水库工程大坝安全监测方案范例(3篇)
水库工程大坝安全监测方案范文
关键词:水电站水工管理大坝监测水库调度水工建筑物防汛
1、前言
沙坡头水利枢纽是国家实施西部大开发的一项标志性工程,也是宁夏自治区“十五”期间开工建设并建成发挥效益的一项重点水利工程,工程建成后为宁夏农业灌溉、电力供应、洪水控制及社会稳定等多方面起到了积极的推动作用。在工程稳定运行发挥效益的同时,作为水电站运行的水工管理者应该从如何实现电站安全运行的长治久安出发,不断摸索和完善水电站的运行管理方式。结合沙坡头水利枢纽水力发电厂自投运至今的水工管理经验,从大坝安全监测、水库调度、防洪防凌、水工建筑物维护四个主要管理职能浅析水工管理工作在水电厂的运用。
2、工程概况
沙坡头水利枢纽位于宁夏回族自治区中卫县境内,该工程是以灌溉、发电为主的综合利用工程,总库容0.26亿m3,总装机容量120.3MW,设计灌溉面积87.7万亩。工程属二等大（2）型工程,主要建筑物按3级建筑物设计,次要建筑物按4级设计。设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为500年一遇,相应洪峰流量分别为6550m3/s、7480m3/s。并按2级建筑物下限洪水标准进行复核。正常蓄水位为1240.5m,汛期运行水位为1240.5m,死水位选择为1236.5m,校核洪水位为1240.8m。
3、大坝安全监测管理
3.1大坝安全监测系统介绍
大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对沙坡头大坝的主体结构、坝基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察。通过各种观测手段,以及时取得反映坝体、坝基和岸坡性态变化以及环境对大坝作用的各种数据,并通过对数据的整理、分析,形成立体、形象的图形资料、文字资料,以查找大坝的安全隐患并及时采取措施,保证大坝的安全运行。其目的在于:
(1)监视工程安全。通过安全监测可以及时获取坝体运行的第一手资料,评价沙坡头水利枢纽大坝的安全状况,实现对工程的在线、实时安全监控。
(2)服务工程效益。通过安全监测,可以及时了解和掌握枢纽大坝的工作性态、异常迹象,制定工程的运行计划和维护措施,为充分发挥工程经济效益提供技术服务。
(3)检验设计和施工。通过安全监测,可以认识枢纽工程监测效应量的变化规律,对基本理论、设计方法、计算参数等作出验证,对施工措施、材料性能、工程质量等作出验证。
3.2大坝安全监测数据采集
3.2.1自动化数据采集
参照《大坝安全监测自动化技术规范》,沙坡头水利枢纽的监测系统主要包括变形监测、渗流渗压监测、应力应变监测、环境量监测等。接入自动化系统的仪器共19类,合计安装埋设372支仪器,结合采集系统和数据管理系统形成沙坡头安全监测的管理网络。系统内的全部仪器均采用“自动控制方式”进行定时监测。目前各类仪器的测量频次设为1天/次,每日完成的数据采集量近500个。
3.2.2人工数据采集
沙坡头水利枢纽大坝安全监测目前依靠人工进行数据采集的主要有四个部分:
(1)坝顶沉降量。通过定期的一等精密水准测量获得坝顶垂直沉降变化数据;
(2)坝基排水量。通过定期人工测量获得坝基渗漏排水量数据;
(3)坝基扬压力。通过人工观测灌浆廊道内的扬压力表获取坝基扬压力数据,并与自动化数据进行比对;
(4)人工仪表测量。对部分未接入自动化系统的仪器进行人工测量取值,并与自动化数据进行比对,复核数据准确性。
3.3大坝安全监测数据分析
(1)日数据分析。检查当日监测数据,对比历史数据了解当日数据走势、规律,从而判断数据的真伪、仪器的完好。
(2)月数据分析。整理当月监测数据,进行统一计算,根据计算结果绘制变化过程图、变化柱状图,并对比历史数据,分析各个监测项目、监测部位的全月变化性态是否符合历史同期变化规律。
(3)监测数据采集、汇总、分析等一系列工作的成果最终是以《大坝安全监测报告》的形式呈现。《监测报告》是将分析结论通过文字、表格、图形等直观的表现手段对大坝的实时运行性态进行描述,阐述坝体各个部位的运动规律、坝体各类仪器的运行状况、坝体各种参数的异常表现,并提出坝体各类缺陷的维护建议。
4、水库调度管理
4.1水库调度工作介绍
水库调度是枢纽大坝工程管理的主要环节之一。其内容包括:拟定水库调度方式、编制水库调度计划,参照水库每年库容情况与预计的天然来水情况,有计划地合理控制枢纽在各个时期的蓄水和放水过程。其意义在于:在确保大坝及主要建筑物安全、上下游沿岸建筑物安全、满足规定的综合利用要求的原则下,经济用水,充分发挥水电站的防洪、灌溉、发电、兴利的目的,最大限度满足枢纽运行指标。
4.2水情测报工作
水情测报、水文预报工作是水库调度的数据收集整理阶段,也是基础工作。通过与上下游水文、气象部门的紧密联系,完成水调基础数据的采集工作,并实现了与梯级电站的信息互动,与电网调度中心的水情互通。
沙坡头水电厂水情测报的主要内容有:计算前日的水位、出入库流量发电量、单位耗水率、溢（泄）水量等数据,预测当日来水情况。并在每日9时前,将各类水情信息报送至电调、防汛办等水行政部门。同时,在每月1日前按规定表格填写本枢纽上月水库运行资料、下月水库运行计划报电调、防汛办。
