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摘要：近年来，我国的水利工程建设越来越多，水库大坝的建设也有了很大进展。而现阶段的监测设计理念和监测方法均难以满足土石坝长期安全监测的现状，因此要构建一套高精度、高可靠性和可维护的监测系统。该系统不仅在施工期可分期实施自动化监测，及时获得绝对位移监测成果，且可在大坝整个生命期实施安全监测，为高土石坝工程安全监测及自动化提供了参考。
关键词：土石坝；安全监测；自动化
土石坝工程监测是安全管理工作的耳目，是降低工程风险、减少或避免事故发生的重要手段。通过监测发现土石坝筑体的变形、渗流等情况，利用监测数据找出与环境量、上下游水位、坝址气温和降水等关系，同时结合巡视检查资料对土石坝的工作状态作出安全评价。从而给工程的运行、维修、加固提供第一手资料，是管理土石坝不可缺少的环节。为了做好监测资料的整理工作，要连续、长期进行监测工作，包括坝体结构状况、渗流、沉降、下陷、倾斜等，并做好记录，而且还要反应出这些变形的程度及变形的面积，需要监测者必须实地观察、观测。在监测土石坝工程的同时也要监测与坝体变形密切相关的各项数据，包括水文、气象、温度等。
1现阶段土石坝安全检测存在的问题分析
1.1土石坝年久失修
很多土石坝修建年代较长，因为历史原因，针对土石坝的设计和施工不可能有高新技术的支持，导致出现坝体质量较低、填筑料混杂、防洪标准不足以及土工参数不准确等遗留问题，且坝肩和坝基存在一定程度的渗漏情况。
1.2现有安全监测系统无法长期监测
纵观现有的土石坝安全监测系统，土石坝内部变形监测设备均一次性埋入坝体，不具备可维护性；对于采用渗压计监测的土石坝渗流监测系统，也基本无法维护。可见以往的土石坝监测设计并未考虑监测系统维护更新，因此安全监测系统不具备长期工作的条件。
1.3硬件设施带来的安全隐患
目前仍有很多单位在安全检测方面每年的拨款投资有限，导致无法购齐安全检测相关的所有硬件设施，而安全检测就在较为低效、不全面地状态下进行，这很难检测到所有的安全风险。尤其一些安全风险是位于土石坝的内部或者是底部，如果不借助精密度高的检测设备，很难及时发现[1]。
2安全监测系统及其自动化
对水库状态变化实时监控，能够在出现问题之后分析原因并及时采取措施，来防止事故扩大，保证水库的安全。对水库的水位、蓄水量等实际情况加以掌握,对水库的工作状态进行理解,能够为水库的正确应用提供重要依据,从而让水库发挥最大效益。对水库的运用状况和变化规律加以了解,验证出设计数据,并对设计质量进行鉴定,给今后的设计施工和水库土石坝的科研提供支持依据。针对土石坝的安全监测，必须针对大坝具体位置以及具体时间来决定，针对性必须要体现在时间上和空间上。就时间来说，必须重视大坝的施工期、首次蓄水期以及大坝的老化期；必须实时做好大坝的安全鉴定以及溃坝风险研究。就空间来说，必须要重视坝体合拢断面、护坡、放水洞、最大坝高断面等的监护工作，保证对重点部位存在的问题能够及时发现并解决。
2.1变形监测
主要是坝体表面的裂缝和变形情况，表面变形能够对坝体的稳定性和施工质量进行反映，它分为竖向位移和水平位移两种，一般需共用一个测点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对横向断面观测，观测地点选取地质条件复杂处、地形突变处、最大坝高或原河床处、坝内埋管和运行异常反应处等；观测面不低于3个，每面的观测点不低于4个，通常是坝顶上下游两侧各1～2个测点。具体测点的数量要以正常蓄水位和半坝高为临界线，线两侧的布设数量有所不同。软基上土石坝要在下游坝址外侧增设1～2个测点，如果是V形河谷高坝和两坝端，或者坝基地形变化较陡坝段，则其坝顶测点要适当加密，且要测量纵向水平的位移量。