水工建筑物管理资料课件.ppt
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1、 第十一章第十一章 水工建筑物管理水工建筑物管理10.110.1概述概述10.210.2大坝安全大坝安全10.310.3水工建筑物监测水工建筑物监测10.510.5水工建筑物维修水工建筑物维修本章的主要内容:本章的主要内容:10.410.4大坝安全评价与监控大坝安全评价与监控10.1 10.1 概述概述 19911991年国务院颁布年国务院颁布水库大坝安全管理条例水库大坝安全管理条例规规定,定,“必须按照有关技术标准,对大坝进行安全监测必须按照有关技术标准,对大坝进行安全监测和检查和检查”,并指出,并指出,“大坝包括永久性挡水建筑物以大坝包括永久性挡水建筑物以及与其配合运用的泄洪、输水和过船建
2、筑物等及与其配合运用的泄洪、输水和过船建筑物等”。这。这里的里的“大坝大坝”,实际上是指包括大坝在内的各种水工,实际上是指包括大坝在内的各种水工建筑物。在国际上建筑物。在国际上“大坝大坝”一词,有时也具有一词,有时也具有“水水库库”、“水利枢纽水利枢纽”、“拦河坝拦河坝”等综合性含义。主等综合性含义。主要工作:要工作: (1 1)检查与观测)检查与观测 通过观察和测验,掌握其变化规律,为有效管理提通过观察和测验,掌握其变化规律,为有效管理提供科学依据;及时发现不正常迹象,采取正确措施,防供科学依据;及时发现不正常迹象,采取正确措施,防止事故发生,保证安全运用;通过原型观测,对设计的止事故发生,
3、保证安全运用;通过原型观测,对设计的计算方法和计算数据进行验证;根据水质变化做出动态计算方法和计算数据进行验证;根据水质变化做出动态水质预报。水质预报。 检查观测:观察、变形、渗流、应力、温度、水流、检查观测:观察、变形、渗流、应力、温度、水流、冰情、泥沙、岸坡崩塌、库区浸没观测、抗震监测、隐冰情、泥沙、岸坡崩塌、库区浸没观测、抗震监测、隐患探测、河流观测以及观测资料的整编及分析。患探测、河流观测以及观测资料的整编及分析。 (2 2)养护修理)养护修理 对水工建筑物、机电设备、对水工建筑物、机电设备、管理设施以及其他附属工程等进行经常性养护,并定期检管理设施以及其他附属工程等进行经常性养护,并
4、定期检修,以保持工程完整,设备完好。修,以保持工程完整,设备完好。 养护修理为:经常性的养护维修、岁修和抢修。养护修理为:经常性的养护维修、岁修和抢修。 (3 3)调度运用)调度运用 制订调度运用方案,合理安排除害与兴利的关系,综制订调度运用方案,合理安排除害与兴利的关系,综合利用水资源,充分发挥工程效益,确保工程安全。合利用水资源,充分发挥工程效益,确保工程安全。 (4 4)管理自动化系统的运用)管理自动化系统的运用 主要有:大坝安全自动监控系统,防洪调度自动化系主要有:大坝安全自动监控系统,防洪调度自动化系统,调度通信和警报系统,供水调度自动化系统。统,调度通信和警报系统,供水调度自动化系
5、统。(5 5)科研)科研 保障安全、提高社会经济效益、延长使用年限、降低运保障安全、提高社会经济效益、延长使用年限、降低运行费及在采用新技术、新材料、新工艺等方面进行试验研行费及在采用新技术、新材料、新工艺等方面进行试验研究。究。(6 6)积累、分析、应用技术资料,建立技术档案)积累、分析、应用技术资料,建立技术档案 依据:依据:中华人民共和国水法中华人民共和国水法,国务院关于大坝安,国务院关于大坝安全管理条例、规范。全管理条例、规范。10.2 10.2 大坝安全大坝安全 自自4949年以来,已建成坝年以来,已建成坝8483784837座(座(19971997年)。年)。19801980年全国
6、普查,年平均垮坝率为年全国普查,年平均垮坝率为0.170.17,近期世界,近期世界大坝为大坝为0.20.20.40.4。 国际大坝委员会(国际大坝委员会(ICOLDICOLD)的统计,)的统计,19501950年前失年前失事率为事率为2.22.2,1951195119861986为为0.50.5,19861986年前的总失年前的总失事率为事率为1.21.2。美国在。美国在2020世纪世纪7070年代,垮坝数量也很年代,垮坝数量也很惊人,经过采取措施,到惊人,经过采取措施,到19801980年垮坝率已降到年垮坝率已降到0.20.2。我国近几年垮坝率也在降低。我国近几年垮坝率也在降低。 大坝失事和
