浆砌石大坝的技术管理

我国坝高15m以上浆砌石大坝的有2000多座,作为一类重要的水利工程类型,其安全维护管理任重道远。浆砌石大坝的技术管理是在原有管理经验技术基础之上,对其进行现代大坝安全维护技术和风险管理方法的加强,常规的安全管护技术措施仍为安全维护的基础,其次安全监测评估、隐患事故处置和安全档案管理为三项主要技术内容。

一.常规安全管护

浆砌石大坝多为中小型水库、水电站的拦截蓄水坝,地处乡野山区,所以常规的安全管护技术措施仍为浆砌石大坝安全维护的基础。常规的管护技术措施包括:①严禁在大坝上放牧、饲养牲畜,对坝体上有牲畜大便,应及时清除以防白蚊生驻;②严禁于坝面及坝坡上堆放石料等重物,防止引发坝体不均匀沉陷或滑坡;③定期根除坝坡上的杂草等;④严禁在大坝和坝区建筑物附近进行炸鱼、挖坑及放炮炸石等危害坝身安全的活动;⑤积极预防坝体滋生白蚁,如发现有白蚊活动,应立即开展防治。⑥保证坝区排洪沟排水畅通,尤其春夏汛期前应进行检查;⑦严格按水库的水位运行标准和计划进行水位控制,以保证大坝在安全负载内运行。

二.大坝安全监测与评估

浆砌石大坝安全管理维护的主要任务之一是对大坝进行安全监测和评估,尤其是每年汛前的安全监测尤为重要。通过监测发现安全隐患,进行评估后,进行事故处置、维护改善,同时也为大坝整体的风险评级与预警提供依据。浆砌大坝安全监测以仪器观测为主,以目视巡查为辅。

仪器监测主要使用渗压计、渗流观测仪、水准仪、测缝仪以及水位计,对大坝的渗压、渗流、位移等进行监测,监测内容主要包括大坝渗压、渗流量、垂直位移、坝段的张合度和坝前水位等。仪器的数量和分布位置可根据大坝体积规模及形状进行布设,根据大坝防护等级情况进行每日定时监测信息采集,或3~7日进行一次定时监测数据采集。采集的安全监测数据统一输入大坝安全监测系统。大坝安全监测系统集数据采集、处理和分析预测功能,有条件的坝区可通过通讯线路将安全监测系统与布设于各个位置的监测仪器联接,通过自动安全监测系统进行自动的数据定时采集。大坝安全监测系统减少了原有的人工数据处理的工作量和误差,系统根据所安装的软件的提供商不同,会有一定的差异,但都包括数据采集、数据处理和安全模型分析三个模块。最终的安全模型分析,除对局部的安全隐患进行发现和揭示外,将依据系统建立的内部分析模型,如渗流观测滞后时间推算模型、位势分析模型、渗流量分析模型断面、渗流浸润线模型等,进行比对分析评估,以明确大坝当前的安全状态,并了解大坝整体的变化趋势,为预测大坝今后变化,如大坝变形否稳定,渗流形态和程度变化等评估预测提供参考,安全监测系统将对所有的形成数据进行存储和打印,供大坝安全建档和研究。

除以上常规的仪器监测外,对于处在地质灾害相对频发地区,或病害相对危重的的浆砌石大坝,可在大坝安装正倒垂线、伸缩仪、应力计、接缝针、倾斜仪、强震仪等分别测定坝体的受力变形、位移、应力、地震动态反应等及大坝基座岩盘的变形、位移等,以上仪器监测可采用人工定期测量,也可列入大坝安全监测系统,每周或每两周观测一次。

作为仪器监测的补充,人员目视巡查仍然为浆砌石大坝安全维护的重要工作内容。巡查可分为阶段例行巡查、年度巡检和不定期巡查,巡查区域涵盖所有坝区及水库崩塌处等地质薄弱位段,涵盖监测测仪器无法观测到的所有范围,工作着重发现仪器所不能监测到的问题和状况,认真记录汇总,作为与仪器监测并行安全维护监测数据供大坝安全管理使用。