4.3水库调度工作
(1)根据水文气象预报和历史资料分析,编制下一年度水库调度运用计划,并报电调、各级防办。
(2)水调人员每月25日前,应制定出下月来水预计、发电量预测,并安排水库调度计划（含水量预报修正及水库运行方式）。
(3)每年1月,按规定表格填写本枢纽水库上年度水库运行资料报防办、电调及各级水行政主管部门。
(4)在遇特殊水情、较大洪水时,及时编制临时调度方案调整水库运行方式,保证大坝安全。
(5)在日常水库调度工作中逐步建立水库调度技术档案、不断积累水库运行资料,对水库调度方式不断完善和优化。
4.4水库调度的防洪意义
水库调度工作对于确保水电站安全,充分发挥防洪、兴利、生态等综合效益,实现水资源的合理配置和可持续利用,促进经济社会可持续发展具有十分重要的意义。在遇上游发生洪水时,可以通过科学合理的调度采用滞洪、蓄洪等方法来存洪水、削减洪峰、改变天然洪水过程,以达到下游河道允许泄量及枢纽允许泄量的要求,从而保证下游群众、财产、农田的安全,保证枢纽本身安全。水库调度工作要正确权衡防洪与兴利的关系,当防洪与发电存在矛盾时,发电必须无条件服从防洪。
4.5水库调度的发电意义
通过合理的水库调度,可以在保证工程安全的前提下,提高天然径流利用率,增大枢纽发电效率,确保电网安全运行。同时水库调度可以起到库容补偿、水文补偿的作用,在不增加任何外力的条件下,获得显著的经济效益。根据中外专家实际论证:中长期发电优化调度可增加发电量2.0%～5.5%,短期发电优化调度可增加发电量1.5%～5.0%。对于沙坡头水利枢纽这种日调节的径流式电站,意义尤其显著:
(1)遇较大洪水时,通过增大机组负荷预降库水位后持续保持高水位运行状态,不仅在洪峰到来前预留出了足够的拦洪库容,同时又提高了机组发电效益。
(2)通过精确的水文预报,合理安排机组检修时间。根据机组运行情况,将检修工作尽可能安排在上游来水较少的时间段内,有效避免了在上游来水充沛时段,枢纽因机组检修而导致过水能力降低,造成的不必要弃水。
(3)在上游来水超出枢纽发电过水能力时,利用多余来水开启排沙孔进行清淤拉沙等多种手段的水库调度方式,有效减少了弃水、提高了水资源利用率、增加了机组发电效益。
5、水工建筑物维护
5.1水工建筑物维护工作介绍
水工建筑物受力情况复杂,同时受到各种自然因素、环境条件的影响,因此其工作状况随时都在变化,各种相互作用的力经常会出现重新组合、重新作用的现象,导致坝体、坝基的变形。为保证大坝、泄洪闸、主副厂房及各类辅助建筑物安全运行,必须对上述水工建筑物进行经常性的检查、维护。
5.2水工建筑物巡视
水电站建筑物缺陷、变形普遍具有隐蔽性、渐变性,初期的表现并不是非常明显,只有随着时间的推移才会逐渐显露出来。但是对建筑物维护工作来说,最好的方式就是在初期将隐患消除,这就突出了“水工建筑物巡视工作”的重要性,水工巡视人员必须有高度的责任心,能够认真仔细,一丝不苟的对大坝的每个部位进行排查。
巡视工作必须严格按照规范规定的频次进行,必须做到“两无、两随、三固定”（无缺查部位、无漏查部位,随时巡视、随时记录,人员固定、仪器固定、频次固定）,任何情况下不得中断观测。在水库放空、水位骤变、最大水位、高温低温、地震暴雨等特殊环境条件下,还需增加巡视频次。
巡视结果建立巡视台账,及时更新已发现缺陷的变化情况,及时描述新发现缺陷的详细信息。便于在日后进行维护工作时,能够准确分析缺陷成因、准确定位缺陷部位、准确制定处理办法。
5.3水工建筑物维护
水工建筑物维护工作的原则是“经常巡视、养重于修,小坏小修、随坏随修”,尽可能的避免严重损坏后的大修工作。同时根据维修性质、工程大小,水工建筑物维护工作又分为“日常维修”、“专项大修”和“抢修”。
5.3.1日常维修
根据日常巡视工作检查发现的问题所进行的日常保养、局部修复。沙坡头水利枢纽存在的日常修复项目主要有:坝体裂缝处理、坝体渗漏水处理、厂房建筑修补等。
5.3.2专项大修
投资大、工程量大、处理难度大、技术复杂的较大缺陷,经报上级主管部门批准后,委托专业施工单位进行的维护施工。专项大修期间,水工管理人员负有方案审批、施工管理、竣工验收等责任。
5.3.3抢修
当建筑物、设施发生了影响枢纽电站安全运行的紧急故障时,紧急采取的维护、修复措施。
6、防汛、防凌
6.1汛前工作
(1)编制“防汛（凌）预案”、“汛（凌）期水库调度运用计划”、“洪水预报警报系统”;
(2)汛前各类水工建筑物检查、泄水设施运行工况检查;
(3)防汛（凌）物资仓库建设;
(4)防汛组织机构建设。
6.2汛中工作
(1)在上下游水文、气象部门的配合下,做好近期来水情况预测,编制水库调度方案,同时严格落实汛（凌）期水情值班工作;
(2)泄水建筑物巡视检查、泄水设备试运行;
(3)上下游库区凌汛巡视检查;
(4)根据汛（凌）情,及时编制《防汛（凌）简报》报送相关管理单位;
(5)遇超标准洪水,或特殊水情、沙情,依据实时水情、工程状况及防汛（凌）调度运用计划,编制《水库临时调度方案》控制洪水,及时向主管部门、上下游水行政部门汇报,并启动相对应的“预报警报系统”。
