，可利用不同高程上的平洞布设测点。无平洞 时，应分别钻孔至各层透水带布设测点。2.4.5地下水位监测 对于近坝区的滑坡体及对坝肩或坝基稳定有重大影响的地质构造带宜进行地下水位观测。同时，对隧洞、地下厂房（包括地下泵站）、调压室及泄水孔等进行外水压力观测。2.4.6渗流量监测渗流量观测包括渗漏水的总流量、分区流量及其水质监测。各种水堰如图所示：2.4.7 水质监测主要包括 温度、pH值、电导率、透明度、物理指标 颜色、悬浮物、矿化度等。总磷、总氮、硝酸盐、高锰酸盐、溶解氧、生化需 化学指标 氧量、有机金属化合物等。2.5 应力应变监测设计2.5.1 混凝土应力及应变坝的类型重力坝拱坝支墩坝面板坝在重点观测坝段选择1个水平观测截面，一般1个截面布置35个测点，一个测点布置13个应变计。在不同高程上选择35个水平观测截面，在拱冠、拱座选择13个断面，在厚拱坝和重力坝的观测面布置23个观测点，没缝时可多于3个。可参照重力坝。设置测点的面板条块一般13个。2.5.2 岩体应力及应变分为坝基和坝肩近坝区岩体地下洞室基岩应变计的标距长度为12m，可按13向组成布设。布设近坝区的高边坡及滑坡体应变测点时，可采用多点位移计。多点位移计收敛计三向位移计压应力计2.5.3 钢材应力及应变分为钢筋钢板根据需要布设观测断面，每个断面需要35个观测点，并应布设相应的钢筋无应力计。在观测断面上一般布设34个观测点，测点处钢板曲率半径不小于1m。2.5.4 自由体积应变分为混凝土岩体钢筋温度、湿度、自生变形三部分，采用无应力计进行观测在进行岩体应力应变观测时，应布设岩石无压力计，结构如图。在布设钢筋应力计时，应布设相应的混凝土无应力计。2.5.5 土压力坝内土压力总土压力、垂直土压力、水平土压力及大、小主应力等的观测。内容布置观测断面观测点观测仪器一般大型工程可布设1个观测横断面，有必要时可增加1个。一般沿高程布设23个观测界面，每组不少于3个观测实验内容布置包括土和堆石体等与混凝土、岩石土压力观测，及淤沙压力观测，采用土压力计。观测断面观测点根据地质布设13个观测断面。挡土建筑物 每个断面沿墙布设34个测点。建筑物基础 每个观测截面布设35个测点。坝内输水涵管 每个断面焊管外布设34个测点。混凝土防渗墙 观测断面沿深度布设35个测点。2.5.6 温度分为坝体坝面重力坝和宽缝重力坝拱坝和腹拱坝支墩坝网格间距一般1020m上密下疏。根据坝高布设35个观测截面交线处至少3个观测点。不同高程35个截面布设测点。上游坝面下游坝面基岩空气在观测坝段据上游坝面510cm的坝体沿坝布设测点间距1/151/10坝高。一般在1/2坝高处布设观测截面，据坝面0cm、10cm、20cm、40cm、60cm各设1个观测点。深入基岩510m钻孔。不同深度布设35测点，测点据地面为0m、1.5m、3.5m、10m。布设1个气温点。2.5.7 地震分为地震强震洞孔隙压力混凝土坝土石坝附属建筑物一般在2/3坝高处增设测点必要在1/2坝高处增设测点可少量布设测点重点部位是在土石坝的砂壳底部、松软坝基和含水量粘土宽心墙。观测设备设置要求测震系统对地震基本烈度7度及其以上的1、2级大坝可进行反应监测。地震反应监测包括坝体地震和孔隙压力管测两方面。强震观测的传感器与坝体要有良好的接触，传感器的震动方向应与待测方向一致。对测震系统包括传感器、放大器和记录器三大部分。数字式强震仪采用数字式磁带记录。对于洞孔隙压力观测，一般采用洞孔隙压力计或渗压计及其配套使用的放大器记录和采用数据采集器或其他放大和记录装置。