張明坤

(五常市河道管理處，黑龍江五常150200)

基于水利工程建筑物觀測

張明坤

(五常市河道管理處，黑龍江五常150200)

在大中型水利工程設計與建設中，對于重要的建筑物必須設計并實施安裝觀測設備，以便對建筑物進行觀測檢查。其觀測資料是掌握工程動態(tài)，保證工程安全運用的一個重要手段，特別是一些較大型工程，觀測工作更為重要。文章對水工建筑物的主要觀測項目及觀測內(nèi)容作了概述，重點放于滲透、沉陷、位移及裂縫等。

水工建筑物;觀測檢查;滲透性;位移;沉陷;裂縫;安全運行

0 前言

在大、中型水工建筑物設計中，根據(jù)建筑物的功能與運行確保其安全穩(wěn)定，設計者便已根據(jù)實際需要安排了適合的觀測設備，以便在工程投入運行后進行不同分類項目的觀測。一些建設很早的工程，也可根據(jù)需要，在加固消險中補建一些觀測項目。

對水工建筑物進行觀測，是掌握工程動態(tài)，保證工程安全運用的一個重要手段，特別是一些較大型的工程，觀測工作更為重要。同時，通過長期觀測，還可為設計、施工、管理和科學研究積累寶貴的資料。所以，管理部門必須對一些重要的水工建筑物進行經(jīng)常、系統(tǒng)的觀測工作。

工程觀測的項目很多，管理單位可根據(jù)工程規(guī)模、類型、重要性等情況選定，并應建立觀測制度，及時整理和分析觀測資料，使觀測工作更好地為工程管理服務。

1 各類水工建筑物的主要觀測項目

據(jù)不完全統(tǒng)計，各類水利工程建筑物的觀測項目多達上百種，本文選擇常見的一些項目加以闡述。

1)土壩(包括渠道高填高，高邊坡)沉陷、裂縫、位移、浸潤線、滲流量、滲水渾濁度、固結、壩基滲水壓力、繞壩滲流。

對于水中倒土填方及水力沖填壩則必須觀測固結和孔隙壓力。

渠道高填方及高邊坡主要進行沉陷與位移觀測。

2)混凝土壩及砌石壩 沉陷、裂縫、位移、滲流量、混凝土溫度、混凝土應力、繞壩滲流、滲漏水質分析、壩體滲水揚壓力、鋼筋應力、震動、伸縮縫、揚壓力、脈動壓力、過水面壓力分布。

對于重力壩必須觀測揚壓力和基礎沉陷。

3)水閘上下游河床變形、水流形態(tài)、閘基揚壓力、沉陷、裂縫、位移、繞過兩岸的滲流、波浪、伸縮縫、震動、脈動壓力。

4)隧洞和泄水管水流形態(tài)、下游河床變形、進口淤積、洞身變形、外水壓力、漏水量、負壓、氣蝕、進氣量、震動。

5)庫區(qū)庫區(qū)淤積、庫區(qū)坍岸、波浪、水面蒸發(fā)—水濕等。

其他水工建筑物可參照上述要求，確定觀測項目。

所有工程，如有裂縫、冰凍剝蝕等破壞現(xiàn)象，也應進行相應觀測［1］。

6)河道觀測包括河床演變觀測、河勢觀測、河口觀測(尚未包括水文情勢諸多內(nèi)容的觀測)。

2 工程觀測的方法

工程觀測的方法分為3類:

1)一般觀察就是用眼看、耳聽、手摸，或輔以簡單工具(如手錘、小刀)進行觀察，及時發(fā)現(xiàn)建筑物裂縫、滲漏、沖刷、懸空等變異損壞現(xiàn)象。

2)活動儀器觀測用精密測量儀器(水準儀、經(jīng)緯儀等)，對建筑物的特設標點(如沉陷、位移標點、測壓管等)進行觀測。

以上技術均采用于20世紀90年代以前，現(xiàn)在已多采取GPS測量。

另對水工建筑物隱患探測有維探法隱患探測、同位索法探測、電法探測等。

3)固定儀器觀測利用專門埋設在建筑物內(nèi)部的固定設備，直接讀數(shù)來觀測記載。如電阻應變計、壓力計等。

本文只就一般常用的觀測項目(如土壩滲透、位移、沉陷、裂縫)加以概述。

3 工程的一般觀察

為了掌握建筑物表面狀態(tài)的變化情況，必須經(jīng)常進行一般觀察。一般觀察的內(nèi)容、次數(shù)、時間、順序、應根據(jù)建筑物各部位的具體情況全面安排。對主要建筑物的主要部位，原則上每天要進行觀察;對某些發(fā)展緩慢，不致驟然影響建筑物安全的可減少觀察次數(shù);在汛期或水位高于正常水位期間以及建筑物有不正常情況時，應加強觀察，必要時，應對可能出現(xiàn)險情的部位晝夜監(jiān)視。