6.3汛后工作
(1)编制《防汛（凌）工作总结》,总结防汛（凌）经验;
(2)汛（凌）期内的水务计算、统计（洪峰流量、泄洪水量、流凌状况、封河开河状况等）;
(3)对汛期内出现隐患的工程部位、设施及时消缺。
7、结语
(1)学习力是联系竞争力、创新力的桥梁和纽带。沙坡头水利枢纽大坝安全监测系统尽管目前监测项目较完整,但随着科学技术的不断发展,新的监测方法、新的监测手段、新的监测软件陆续投入到了实际工程活动中,水工管理工作不但要加强加强硬件、软件设备的建设,更要不断学习先进的技术知识,吸收先进的管理理念。结合技术抓管理、结合管理搞技术。
水库工程大坝安全监测方案范文篇2
本文概述了堤坝渗流的危害、理论发展、主要计算方法、渗流分析的基础理论以及具体的防渗加固措施，并对不同的防渗处理方法的利弊作简要分析探讨，最后以莆田市近几年来水库土石坝防渗除险加固为实例，具体分析大坝渗流产生原因和采取防渗措施以及工程处理后的实际效果，总结土石坝防渗处理方法选择的一般性规律，供后期同类水库堤坝除险加固参考。
关键词：堤坝；渗流理论；防渗加固措施
Abstract:thedamseepageanalysisandseepagecontroltechnologyisanimportantdykereinforcement.Seepageindamconstructionisverycommon,todoagoodjobinseepagereinforcementwork,willbeoutofdanger,anantidoteagainstthedisease.Wemustfirstunderstandthetypeofseepagefailureandcauseanalysis,andthenaccordingtotheprinciplesandspecificengineeringgeologicalconditionsofseepagecontrol,selectionofrationaltreatment,anti-seepagetechniquebytheselectedcarefullyconstruction,seepagefailuretoeradicate.
Thispapersummarizesthemeasuresforstrengtheningthebasictheoryanalysisofdamseepagehazards,theorydevelopment,themaincalculationmethod,seepageandseepageofconcrete,andtheadvantagesanddisadvantagesofdifferentanti-seepageprocessingmethodarebrieflydiscussed,andfinallytoPutiancityinrecentyearsthereservoirdamanti-seepagereinforcementasanexample,theanalysisofdamseepagegeneratedthereasonandtheactualeffectofanti-seepagemeasureandengineeringtreatment,summedupthegenerallawofseepagepreventiontreatmentmethodofchoice,forlatersimilarreservoirdamreinforcementreference.
Keywords:dam;seepagetheoryofseepagepreventionandreinforcementmeasures;
中图分类号：O357.3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言：
只要堤坝的临水侧和背水侧存在水头差，堤坝就会产生渗流，渗流分正常渗流和有害渗流，有害渗流产生渗透破坏，据统计，由渗透破坏造成的险情约占堤坝险情总数的60%以上，是堤坝工程中最普遍且难以治愈的心腹之患。关于堤坝的渗流问题，中国学者主要集中于渗透破坏模式和土颗粒组成之间的相互关系。在渗透稳定分析中，有限元渗流计算结果应结合渗流比降与土体抗渗特性之间的关系进行分析。对于堤坝的渗流控制，应遵循“前堵、中截、后排”的原则。在堤坝除险加固工程中，防渗处理方案的选择，具体取决于防渗技术的功能性、可实施性、经济性、环境和安全性。因此，为了保证堤坝运行安全，对堤坝渗流进行安全检测并进行认真细致的分析，然后选择经济合理的防渗措施尤为重要。
1堤坝渗流概述
1.1堤坝渗流的危害
堤坝以及水库有部分建造在软土地基上，尤其是土石坝的筑坝土与坝基土渗透系数较大，必须进行渗流分析和采取正确的防渗措施，否则会造成坝身、坝基渗漏过大，危及工程的安全。渗流产生的危害主要有：
①堤坝渗流过大，损失水库蓄水量。一般来说，水库坝身、坝基透水性比较强。如果防渗不当，堤坝挡水后，由于上、下游水位差的作用，渗水将从上游经坝体和坝基的颗粒孔隙向下游渗透，应有的蓄水量减少，工程效益降低，甚至导致水库无法蓄水的现象，并引发水库周围土地沼泽化，污染环境。
