水工建筑物的安全监控

【摘 要】水工建筑物的监控是水利工程中一个重要的课题，通过监控数据的处理分析可以预测建筑物的工作状态和性能状况。本文对监控的目的意义、内容要求以及具体的监控方式和处理方法做了简要分析介绍。

【关键词】水工建筑；安全监控；数据模型

水工建筑物的监控是由性态监测和运行控制两部分组成，其中性态监控是在水工建筑物内埋设监测设备，通过自动或者人工获得相应数据，然后通过对这些数据的分析、建模、运算等得到建筑物运行的整体性能，从而客观的对水工建筑物做出综合评价。而运行控制则是对不满足正常使用的建筑物进行改良措施，使其能够正常的运转工作。

1 水工建筑物的安全监控目的和意义

1.1 对水工建筑物正常工作状态的监测

水工建筑在使用时发生破坏的话，通常是有一定的先兆，在平时对水工建筑各方面的监测，对监测数据不断分析计算可以准确的评定其工作状态，发现问题时可以及时很好的处理，并通过数据的积累，对以后的工作有借鉴作用。

1.2 对设计参数和设计理论的验证

对已建好运营或者正在建设当中的水工建筑物埋设长期的观测仪器，掌握了建筑物的变化性态，可以验证设计时的一些加设理论和简化结果是否合理。水工结构和普通的建筑相比要考虑较多的水文环境和地质条件，不确定因素较多，理论不够成熟，通过数据的分析研究可以对设计理论进行修正，所以设计原理和参数的验证对水工结构的发展有很大的意义。

1.3 对施工质量的检查

为保证施工的质量，在建筑物施工期间采集数据可以很好的指导施工工艺的进行，对施工起到指导作用。

2 水工安全监控的内容和要求

水工建筑物的监控内容大致上可以分为原型观测、监控分析和建筑物的工作状态评估三个方面。具体的内容和要求如下：

2.1 观测模型的设计和设备的安装，根据监控的基本要求，首先对观测的对象做好计划，选好观测点，要做到仪器安装方便、数据取值有效合理的效果。仪器安装时要进行校正标定，并填写安装记录。

2.2 现场观测时，人员、测次、时间以及仪器上要固定，对观测程序严格执行，做到按照指定时间、不缺、不漏、精度高的要求，并随时的记录、计算和校核。

2.3 工作状态的评估，要及时的对观测数据进行整理分析，绘制出先关参数的变化曲线，通过数学模型计算做好预报工作，对评估报告提供可靠的资料。根据数据分析的结果，对水工结构进行综合评定，如果发现有非正常工作的现象要及时的报告给有关的部门处理，得到解决方案，不能拖沓，必要时可以提出处理意见。

3 水工建筑的原型监测

3.1 检查观测

检查监测是利用人员本身通过观察、手摸或者利用一些简单的工具对建筑物进行简单的观测。使用仪器观测虽然可以得到更为准确的信息，但一个建筑物的仪器安设点数是有限的，太多的仪器设备不利于经济方面的考虑，另外水工建筑物裂缝、渗水等缺陷部位也不一定反生在仪器设备的观测点上，所以人员的检查观测具有相当重要的地位。有利于及时的弥补仪器的不足，及时的发现异常情况的发生。

检查观察主要检测建筑物有无裂缝，在坝脚、迎水坡部位有无塌陷、流土和沼泽化的现象，在伸缩缝部位是否有渗漏，混凝土表面有没有松软、侵蚀的危害，有泄水作用的部位检查有无磨损、剥落，金属部位的焊缝、铆钉等是否生锈变形。

3.2 仪器的量测

仪器量测既是在相应的建筑部位预设仪器设备，通过规律性的采集数据，来判定建筑物的工作状态。

1）变形观测

变形观测是原型观测中较为重要的一部分，要对土工、混凝土、土坝等建筑物观测水平位移和垂直位移、地基的固结沉降情况、伸缩缝的变形等。

2）渗透观测

对于土坝类的渗透观测，浸润线的位置变化情况可以通过孔隙水压力仪来确定，根据结构形式、工程等级以及施工方法和地质情况等定出观测断面，观测断面要能够反应出主要的渗流情况和问题可能发生的地点，根据断面的大小确定测量点数。

其他还包括渗流量的观测、绕坝渗流观测、坝基渗压观测、土坝孔隙水压力观测以及渗水透明度观测。对混凝土建筑物的渗透观测还要包括坝基场压力观测和混凝土内部渗透渗透压观测。

3）应力与温度观测

以混凝土坝的观测为例，通过在混凝土内部埋设应力应变计和无应力计，来观测混凝土内部因为温度、湿度、化学变化以及应力引起的总应变。无应力计主要用来量测温度、湿度以及化学变化引起的应变，总应变减去这一部分就可以得到有荷载引起的应变，换算成应力，即可得出想要的结果。

温度对混凝土坝体也有重要的影响，温度观测要在坝体内布设温度计，在靠近坝体表面、在坝体钢管、宽缝、伸缩缝等附近要加大测点的布设密度，和坝体周围的水文地质条件结合起来，对坝体内部温度的出合理的观测处理。

4）水流的观测

主要对水流形态观测，从而得出水流带给建筑物的作用力，避免不利的水流影响。水流平面形态包括水流的流向、回流、旋窝、折冲水流、翻滚。观测时从泄水建筑物开始向上下游两端一直到水流正常的地方。

对于高速水流，要着重观测水流引起的振动、压力以及负压进气量等，观测数据可以提供宝贵的经验资料，为维修维护建立有效的依据。

4 数据分析的数学模型

数学模型的分析方法在数据处理上较为复杂，但效果好，能够从数据中认识和了解建筑物的运行规律，具有监控预警的作用。目前常见的数据模型方法有数理统计模型、确定性模型、混合模型三种。

数理统计模型是通过多项式的拟合和最小二乘法的原理，对那些复杂的没有显式函数的明确表达式数据进行处理，从而得出较为理想的数学表达式。大坝等水工结构受到各种水文环境的影响，具有很多的不确定性，所以数理统计模型对水工建筑来说具有很好的效果。

确定性模型，是利用数学力学方法计算得到结果和实测的数据进行拟合，得到效应量和环境量之间的关系。

混合模型是处于统计模型和确定性模型之间的一种模型方法，一部分数据通过统计的方式得到，一部分则是通过力学计算的确定性方式得到。

确定性和混合模型考虑到了建筑物的几何尺寸和最大荷载不利效应，理论性强、概念清晰，但是计算量大，在复杂的水工结构物上计算就更加复杂，而统计学理论则可以很好的解决这一问题，满足工程需要。

5 结语

通过监测仪器获得的数据要通过信息管理和监控预警两方面的处理。通过对原始材料的转换、处理，能够很好的预测大坝等水工建筑物的工作状态，从而达到预警的效果。

【参考文献】

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[2]郑万勇，杨振华.水工建筑物[M].郑州：黄河水利出版社，2003.

[3]方卫华.对大坝安全监测的几点认识[J].大坝与安全，2004（6）：26-28.

[责任编辑：王迎迎]