在觀察中發(fā)現(xiàn)的不正常開發(fā)部，應作詳細記載，及時分析研究，進行處理。對比較復雜或正在發(fā)展中的問題，應繼續(xù)觀察或用儀器觀測。

3.1 土工建筑物的一般察項目

1)有無裂縫，裂縫要注意觀察有無滑坡跡象，橫縫要注意觀察是否能形成漏水通道。

2)有無獾窩、鼠洞等隱患痕跡。

3)背水坡及壩腳一帶有無散浸、滲水、鼓泡、跌窩、管涌等現(xiàn)象。

4)有無滑坡、坍陷、沖刷、鼓肚等現(xiàn)象。

5)護坡有無裂縫、錯位、坍陷、懸空等現(xiàn)象。

3.2 混凝土建筑物的一般觀察項目

混凝土建筑物的一般觀察，包括裂縫、滲漏、磨損、氣蝕和伸縮縫填充料變化等項。

3.2.1 裂縫

裂縫細微時，可用放大鏡檢查其長度、寬度、走向等情況。并在裂縫兩端用油漆作出標記，繼續(xù)觀察其發(fā)展情況。

3.2.2 滲漏

發(fā)現(xiàn)滲漏時，應觀察其位置、面積和滲漏程度，并注意有無游離石灰(反堿現(xiàn)象)及黃銹(鋼筋銹蝕)等析出。

滲漏程度可為濕斑點和漏流兩類，漏流又可分為滴流、細流、射流3種。

滲漏量視滲漏情況不同，可選用以下方法測定:

1)用脫脂棉花和紗布，先稱好重量，然后鋪貼于滲漏面上，吸收滲漏水，經(jīng)過一定時間，取下再稱其重量，即可算得滲漏水量。

2)將滲漏水引入量杯或其它容器，量其漏水量。

3.2.3 磨損

用水錘敲開混凝土表面，判斷有無離層、空洞、疏松等現(xiàn)象。并觀察混凝蝕深度，有無鋼筋露出情況。

3.2.4 填充料

觀察伸縮縫內(nèi)填充物有無流失和有無漏水現(xiàn)象。

3.3 金屬結構和啟閉機的一般觀察項目

金屬結構的一般觀察，包括裂紋、開焊、油漆脫落、銹蝕、鉚釘或螺栓松動，變形等項:

觀察金屬結構是否有裂紋或開焊現(xiàn)象，可用下列方法:

1)察看金屬表面。如表面有一條凸起的紅褐色鐵銹，附近有流銹或油漆開裂的地方，就可能有裂紋。

2)用木錘敲擊金屬構件，從發(fā)出的聲響來判斷;如聲響蒼埡而不清脆，傳聲不均，有突然中斷現(xiàn)象，就是在附近有裂紋。

3)在發(fā)現(xiàn)有裂紋跡象的附近，將煤油滴在金屬表面上，觀察其滲開情況，如油漬不成圓弧形滲開，而在某處截然滲印成線條，該處即有裂紋。

4)對于焊縫，可在焊縫的一面涂一層粉筆灰，然后在反面涂上煤油，在有貫穿形裂紋或開焊的位置，可以看出煤油滲透痕跡。

對金屬結構表面，應觀察有無油漆剝落、生銹現(xiàn)象。對金屬結構的鉚釘是否松動，可用下列方法進行觀察:

1)在鉚釘頭處有水銹痕跡或周圍油漆有裂紋，就是鉚釘有松動現(xiàn)象。

2)用小錘輕輕敲打鉚釘兩側，若發(fā)出啞聲或震動的聲響，就是鉚釘有松動現(xiàn)象。

3)用小錘敲打鉚釘?shù)囊粋龋瑫r用手指按著另一側，若感覺到震手或鉚釘顫動，即是鉚釘有松動現(xiàn)象。

對啟閉機械，應觀察運轉是否靈活，有無不正常的聲響和震動，傳動機和承重構件上有無損壞磨損，地腳螺絲是否松動，制動器是否有效、潤滑油劑是否充足，安全防護是否完好等。

3.4 其它一般觀察項目

1)在水工建筑物行水期間，必須經(jīng)常對水流形態(tài)進行觀察。一般包括:進口段水流是否平直，出口水躍或射流形態(tài)及位置是否正常穩(wěn)定，躍后水流是否平穩(wěn)，有無折沖水流、擺動流、回流、滾波、漩渦、水花翻涌等現(xiàn)象，河床及渠道兩岸有無沖刷淤積現(xiàn)象。