②浸润线过高，影响坝体稳定。严重的坝身和坝基渗漏，常会导致坝身浸润线抬高，使下游坝坡出现散浸现象，降低坝体的抗剪强度，甚至造成坝体滑坡。
③渗透比降超临界，产生渗透破坏。在坝身或坝基发生渗流时，若渗流的渗透坡降大于临界坡降，将诱使土体发生管涌、流土、接触冲刷、接触流失等渗透变形，甚至产生集中渗漏，导致垮坝失事。
1.2堤坝渗流理论的发展
随着我国水利水电工程建设的迅速发展，水工建筑物的安全性越来越受到重视。而渗流作用对堤坝的影响不容忽视，所以对渗流理论进行研究并采取正确的防渗处理措施就显得越来越重要。
渗流是一门与水力学和岩土力学有着密切关系的学科，随着近代科学技术的不断发展，渗流在基本理论试验手段、设计方法和应用等方面都得到了极大发展，逐渐成为一门专门的学科，已能觖决各种复杂的工程问题。理论的发展与研究手段的进步是分不开的，主要表现在两个方面：渗流研究已经比较普遍地使用了现代电子计算技术，发展了数值模拟方法；渗流机理研究的试验手段日益先进。渗流理论的研究大致经历了三个大的发展阶段：Daxcy定律的出现，20世纪石油工业的崛起极大地推动了渗流力学的发展;随着相关科学技术的发展，如高性能计算机的出现，核磁共振、CT扫描成像以及其它先进试验方法用于渗流，又将渗流理论研究大大推进了一步;近年来，随着非线性力学的发展，将分叉、混沌以及分形理论用于渗流，其它诸如格气模型的建立等等，更使渗流力学的发展进入一个全新的阶段。
1.3堤坝渗流计算的主要方法
堤坝渗流计算可采用理论解法、数值解法、流网法。
（1）渗流的理论计算方法。堤坝渗流的理论分析方法有流体力学法和水力学法两类。
流体力学是根据已知的定解条件，如初始条件和边界条件，求解渗流的基本微分方程，得到精确的渗流要素（包括流速、比降和渗透压力）。此法立论严谨，计算成果精确，但不适用于边界条件复杂的实际工程。水力学法为一种近似的解析法，其前提条件的基本假设为渗透系数K在相同或近似相同的土料中条向同性；坝体内部渗流为层流，符合达西定律V=KJ；坝体内部渗流为渐变流，渗流场中任意过水断面各点的水平流速和比降都是相等。这种方法不能精确求出任一点的水力要素。但其确定的浸润线、平均流速、平均比降和渗流量满足（Ⅲ-Ⅴ级）土石坝工程的精度要求。水力学法的基本思路是把坝内渗流区域划分为若干段，建立各段水流的运动方程式，并根据渗流的连续性原理解渗流要素和浸润线。坝体计算方法分为不透水地基均质坝的渗流计算、有限深度透水地基土石坝的渗流计算、没有截水墙的斜墙坝渗流计算、没有水平铺盖的斜墙坝渗流计算、总渗流量计算。
（2）渗流的数值计算方法。数值方法分为有限单元法和差分法两种。
应用有限单元法进行渗流计算，首先建立数学模型来描述渗流运动的数学方程式和初始条件、边界条件，然后将研究的渗流区域离散化即在空间上分割为有限个小区域，在时间上划分为若干时段进行计算求解，这样，未知量（水力要素）随空间和时间的变化过程就被模拟出来。由于描述流体的控制方程是二阶非线性的，精确解只适合于高度简化的理想情况。在非稳定渗流中，渗流自由面随时间而变化，渗流场的形状和边界条件也较复杂，且不同程度的具有非均质各向异性的特点。特别是根据不同情况改变任意单元的形状和大小时，有限单元法更能体现出其优越性。有限单元法是目前解决复杂渗流问题的最有效方法，对ⅠⅡ级坝和高坝应采用数值法计算渗流场的要素。
（3）流网法：在稳定渗流的情况下，渗流场中还存在着许多势能相等的点，把它们连接起来构成的曲线，称为等势线。渗流场内由这两束线构成的网格，称为流网。用手工绘制流网，利用流网求解平面渗流问题的水力要素，也可用来解决较复杂的边界问题。
2渗流分析的基础理论
水或其它流体在岩土等孔隙或裂隙介质中的流动，可以统称为渗流，其流动的性质取决于作为渗流骨架的岩土性质与其流体的性质。多孔介质中的地下水运动，包括两大类，运动特点各不相同，分别满足于孔隙水和裂隙岩溶水的特点。第一类为地下水在多孔介质的孔隙或遍布于介质中的裂隙运动，具有统一的流场，运动方向基本一致；另一类为地下水沿大裂隙和管道的运动，方向没有规律，分属不同的地下水流动系统。
2.1达西定律
达西定律是反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。
达西定律（1856年）表达式：Q=KAJ=KA(H1-H2)/L,V=Q/A=KJ
其中:
Q——渗透流量，亦即通过过水断面A的流量(m3/d)；
V——渗流速度（cm/s）
K——多孔介质的渗透系数(m/d)；
A——过水断面面积(m2)；
H1、H2——上、下游过水断面的水头(m)；
L——渗透途径(m)；
J——水力梯度（J=(H1-H2)/L），等于两个计算断面之间的水头差除以渗透途径，亦即渗透路径中单位长度上的水头损失。
（2）在实际的地下水流中，水力坡度往往是各处不同，此时达西定律的微分形式：V=KJ=-KdH/dn,式中：-dH/dn——水力坡度（水力比降）。
Vx＝－KdH/dx，Vy=－KdH/dy，Vz=－KdH/dz
（3）达西定律的矢量形式：＝Vx＋Vy＋Vz
（4）适用范围：Re
