混凝土坝的孔隙水压力监测与应用

摘要：随着信息技术的发展和混凝土坝的管理现代化的发展，利用孔隙水压力计监测代替传统的人工检测正是文章所要探讨的问题。通过对孔隙水压力的应用范围、应用方法的浅析和朱庄水库混凝土坝的孔隙水压力计的实际应用。我们发现孔隙水压力监测的现代化和数据化，增加了大坝使用寿命，缩短了工程数据采集分析时间，在整个大坝工程维护周期间内降低了维修维护成本，值得推广使用。

Abstract： With the development of information technology and the management modernization of the concrete dam， the pore water pressure gauge monitoring has replaced the traditional manual monitoring. Through analysis of the application scope and method of pore water pressure and the actual application of pore water pressure gauge in the concrete dam of Zhuzhuang reservoir， we found that the modernization and datamation of pore water pressure monitoring has increased the service life of the dam， shortened the time of engineering data collection and analysis， and reduced the maintenance cost in the whole dam engineering maintenance period， so it is worth to be promoted.

关键词：混凝土大坝；孔隙水压力；参数；监测与应用

Key words： concrete dam；pore water pressure；parameters；monitoring and application

中图分类号：TV642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0181-02

0 引言

孔隙水压力监测是影响混凝土坝工程安全监测中重要的监测项目之一，孔隙水压力的分布状态可作为混凝土坝工程稳定计算的来源和分析依据。如果没有了混凝土坝孔隙水压力监测，只从表面观察，很难发现混凝土坝的轻微渗漏、变型和塌陷，难以保证混凝土坝的工程施工和维护。20世纪70年代以来，大坝安全自动化监测系统得到了迅速发展，孔隙水压力计的应用和发展再次成为热点，然而孔隙水压力计在混凝土坝中的应用却不普遍。文章通过分析孔隙水压力的监测与应用，旨在推广和普及孔隙水压力计在混凝土坝中的应用。

1 孔隙水压力监测仪的应用

孔隙水压监测与变形监测、土压力监测同属于大坝外部压力监测，而孔隙水压力监测更侧重混凝土坝体内混凝土含水率、水压力及混凝土温度三个数据，根据这些数据的变化来预测预报混凝土坝渗漏、变型和塌陷的可能性及危险程度，做到超前预报，以减轻或避免混凝土坝渗漏、变型和塌陷造成的巨大经济损失和人员伤亡。

为了得到这些数据，需要进行孔隙水压力的数据监测，我们可以用工程测量得到的数据对比孔隙水压力的基准数据和历史测量数据得到混凝土坝的孔隙水压力的其分布与消散情况，以及大坝运用期间的工程维护与坝身稳定，以确保大坝的安全，提高设计和科研水平。为了使孔隙水压力监测工作能连续正常的进行，朱庄水库依据坝体尺寸，结构形式、地形、地质条件及施工方法等情况，专门修建观测房和观测廊道，以便集中监测。

2 朱庄水库混凝土坝的工程布局及孔隙水压力计安装方案

朱庄水库大坝坝体为浆砌石混凝土重力坝，最大坝高95米，坝长544米，总库容4.162亿立方米，大坝建在两侧为峭壁太行山峡谷中。朱庄水库的大坝维护主要在于日常的工程数据监测，而孔隙水压力数据则是工程维护不可或缺的指标。

朱庄水库混凝土坝的监测横切面有四个，对均质填筑坝部分，监测点在主要监测横断面内，在坝坡稳定分析弧区域和靠近坝基部位相应的多布置了一些测点，目的是为了解不同介质交界上的孔隙水压力变化情况，并兼顾建成后的渗漏、变型和塌陷观测。每个横断面上都布置了几排测点，排与排高差为49m，高程约为1/4坝高。在坝身与地基交界面上也布置一排，位置与沉降测点位于同一高程，每排测点的距离，是根据坝型和坝体尺寸确定。每个剖面安置5个监测站点，每个监测站点设置5个测点，每个测点需要安装一枚孔隙水压力传感器，此工程共安装250枚孔隙水压力传感器。

图1为朱庄水库混凝土坝0+315溢流坝剖面图。

3 孔隙水压力计调试、观测与记录

仪器安装过程中即开始读数与记录，观察读数数值是否有异常的大幅度震荡，如果数值变化不大，且趋于稳定，可以认为孔隙水压力计调试成功，如果数值波动较大，应检测周围水文变化和检查安装位置和安装方法是否符合工程设计。