三.大坝安全事故处置

浆砌石大坝常见安全事故主要有:渗漏,管涌和裂缝。较成熟的处置方案有土工膜防渗,充填灌浆防渗和劈裂灌浆防渗。因土工膜防渗需将库水放干,工程造价高,而劈裂灌浆防渗将对坝体造成劈裂,有一定风险难以控制,所以通常采用充填灌浆防渗。

充填式灌浆技术工艺具体如下:①坝体布孔,应用马格公式得出灌浆扩散半径,按照灌浆扩散半径进行布孔,采用逐渐加密法,孔距由疏至密,逐渐加密至设计孔距,各排孔位错开,按三角形布设,孔深要求达到渗漏层以下2米。②灌浆配制,浆液以水泥为主,加入10%~20%黄粘土和河砂,浆液要求有足够流动性,且固结快,凝固体积收缩小,浆液配制先稀后浓,分段灌注,遇到吃浆量大的孔洞,须配制浓浆灌注。③灌浆压力,灌浆孔口压力一般控制在4.9×104pa(0.5kgf/cm2),瞬时压力一般控制在9.8×104pa(1kgf/cm2),灌浆机和孔口须安装压力表,灌浆过程做好记录,重要孔洞应绘制过程线。④封孔,按照设计的压力值,在孔洞完全不吃浆状态下延续0.5~1.0小时后结束灌浆,而后经复灌不吃浆即可封孔。④检查与验收,灌浆过程对钻孔、灌浆压力、浆液配方和吃浆量及灌浆过程出现的问题、处理方法做记录,灌浆结束对资料进行整编分析,以作为质量验收参考数据,施工过程和完工后聘请质检工程师对灌浆质量进行检测,由工程负责人和大坝主管单位领导进行阶段验收。

四.大坝安全档案管理

由于历史原因,多数浆砌石大坝的不仅工程设计和施工资料未能进行认真的整理,许多相关文字资料和图纸不全,而且投入使用后进行维护管理的资料,如监测数据、维护施工资料均未能形成完善的档案管理。现代大坝安全管理的风险评估、坝区灾害预测建立于对以往大坝安全监测资料的分析之上,监测的数据资料是判断大坝运行状态是否安全的重要信息,所以大坝安全档案的管理也是浆砌石大坝管理的基础技术内容,应重点予以完善和科学规范化。

具体要建立大坝安全档案管理的专职部门或专职人员,基于计算机技术应用,将重要的大坝技术资料和日常监测资料进行计算机处理存档,以便于对大坝进行长期的运行规律分析研究,对于阶段性的监测分析结果和安全评估报告,要统一进行存储和保管,以便于需要对大坝进行紧急安全评估时,能快速的提供各时间安全节点的数据资料,进行快速风险评估和安全决策。和其它档案管理一样,对重要数据除进行电子备份外,还须进行纸质的打印保存。通过对大坝安全档案管理的完善和科学化动作,为整个大坝安全管理打下扎实的基础。

浆砌石大坝的技术管理是在原有管理经验技术基础之上,依据浆砌石大坝的特点,对其进行现代大坝安全维护技术和风险管理方法的完善和加强。对于浆砌石大坝,常规的安全管护技术措施仍为安全维护的基础,其次安全监测评估、隐患事故处置和安全档案管理为浆砌石大坝管理三项主要技术内容,对于安全监测评估重点是对计算机大坝安全监测系统的应用,通过其完成安全监测数据的自动收集、整理和分析,为安全评估提供科学数据,相对于传统的人工监测数据采集和整理分析,其工作量小,高效,但同时人工巡查仍为浆砌石大坝安全监测不可缺少的工作内容,其在于监测仪器无法涵盖的范围和不能发现的问题和状况,最后大坝安全档案管理是现代大坝维护管理和风险评估的技术基础,应予以完善和科学规范化。

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