2.2渗透系数
渗透系数表示土的渗透强弱的程度，具有速度的单位，它又可以称为水力传导系数，反映含水介质对渗流阻力大小的系数。常用单位：m/d，cm/s。渗透系数与许多因素有关，如土的种类，土颗粒的级配，土的密实度，渗透液体的动力粘滞系数及温度等。
（1）土的种类不同，其渗透系数不同。粘土为极微透水性，渗透系数k＜10-6cm/s；粘土—粉土为微透水性，渗透系数10-6≤k＜10-5；粉土—细粒土质砂为弱透水性10-5≤k＜10-4；砂—砂砾为中等透水性；10-4≤k＜10-2；砂砾—砾石、卵石为强透水性；10-2≤k＜10°；粒径均匀的巨砾为极强透水性，k≥10°。
（2）土颗粒的级配越好，土的密实度越好，空隙大小越小，其渗透系数越小。
（3）流体的物理性质，如容重、粘滞性等对渗透系数也有一定影响。
2.3渗流的基本方程
根据渗流的基本表征量，如水头、水力梯度、渗透流速的大小和方向是否随时间变化等，可将渗流分为稳定渗流和非稳定渗流。渗流的基本方程有：渗流运动方程，渗流连续性方程和稳定渗流的控制方程。
非线性运动方程：
①Re>1—10，P.Forchheimer(1901)公式：J=aV+bV2或J=aV+bVm公式中的a、b由实验确定的常数，1.6≤m≤2。
②当a=0时，有chezy公式：V=KcJ1/2
.③Ward(1964)公式：J=V+V2，式中K=d2/360,其中d2是颗粒直径。
（2）渗流连续性方程
①定义：由于渗流场中各点的渗流速度大小、方向不同，在各向异性含水介质中取一微小立方体，以这个微小立方体的多孔介质为均衡体，以t为均衡时段，建立其质量守恒方程，即渗流连续性方程。
②非稳定流的渗流连续方程：
-[++]xyz=
此式表达了渗流区内任何一个“局部”所必须满足的质量守恒定律，又称为质量守恒方程。
③稳定流的渗流连续性方程：
div(v)=++=0，此式表明了在同一时间内流入单元体的水体积等于流出的水体积，即体积守恒。
④连续性方程是研究地下水运动的基本方程，各种研究地下水运动的微分方程都根据连续性方程和反映质量守恒定律的方程建立起来的。
3堤坝防渗措施
3.1堤坝防渗加固措施
堤坝发生渗透变形破坏是多种因素共同作用的结果，主要与土料的性质、级配、渗流条件以及防渗排水措施等因素有关，防渗措施应遵循“前堵、中截、后排”的原则。
(1)前堵型防渗：就是渗流的上游或源头采用防渗措施，拦截渗水或延长渗径，从而减小渗透流速和渗透压力，降低渗透比降。
(2)后排型防渗：就是在渗流的出口段采用排水减压措施和渗透反滤保护措施，既为渗透水提供通道，又不带走土体中的颗粒，切忌在背水坡渗水处用不透水材料进行强堵，以免酿成更大险情。
(3)中间截型防渗：是指通过建造封闭式的垂直防渗墙，截断渗透破坏路径，达到防渗目的。
3.2堤坝质量问题
堤坝的质量考察主要涉及以下几个问题：
（1）堤坝渗透破坏：水在土体中渗流，水流对颗粒作用形成的作用力称渗透力。当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，甚至把土颗粒带出而流失，使土体产生变形和破坏，称为渗透变形。渗透变形主要分为管涌、流土、接触冲刷与接触流失等四种类型，渗透破坏是许多工程失事的原因之一。
（2）堤坝本身存在裂缝：裂缝是堤坝常见的一种险情。堤坝裂缝按其出现部位可分为表面裂缝、内部裂缝；按其走向可分为横向裂缝、纵向裂缝、龟纹裂缝；按其成因可分为沉陷裂缝、干缩裂缝、冰冻裂缝、振动裂缝。抢护措施为开挖回填、充填灌浆等。
（3）截渗沟淤积：为拦截渗流而修建的排水沟叫截渗沟，截渗沟淤积严重，致使渗水无法排出，必须及时清淤。
（4）地震液化问题：砂土液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度，由固态变成液体状态的力学过程。砂土液化主要是在静力或动力作用下，砂土中孔隙水压力上升，抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。一次破坏性地震过后，在砂土液化严重区，地面上建筑物会遭遇到严重损害，产生沉陷、倾斜、开裂、滑移等现象。
（5）堤坝安全监测问题：堤坝安全监测系统是实现对堤坝的渗透压力、渗流浸润线、绕渗、渗流量、沉降、变形等参量的自动化监测，并对观测资料进行整编分析及管理。如果堤坝安全监测系统出现问题，堤坝质量问题得不到及时发现并加以防治，病情进一步发展，致使堤坝出险。
3.3堤坝防渗加固方案的选择
防渗加固的目的是降低渗流的破坏能力，降低堤坝浸润线和渗流出口比降以保证堤坝安全。堤坝防渗加固方案进行选择时，不仅要考虑方案的适用性，还要考虑经济性。堤坝防渗措施主要有上游粘土铺盖防渗、铺设土工膜、混凝土面板、帷幕灌浆、混凝土防渗墙、高压喷射灌浆、劈裂灌浆、深层搅拌桩截渗、深层搅拌连续防渗墙、冲抓套井回填、倒挂井防渗墙、振动沉模防渗墙、造槽防渗墙等方案。