针对表面水平位移可以应用视准法进行测量，所以仪器视准线仪和经纬仪；针对表面竖向位移要应用水准法测量，所用仪器为水准仪[2]。如果坝建在软土基上，要观测施工期沉降位移，坝体升高时要在上下游坝坡和坡脚外设立沉降位移观测点，缘着坝轴线每50～100m处设置一断面，每断面设3～5个测点。要监测已建坝的表面裂缝，缝的深度、长度和宽度分别超过2m、5m、5mm必须监测。土体和岸坡岩石、混凝土建筑物的结合位置容易出现裂缝，以及窄心墙和窄河谷坝拱效应突出处，都需要埋设测缝计。用钢尺测量表面裂缝，用探坑检查深层裂缝，如果情况必要，可埋设测缝计或者位移计来加以观测。
2.2渗流监测
目前，无论是测压管监测，还是渗透压力、绕坝渗流监测，多采用渗压计实施遥测或自动化监测，其仪器电缆则穿越坝体引至坝顶或下游坝面。对于高土石坝，埋设于填筑体中长达数百米的电缆，是遥测仪器测量系统最薄弱的环节。长电缆不仅减弱测量信号，致测值可靠性降低，也易受施工干扰造成损伤；运行期坝体结构性态变化（如大变形、大裂缝等）也可能导致电缆故障。电缆故障等同于仪器失灵，且不可修复。因此，尽可能缩短电缆引接长度是确保测值稳定、减少仪器失灵、延长仪器寿命的唯一选择。土石坝内设置监测廊道可为渗压计的施工安装和运行维护提供极大方便。根据渗流监测设计要求，可从监测断面上的廊道内向坝体钻数米水平孔，埋入渗压计，将仪器电缆引至廊道数据采集装置（ＤＡＵ），并立即开始自动监测。坝内监测廊道的存在不仅可避免渗压计施工的干扰，且可延长其使用寿命。由于渗压计测点在廊道附近，且孔深较浅，若测点仪器或电缆出现故障，可采用扫孔方式，重新更换渗压计，体现了土石坝渗流监测系统的可维护性。绕坝渗流监测通常在坝肩上下游侧岸坡钻地下水观测孔，在钻孔内设置渗压计实现自动化监测。钻孔不封闭，以便于维护更新。土石坝渗漏量监测通常采用外置量水堰，以便于维护更新[3]。
2.3压力（应力）监测
土石坝压力（应力）监测主要包含了土体的孔隙水压力以及土压力和混凝土面板中的混凝土应力监测等。孔隙水压力监测通常用于饱和土体、松软坝基等较特殊的应用场合，主要应用于工程施工期和运行初期，一般不作为长期安全监测项目。土石坝土压力监测及混凝土面板应力监测均属于微观监测，具有不可维护特性，在其生命期内实施对坝体应力性态监测后，即完成了设计目标。故土石坝压力（应力）监测系统并非长期安全监测的主体成分，而是辅助项目。即便如此，土石坝内设置的监测廊道仍可为压力（应力）监测系统创造优良的施工和运行环境，可有效缩短仪器电缆长度，提高测值可信度，并有利于延长压力（应力）监测系统的使用寿命[4]。
结语
综上所述，我国目前高土石坝无论是规范标准、管理资金费用等都存在不足，鉴于高土石坝安全监测的重要性，因此，必须做好巡视检查与隐患探测，从变形、渗流以及水文气象三方面入手，应用成熟的安全监测技术规范，为高土石坝的持续有效应用提供保障。
参考文献
[1]赵伟森.高土石坝滑坡产生的原因及预防措施———以黑龙江为例[J].中国水运(下半月),2013（8）:306-307.
[2]方卫华,范连志.水库大坝安全监测法规及技术标准研究[J].中国水利,2013（14）:4-6.
[3]刘德志,李俊杰.土石坝安全监测软件系统设计与实现[J].大连理工大学学报,2006（3）:407-412.
[4]李永江.土石坝安全监测技术及安全监控理论研究进展[J].水利水电科技进展,2006（5）:73-77.
论文作者:张宏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/21
标签：土石论文; 位移论文; 大坝论文; 应力论文; 水库论文; 廊道论文; 监测系统论文; 《电力设备》2018年第23期论文;