7、发生事故的主要原因有:大坝失事和发生事故的主要原因有: (1 1)设计:理论和方法还不够完善,设计假定和计)设计:理论和方法还不够完善,设计假定和计算结果与实际情况还难以吻合。算结果与实际情况还难以吻合。 (2 2)施工:可能出现与设计不符的情况及质量问题,)施工:可能出现与设计不符的情况及质量问题,留下隐患与缺陷。留下隐患与缺陷。 (3 3)环境因素及坝体、坝基自身条件在运用中可能)环境因素及坝体、坝基自身条件在运用中可能发生的不利变化,建筑物材料老化(开裂、冲蚀、腐蚀、发生的不利变化,建筑物材料老化(开裂、冲蚀、腐蚀、风化等)。风化等)。 (4 4)自然灾害:大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪
8、)自然灾害:大洪水、地震、滑坡、泥石流、雪崩、上游垮坝等。崩、上游垮坝等。 坝龄:大坝在建成后的初期和老龄化后,最容易出坝龄:大坝在建成后的初期和老龄化后,最容易出现问题。根据对世界大坝的统计资料,在蓄水后几年内发现问题。根据对世界大坝的统计资料,在蓄水后几年内发生失事的大坝几乎占总失事大坝数的生失事的大坝几乎占总失事大坝数的60%60%。前苏联有人研。前苏联有人研究认为约占究认为约占6666。国际水利学研究协会(。国际水利学研究协会(IAHRIAHR)主席在)主席在19831983年统计的年统计的1470014700座大坝中,有座大坝中,有11051105座失事破坏,其中,座失事破坏,其中,
9、蓄水前蓄水前5 5年内失事与年内失事与5 5年后失事之比为年后失事之比为1.271.27:1 1。在我国的。在我国的垮坝统计中也有类似的结论。垮坝统计中也有类似的结论。 大坝的寿命曲线可分为初期运行、正常运行和老化大坝的寿命曲线可分为初期运行、正常运行和老化期三个阶段(图期三个阶段(图12l12l)。)。P512P512 由于材料老化,混凝土受寒暑交替、气候变化影响,由于材料老化,混凝土受寒暑交替、气候变化影响,地下水浸蚀,泥沙等作用,其强度和稳定将会逐渐降低,地下水浸蚀,泥沙等作用,其强度和稳定将会逐渐降低,同时附属设施等也会出现老化现象,这就需要及时补强、同时附属设施等也会出现老化现象,这
10、就需要及时补强、修缮和更新,以免大坝出现失事的严重后果(图修缮和更新,以免大坝出现失事的严重后果(图122122)。)。 大坝工作状况恶化问题在国际上也日益突出,已引起大坝工作状况恶化问题在国际上也日益突出,已引起许多国家重视。第九届国际大坝会议(许多国家重视。第九届国际大坝会议(19671967年)专门讨论年)专门讨论了堤坝老化课题,了堤坝老化课题,19731973年成立了大坝医学委员会,研究堤年成立了大坝医学委员会,研究堤坝监测和报警,总结堤坝事故后果及教训。以后又改名为坝监测和报警,总结堤坝事故后果及教训。以后又改名为坝和水库恶化研究会。坝和水库恶化研究会。一、现场检查一、现场检查 经常
11、检查:一种经常性、巡回性的制度式检查,一经常检查:一种经常性、巡回性的制度式检查,一般一个月般一个月l l2 2次;次; 特别检查:指发现建筑物有破坏、故障、对安全有特别检查:指发现建筑物有破坏、故障、对安全有疑虑时组织的专门性检查。疑虑时组织的专门性检查。10.3 10.3 水工建筑物监测水工建筑物监测 定期检查:需要一定的组织形式,进行较全面的检定期检查:需要一定的组织形式,进行较全面的检查,如每年大汛前后的检查;查,如每年大汛前后的检查;二、仪器监测二、仪器监测(一一)变变形观测形观测1 1水平位移观测水平位移观测 正垂线法:上端固定在坝顶附近,下端用重锤张紧钢丝,正垂线法:上端固定在坝
12、顶附近,下端用重锤张紧钢丝,可测各测点的相对位移。可测各测点的相对位移。 倒垂线法:将不锈钢丝锚固在坝体基岩深处,顶端自由,倒垂线法:将不锈钢丝锚固在坝体基岩深处,顶端自由,借液体对浮子的浮力将钢丝拉紧,可测各测点的绝对位移借液体对浮子的浮力将钢丝拉紧,可测各测点的绝对位移。(1 1)垂线法)垂线法 视准线法是在两岸稳固岸坡上便于观测处设置工作基点,视准线法是在两岸稳固岸坡上便于观测处设置工作基点,在坝顶和坝坡上布置测点,利用工作基点间的视准线来测量坝在坝顶和坝坡上布置测点,利用工作基点间的视准线来测量坝体表面各测点的水平位移。体表面各测点的水平位移。(2 2)视准线法)视准线法 引张线法是在