（1）上游粘土铺盖。即在坝上游填筑粘土铺盖，与坝体防渗体连接，形成整体防渗。铺盖的作用是延长渗径，从而使坝基渗漏损失和渗流坡降减小至容许范围以内。当坝基覆盖层深厚，缺乏采用垂直防渗措施的条件或其造价昂贵难以实现时，适于采用铺盖防渗。铺盖防渗造价较低。但若地基的透水性较大，且渗透水头较高，透水层在坝前分布广，铺盖的防渗效果较差。而且铺盖不能像垂直防渗措施那样可以完全截阻渗流，其防渗效果有一定限度，故多在中小工程中使用，对高坝多和其他防渗措施配合使用。
（2）混凝土面板。在坝体的迎水浇筑一层一定厚度混凝土或钢筋混凝土面板，以达到防渗和加强坝体稳定效果。此方法在堆石坝使用较多，防渗效果明显。不利的一面是面板必须落在基岩上并结合基础帷幕灌浆。由于库水不易放空，基础开挖受条件限制，施工困难，该方法选用要结合施工现实条件。
（3）铺设土工膜。土工膜一般分为聚合物和沥青，还有沥青与聚合物混合的土工膜。在工程上普遍运用的为复合土工膜材料，其应用主要有两种形式，一是采用插板机先成槽，然后将防渗膜垂直插入砂砾石地层内垂直防渗，运用于细砂、中细砂类地层，深度一般为6～7m，土工膜只能采用地下搭接的方法；二是铺设在砂砾石表层作为水平铺盖或斜墙，土工膜可以采用各种方法连接。土工膜防渗适用于均质坝和斜墙坝，承受30m以下水头的可选用非加筋聚合土工膜，铺膜总厚度0.3～0.6mm；承受30m以上水头的，宜选用复合土工膜，膜厚度不小于0.5mm；土工膜铺设范围应超过渗漏范围上下左右各2～5m。
优点：造价不高，产品规格化，整体性能好，抗拉强度强，重量轻，运输便捷，工艺要求不高。缺点：铺膜接口质量控制困难，施工时膜易被刺破，而且堤坝底部及周边弱透水层膜难以铺到位，防渗效果不太理想。
（4）帷幕灌浆。就是采用钻孔、水泥（或复合浆）灌浆封堵岩体中的缝隙形成阻水帷幕，以减少渗漏量和降低渗透压力。其优点是既可以处理较深的砂砾石层，也可以处理局部不便于用其它防渗方法施工的地层，还可以作为其它防渗结构的补强措施。缺点是工艺较复杂，费用偏高，地表需加压重，否则灌浆质量达不到要求，更主要的问题是对地层的适应性差，只适用于可灌性的地层。
（5）混凝土防渗墙。适用于坝体和坝基防渗加固。它是指在大坝或基础用冲击钻或抓斗依次造孔，形成完整的孔槽，在槽孔中浇筑混凝土，最后形成一道连续的混凝土防渗墙体。混凝土防渗墙根据施工方法的不同分为桩柱式和槽板式两种成墙方式。缺点：施工速度较慢，施工时间较长，造价较高，要求施工技术力量强。优点：截流防渗效果好，具有相当厚度的混凝土墙的可靠性、耐久性均有保障，施工技术已经成熟。
（6）高压喷射灌浆。高喷灌浆利用钻机造孔，将带有喷头的灌浆管下至土层的预定位置，高压设备把压力为20～30MPa左右的高压射流从喷嘴喷射出来，形成喷射流强制性冲击破坏土层。当能量大、速度高、呈脉动状态的射流动压超过土体强度时，土粒从土体剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，并按一定的浆土比例和质量大小有规律重新排列，形成凝结体。按高喷方式不同有定喷、摆喷和旋喷。高压喷射灌浆的主要优点是质量比较可靠，机械设备简单，可用至强风化岩基，适用性广。缺点是工艺要求较高，造价较高。
（7）冲抓套井回填。它是利用冲抓式打井机具在土坝渗漏部位造孔，用粘土料分层回填夯实，形成一个连续的防渗墙，同时在夯锤夯击回填粘土时，对井壁的土层产生挤压，使其周围土体密实，以提高坝体质量，从而起到防渗和加固的目的。优点：机械设备简单、施工方便、工程量小、造价低等。此方法使用范围受到限制，适用于均质坝和宽心墙坝。
（8）深层搅拌桩截渗。此截渗技术是运用单头或多头小直径深层搅拌机在向下搅动过程中，不断把水泥浆喷入土体，并钻进、搅拌形成水泥土桩，多桩相割搭接形成连续密实的水泥土防渗墙，以此达到堤坝截渗的目的。适用条件：适用于粘土、砂土、粉质粘土、含少量粒径不大于5cm的砂砾层、填土。适用材料：主要采用水泥和水，取材方便，并充分利用原土，节省材料，对水泥无特殊要求。深层搅拌桩具有工效高、造价低、截渗性能好、无环境污染、施工不需开槽、不需护壁、土层中有土体架空或洞穴时也可施工等优点。但深搅桩对施工的连续性要求高，若施工时突然出现断浆现象，会破坏深搅桩桩体的完整性和连续性，应在断浆点的位置退回0.5m以上，进行重新送浆搅拌，避免造成断桩等质量事故。施工中断超过20小时，需对新老桩接合部进行加桩处理，方法为：在新老桩接合部加桩两根，轴线左右各加一根。
（9）劈裂灌浆。适用于坝体质量普遍不好，坝后坡有大面积散浸或多处明漏，问题性质和部位不能完全确定的隐患。适应于均质土及土砂坝基，不适应于粗砂及卵砾石坝基。劈裂灌浆通过钻孔用压力粘性土泥浆沿坝轴线方向有控制地劈开坝体，灌注泥浆，充填集中漏水通道，并使浆坝互压，最后形成10～50cm厚的连续整体泥墙，同时泥浆使坝体湿化，产生沉陷，增加坝体的密实度。优点：可以就地取材，施工简便，工期短，投资省，效果显著。缺点：施工时节受到限制，在雨季及库水位较高时，不宜进行灌浆，施工工艺要求高，难掌握。
（10）倒挂井防渗墙。它是利用在坝轴线上游1～2m处，沿轴线分成若干个井组，每个井组有4孔，每个孔互相搭接，井内回填混凝土或粘土，构成整体防渗墙。优点：单井施工，利用圆井土拱作用，土压力小，施工安全度高，同时单井工程量小，相应设备易解决。缺点：由于防渗墙接缝多，副井开挖时，要凿除主井接触部混凝土表面，以利新老混凝土结合，施工比较困难，影响进度，难以保证质量。