①孔隙水压力计的测读方法，依所选用仪器类型而定。一般情况下水工建筑物的体积较大，质量较重，通常采用振弦式孔隙水压力计，通过测读其自振频率的变化以确定其反应的孔隙水压力的变化。

②孔隙水压力的观测测次，依据坝体的自身特点和监测阶段而定，除满足规定要求外，应遵守下列规定。1）在施工期，每填方升高5-10m或1-2天时应观测一次。同时必须测记观测断面填方的填筑高程变化。2）在汛期高水位周期和出现历史峰值的时候，应按初蓄期的规定进行观测。

③孔隙水压力计安装调试完成后，即可监测和整理数据，为接下来的日常观测和维护做好依据。1）观测基准数值的确定：孔隙水压力的基准数值取安装后至施工前1-2天测值的平均值。2）监测频率的确定：处于不稳定情况或者数值幅度拨动较大的情况，可以调整为一天监测三次，并上报上级单位，调查数值波动范围较大的原因，提出解决方案；待孔隙水压力周围环境稳定后，正常工程监测可以延长为每10天一个周期。3）孔隙水压力监测过程中，要对工程周边的天气情况进行记录（如气温、晴雨）。

4 混凝土坝孔隙水压力监测的价值

①我国混凝土结构水工建筑物设计年限一般为50-100年，目前我国混凝土坝规范没有规定大坝使用寿命。但应该看到我国大部分的混凝土结构水工建筑物都是在20世纪五十年代到八十年代建设的，当时是计划经济时代，物资和资金短缺，大型工程机械也偏少，导致混凝土设计强度和水泥用量偏低。例如朱庄水库混凝土坝，是在1963年海河洪水后，在同志“一定要根治海河”的口号下，仓促上马建设。当时是边施工边设计，土石方块均的靠人挑马拉建设成功的，这些因素极大的制约了朱庄水库混凝土坝的适用寿命。工程维护监测，特别是孔隙水压力的监测，对大坝的维护，和延长适用寿命效果是非常显著的，以平均混凝土坝75年的寿命算，朱庄水库大坝建设至今已经有50多年历史了，算是高龄大坝了。2015年的除险加固工程评估，朱庄水库混凝土大坝因为孔隙水压力监测指导的工程维护，使大坝的使用周期能达到200年寿命，也就是说，正确的孔隙水压力监测将朱庄水库混凝土坝的使用寿命整整延长了一倍多，工程成本等于减少了一半。

②山区混凝土坝的重要作用不仅仅是蓄水灌溉和工业发电，它的更大作用是防灾减灾。朱庄水库为浆砌石重力坝，为百年设计，千年校核，万年一遇洪水保坝验算，水库有强大的泄流能力，万年的洪水位为260.9m，说明朱庄水库有较高的防洪能力，一般情况下溃决的可能性较小，其溃坝主要来自不确定的因素。这种不确定因素就完全可以通过孔隙水压力的监测数据进行推算排查，防微杜渐，从源头上解决可能出现的轻微的渗漏、变型和塌陷等不良现象。朱庄水库防洪保护的城镇及重要工矿区有：邢台市、沙河市、邢台煤矿、邢台电厂、南和县、任县、巨鹿、隆尧、宁晋等，共9个市镇，57个城镇，128万人口，116.7万亩淹没耕地，工农业产值89亿元。保护交通线路有：京广铁路、107国道、京深高速公路，社会价值无法计算。如果能做好孔隙水压力的监测统计，和数据整理，就能安全的保护朱庄水库混凝土浆砌石重力坝的安全，也就能避免上面提到的这些损失。

③对于工程维护人员来讲，孔隙水压力计的普及使用，大大减少了工作人员的工程量。在安装孔隙水压力计之前，孔隙水压力监测至少需要4个人带着测量绳等原始工具，进入大坝内部测量廊道中，同时协作，完成测量任务，一次全部的大坝孔隙水压力测量需要整整一天，采集完数据后，根据水压高程和简易水压计，计算各个监测点的孔隙水压力，然后和上一周期内的数据比较差值，整整一个工作周期需要两天，自从安装了孔隙水压力计后，工程量大大缩短，一个人2小时内能完成全部数据采集和差值比较。一切都要归功于孔隙水压力计在混凝土大坝工程维护中的推广应用。

5 结语

大坝孔隙水压力对大坝工程维护和监测非常重要，而混凝土大坝的孔隙水压力监测就是为了避免和及时修复这种损害的，因此混凝土大坝孔隙水压力监测的应用推广及数据资料整理分析，就变得尤为重要了。熟练掌握和运用孔隙水压力监测方法才能更好的为大坝整体观测和维护服务。

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