13、坝内不同高程的廊道内,通过设在坝体外两引张线法是在坝内不同高程的廊道内,通过设在坝体外两岸稳固岩体上的工作基点,将不锈钢丝拉紧,以其作为基准线岸稳固岩体上的工作基点,将不锈钢丝拉紧,以其作为基准线来测量各点的水平位移。来测量各点的水平位移。(3 3)引张线法)引张线法 激光准直法分为大气激光准直法和真空激光准直法。前者激光准直法分为大气激光准直法和真空激光准直法。前者又可分为激光经纬仪法和波带板法两种。又可分为激光经纬仪法和波带板法两种。(4 4)激光准直法)激光准直法 三角网法是利用两个或三个已知坐标的点作为工作基点,三角网法是利用两个或三个已知坐标的点作为工作基点,通过对测点交会算出其坐标
14、变化,从而确定其位移值(见图通过对测点交会算出其坐标变化,从而确定其位移值(见图122122)。)。P514P514(5 5)三角网法)三角网法2 2铅直位移(沉降)观测铅直位移(沉降)观测 对混凝土坝坝内的铅直位移,除精密视准法外,还可对混凝土坝坝内的铅直位移,除精密视准法外,还可用精密连通管法量测。用精密连通管法量测。 土石坝的固结观测,实质上也是一种铅直位移观测。土石坝的固结观测,实质上也是一种铅直位移观测。它是在坝体有代表性的断面(观测断面)内埋设横梁式固它是在坝体有代表性的断面(观测断面)内埋设横梁式固结管、深式标点组、电磁式沉降计或水管式沉降计,通过结管、深式标点组、电磁式沉降计或
15、水管式沉降计,通过逐层测量各测点的高程变化计算固结量。土石坝的孔隙水逐层测量各测点的高程变化计算固结量。土石坝的孔隙水压力观测应与固结观测配合布置,用于了解坝体的固结程压力观测应与固结观测配合布置,用于了解坝体的固结程度和孔隙水压力的分布及消散情况,以便合理安排施工进度和孔隙水压力的分布及消散情况,以便合理安排施工进度,核算坝坡的稳定性。度,核算坝坡的稳定性。(二)接缝、裂缝观测(二)接缝、裂缝观测 观测方法是在测点处埋设金属标点或用测缝计进行。观测方法是在测点处埋设金属标点或用测缝计进行。需要观测空间变化时,亦可埋设需要观测空间变化时,亦可埋设“三向标点三向标点”,如图,如图124124所示
16、。由于非正常情况所产生的裂缝,其分布、长所示。由于非正常情况所产生的裂缝,其分布、长度、宽度、深度的测量可根据不同情况采用测缝计、设标度、宽度、深度的测量可根据不同情况采用测缝计、设标点、千分表、探伤仪以至坑探、槽探或钻孔等方法。点、千分表、探伤仪以至坑探、槽探或钻孔等方法。 当土石坝的裂缝宽度大于当土石坝的裂缝宽度大于5mm5mm,或虽不足,或虽不足5mm5mm,但较长、,但较长、较深或穿过坝轴线的,以及弧形裂缝、垂直裂缝等都须进较深或穿过坝轴线的,以及弧形裂缝、垂直裂缝等都须进行观测。观测次数视裂缝发展情况而定。行观测。观测次数视裂缝发展情况而定。(三)应力、应变和温度观测(三)应力、应变
17、和温度观测 1 1应力、应变观测应力、应变观测 在混凝土建筑物内设置。在混凝土建筑物内设置。 我国大坝安全监测经验表明:应力、应变观测比位移我国大坝安全监测经验表明:应力、应变观测比位移观测更易于发现大坝异常的先兆。观测更易于发现大坝异常的先兆。 重力坝:常选择一个溢流坝段和一个非溢流坝段,重力坝:常选择一个溢流坝段和一个非溢流坝段,对重要工程和地质条件复杂的工程还应增加观测坝段。对重要工程和地质条件复杂的工程还应增加观测坝段。 拱坝:一般选择拱冠处的悬臂梁和拱座断面。拱坝:一般选择拱冠处的悬臂梁和拱座断面。 土石坝:常选择土石坝:常选择1212个横断面作为观测断面,在每个个横断面作为观测断面
18、,在每个观测断面的不同高程上布置观测断面的不同高程上布置2323排测点,测点分布在不同排测点,测点分布在不同填筑材料区。所用仪器为土压计。填筑材料区。所用仪器为土压计。2 2温度观测温度观测 温度观测:坝体内部温度、边界温度和基岩温度观测。温度观测:坝体内部温度、边界温度和基岩温度观测。 在水闸的边墩、翼墙、底板等土与混凝土建筑物接在水闸的边墩、翼墙、底板等土与混凝土建筑物接触处,也常需量测土压力。触处,也常需量测土压力。 混凝土面板坝的面板应力观测,一般选择居于河床中混凝土面板坝的面板应力观测,一般选择居于河床中部、部、1/41/4处及靠岸坡等有代表性的面板,其中应包含长度最处及靠岸坡等有代
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