（11）深层搅拌连续防渗墙。此方法是运用特制的多头直径深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体并搅拌形成一道具有防渗效果的水泥土墙。土体中喷入水泥浆经搅拌后，水泥和土在固化过程中产生水泥的水解和水化反应、离子交换与团粒化反应、硬凝反应和石灰硬化反应，从而形成具有一定强度和防渗能力的水泥土。主要适用于黏土、淤泥、砂土、含少量砾石的砂砾层。优点：适用地层范围广，成墙均匀、连续性好，不需开槽，施工工效高，工程造价低。缺点：处理深度较小，且在深度较大时钻孔不易监测和控制，墙体下部质量难以检测。
（12）振动沉模防渗墙。它是利用强力振动原理将空腹模板沉入土中，向空腹内注满浆液，边振动边拔模，浆液留于槽孔中形成单块板墙，将单板连接起来，形成连续的防渗墙帷幕。该项技术主要用于砂、砂性土、粘性土、淤泥质土及砂砾石地层建造混凝土连续防渗墙，造墙深度可达20m左右，厚度8～25cm，最厚可达30cm。优点：技术先进，质量可靠，工效高，工程造价低，工艺简单，易于操作，设备性能稳定，机械化程度高。缺点：对卵石含量高的厚地层沉入困难，不能沉入基岩和大块石中，造墙深度尚不能超过25m。
（13）造槽防渗墙。机械造槽防渗墙是利用专用的造槽机械营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。机构造槽防渗墙较适用于砂、土和直径小于10mm的砂砾石层基础，不适用于基岩和大块石基础。优点是质量可靠经久，缺点是机械化程度要求较高，造价也偏高。
4渗流监测及评价
4.1堤坝安全监测的概述
（1）国际上大坝安全监测的发展
大坝安全监测是一门新兴的边缘技术学科。20世纪70年代以前称为大坝原型观测，当时原型观测的主要目的是研究大坝的实际变形、温度和应力状态，其重点在于验证设计，改进坝工理论。伴随着上世纪30到70年代世界各国的筑坝高潮，大坝失事的事件时有发生，大坝观测由原先主要为设计、施工、科研技术项目的服务，进而发展成为监视大坝的安全运行这个关系到社会公共安全的一个不容忽视的重要事业。70年代以来，各国均致力于大坝监测技术的发展，各类新型的监测仪大量涌现，大坝安全监测的理论和方法不断完善。随着现代科学技术的进步，大坝安全监测和管理的自动化、现代化也获得了空前的进展。
（2）我国大坝安全监测的发展
同国际上大坝监测领域的发展进程相类似，我国从20世纪50年代起开始了大坝原型观测的研究和应用，也经历了一个从注重大坝的微观观测到关注宏观监测的发展过程。国内刚开始的大坝观测工作，正处于国际社会加强大坝性态研究的高潮时期。我国首先实施的是内部观测的自动化，先后于1980年和1983年在龚嘴和葛洲坝安装了大坝内部参数自动采集装置，其数据处理和安全管理功能很弱。
到1990年国电自动化研究院根据国家“七五”科技项目的要求，研制成功第一套软硬件齐全的自动化大坝安全监测系统，并通过工程的大量应用不断改进和完善。90年代中后期，大坝安全监测自动化技术在我国得到了快速的发展，它标志着大坝安全监测自动化技术已成熟，并且有广阔的应用前景。目前采用的大坝安全自动监测系统按采集方式粗略地分为三类：即集中式、分布式和混合式，各自有优缺点和适用范围。
4.2堤坝渗流监测的内容和方法
（1）内容：渗流安全在堤坝安全中有着十分重要的地位，渗流监测是大坝安全监测的重要组成部分。渗流监测的内容概括为：绕坝渗流及地下水位监测、浸润线及孔隙压力监测、扬压力及渗水压力等。不同的监测项目，观测点的位置和布置不同，监测系统的设计应结合工程的实际情况，合理安排测点的布置。
（2）方法：堤坝渗流监测的方法包括巡视检查和仪器监测。巡视检查分为日常巡视检查、年度巡视检查和特别巡视检查三类。仪器监测法分为测压管法、孔隙压力计法、量水堰法、容积法、透明度法等。
①测压管：是观测渗流的传统方法，但实践证明，由于滞后时间较长，只有在渗透系数K＞10-3Lm/s的岩石或土壤中才能获得较好的效果。观测测压管中水位或水压力方法有：电测水位器、测响锤、示数水位器、压气U形管、遥测水位仪、压力表、压差计等。
②孔隙压力计：适用于各种渗流水位、水压力以及孔隙水压力的观测。一般没有滞后现象，能反映测点的实际情况下，土坝或混凝土坝采用都很适宜。分为差动电阻式、钢弦式、充气式等三种形式。
③量水堰：一般是观测堰上水头然后换算成渗流量。观测方式有：水尺法、遥测法。
④容积法：一种是利用干、湿棉絮的重量差和浸湿时间可求出渗流量。另一种是容器截水法：利用容器集水并记录时间求算流量，要求集水时间不得小于10秒。
⑤透明度法：先制作一块5号汉语拼音铅字底板，置于透明度管底下4cm处，将水样摇匀后注入管内；从管口通过水样观看铅印字体，如看不清即打开阀门放水，直至看清字样为止；从管壁刻度读出水柱高度，即为渗水透明度，大于30cm为清水，愈小说明愈浑浊，应固定专人操作。每次观测要在同等光亮下进行，但应避免阳光照射字板，上述观测应重复两次，差值不应大于±1cm。
4.3监测资料整编分析