2)對砌石建筑物應觀察有無裂縫、塊石松動、勾縫脫落等現(xiàn)象。

3)對木結構應觀察有無腐朽、破裂、蟲蛀、螺栓松動、脫榫、彎曲、油漆脫落等現(xiàn)象。

4 幾項常需進行的觀測

4.1 土壩滲透觀測

土壩滲透觀測的內(nèi)容一般包括土壩浸潤線、土壩滲透流量、繞壩滲流、壩基滲透壓力以及滲水的渾濁度等項目。

通過這些項目的觀測，可以了解土壩滲透的客觀規(guī)律，判別壩體以及排水工程安全狀態(tài)及工作情況，及時發(fā)現(xiàn)工程缺陷及異常變化，及時進行改善補強，保證工程安全。

滲透觀測的次數(shù)與土壩工作狀況和水文情況有關。壩體浸潤線在工程初次蓄水期間，應每天觀測一次。

以后正常運用期間，如庫水位低于正常水位，觀測次數(shù)可以減少，但最少每10d需觀測一次;庫水位高于正常水位時，應隨著庫水位的上升，逐步增多測次。

無論庫水位高低，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏情況異常，必須及時加測;在工程運用初期或水庫水位高于正常水位時，應每日觀測1-2次。當庫水位低于正常水位，滲流量變化規(guī)律已基本掌握的情況下，觀測次數(shù)可以減少到5d一次。

但是，如果發(fā)現(xiàn)滲流量有異常變化(如水變渾、管涌等)，不論庫水位高低，必須及時加測。觀測滲流量的同時必須觀測水庫上、下游水位等有關項目。

4.2 平面位移觀測

為了掌握水工建筑物平面位移的規(guī)律，如位移與水頭、溫度以及時間的關系等，以指導工程管理運用，各重要建筑物均應進行平面位移觀測。

在建筑物施工過程中，就應設立觀測標志，以便及時觀測。在施工階段及竣工后頭1～2 a年內(nèi)，一般每月觀測一次。以后隨著建筑物變形趨于穩(wěn)定，測次可逐步減少，但每年不得少于兩次。當上游水位接近設計水位、校核水位或高于歷年運用最高水位以及建筑物發(fā)生顯著變形時，應增加測次。進行平面觀測位移時，還應同時進行上下游水位、沉陷等觀測，混凝土地及砌石建筑物，還應進行氣溫、水溫、砌體、溫度等有關因素的觀測。

4.3 沉陷觀測

水工建筑物的沉陷情況也是判斷其工作狀態(tài)及安全程度，以指導工程管理運用的重要手段。

沉陷又稱垂直位移。沉陷觀測的方法，是在建筑物上安設沉陷標點，并以地面上設置的工作基點為標準，對沉陷標點進行精密水準測量，以求得建筑物各個部位在不同時期的沉陷量。

為了精確的掌握工程沉陷情況，建筑物施工時，就應設立水準水準基點、工作基點和沉陷標點，及時開展觀測。

施工期間，混凝土建筑物澆筑后第二天即應開始觀測，以后每次澆筑和增加荷重之前后各測量1次，直至全部澆筑完成完成為止;土壩可隨壩高增加劃分幾段進行觀測。建筑物竣工后1～2 a內(nèi)，應每月觀測1次，以后若深陷量很小，測次可適量減少，一般要求大型建筑物不少于4次，中型建筑物每年不應少于兩次。如在觀測中發(fā)現(xiàn)沉陷量有顯著增加或工程遭遇罕見洪水、地震等特殊情況，均應增加測次。

為了保證觀測精度，應盡量采用精密水準文件名觀測，觀測前應仔細校正儀器。要求往返測量的誤差值;對混凝土及圬工建筑物一般≤±1.4 mm;對土工建筑物≤±2.8 mm(式中n為測站數(shù))。

4.4 裂縫及伸縮縫的觀測

工程設施發(fā)生裂縫，必須進行觀測，以掌握裂縫的發(fā)展情況及其對建筑物安全的影響，從而分析產(chǎn)生原因，作出正確處理。

伸縮縫的觀測是為了掌握混凝土(或砌石)建筑物伸縮縫的變化情況，以便發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生的不正?，F(xiàn)象，及時進行改善。

以上主要是針對混凝土(或砌石)建筑物裂縫及伸縮縫的觀測和土壩裂縫的觀測。

［1］何為民.水工建筑物的檢查觀測與資料整編［J］.河北水利，2008(05):15.

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1007-7596(2014)07-0060-03

2013-12-18

張明坤(1969-)，男，黑龍江五常人，工程師。