监测资料应及时进行整编分析，以便通过监测资料及时了解大坝的性状，为大坝渗流安全评价提供基本资料。进行资料整理时，一般要绘制以下几种曲线：过程线、相关线、分布图等。
5小王水库堤坝渗流与防渗技术分析
5.1小王水库概况
将乐县小王水库位于将乐县池湖溪上游的小王溪支流，工程所在地系将乐县小王村，由大坝、溢洪道、电站和左右干渠组成。该水库于1976年开工建设，1985年竣工验收，是一座以灌溉、防洪、发电、供水等综合利用的重要中型水库。小王水库控制流域面积39.7平方公里，河道长10.7km，河道平均坡降22‰，库区正常水位278.35米时，库容量为1360万立方米，主坝长216米，宽6.0米，最大坝高29.4米，坝顶高程280.4米（罗零高程），小王灌区设计灌溉面积0.97万亩，枢纽工程由拦河坝、放水系统、溢洪道等组成，拦河坝坝型为粘土心墙坝。水库建成后发现主坝左岸严重漏水，随之进行处理，除堵塞的白蚁洞已停止漏水外，其他漏水现象未彻底根治，1990年后又对主坝左岸桩号0+060到0+145范围做灌浆处理，处理后，漏水量明显减少，数年后有所增加，水库处于带病运行状态。
5.2问题产生原因
主坝存在三处漏水，影响坝体安全。第一处，位于左岸坝端；第二处，位于右岸坝段0+110～0+145，长约35m，沿断层带和破碎的岩脉渗漏是其漏水的主要途径；第三处，位于主河床段，桩号为0+060～0+118，坝基节理密集带和破碎的岩脉以及坝内涵管的伸缩缝为主要漏水途径。
5.3问题解决措施
工程运行20余年，主坝渗水问题多次进行处理，但始终得不到彻底解决，2008年12月对该水库投入1049万元进行除险加固处理，针对主坝渗漏原因复杂性，对坝体及坝基防渗提出二个方案进行比较选择。第一方案：灌浆方案；第二方案：土工膜防渗结合坝基帷幕灌浆处理。从直接费投资上作比较，第一方案比第二方案节约186万元；从工期和合理性上比较，第一方案可以在水库不放空情况下施工，且施工期短，第二方案必须放空水库，水库将无法供水灌溉，施工时也无法导流。通过方案比较，最后选择第一方案灌浆处理为主坝除险加固方案。
根据小王水库大坝漏水原因分析及物探结论，考虑以前灌浆浆液有可能产生干缩等原因，从桩号0+030～0+108、0+115～0+185在坝顶布设二排灌浆孔，其余坝段在坝顶布设一排灌浆孔。双排孔排距2.5m，孔距3.0m，一排孔孔距3.0m，第一排孔距防浪墙内边缘1.2m，第二排孔距第一排孔2.5m。全坝段共布设188孔，孔底深入相对隔水层5～8m，每孔深度为8.5～37.5m，灌浆钻孔共4652m，其中钻进基础为1445m，2010年工程竣工决算790万元。
5.4工程经济效益
小王水库除险加固工程完成后可提高大坝安全系数，使水库提高到正常蓄水位运行，每年可多蓄水量200多万m3，为水库增加直接经济效益约30万元。并能更有效地保护大坝下游近1万多人民生命财产安全，具有显著的社会效益。
结论与展望
随着我国水利水电建设的快速发展，众多的堤坝建设被提上了日程，渗流和渗透控制是堤坝工程的一项极其重要课题，直接关系到工程的安全和投资。同时，做好堤坝渗流监测，进行渗流分析，合理选择堤坝防渗处理方案是堤坝除险加固的重中之重。总结我市近年来的水库除险加固工程经验，提出以下几点建议仅供参考。
（1）分析利弊，择优选择防渗方案。不同的方案在资金、防渗效果、技术条件、施工条件等方面各有利弊，必须深入分析，认真比较，才能扬长避短，合理选择。（2）结合坝体和坝基实际情况选择。在方案设计和审查、审批过程中，要按不同类型的水库大坝、不同性质的病险情况，区别对待，对症下药，才能收到好的效果。（3）注重安全监测，加强工程管理。无论采用何种工程防渗措施，虽能收到一定的效果，但并非一劳永逸，因此，堤坝除险加固后，仍要加强堤坝安全检测，加强工程运行管理，确保堤坝正常运行。
参考文献
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[2]关锦荣.土坝下游浸润线逸出点上移的危害及除险加固对策.福州：水利科技，2009，（4）.
[3]肖长来.渗流理论基础.吉林大学环境与资源学院，2006-3.
水库工程大坝安全监测方案范文
关键词：尾矿库；在线监测；尾矿库安全管理
1在线监测系统的应用
在线监测技术能克服部分自然条件和现场条件的制约，灵活针对不同性质的尾矿库选择监测模块，根据尾矿库的规模制定预警参数，为尾矿库量身制定安全技术指标，同时可选取不同的监测指标作为分级预警的影响因素，预估风险等级。尾矿库的在线监测系统结构层次清晰合理，总体分为三层结构分别为：决策层、分析层和数据收集层。其中数据收集层以坝体位移监测、浸润线监测、干滩监测、库水位监测等主要模块开展工作，利用传感器、压力计等信息收集传输技术，在需要控制监测的位置采集动态数据；中层为分析层对搜集到的各项原始数据进行计算或量化处理，比对系统既有的数据库中各项指标的参数，然后进行数据分析，同时记录备案；上层为决策层，通过前两层的工作，专业的工作人员可根据原始数据的分析结果，判断尾矿库的实时状态，预测可能出现的险情等级，指导和调度生产或采取相应的应急方案。在线监测系统的三级结构提高了尾矿库安全生产水平，真正做到尾矿库安全管理的数据信息化、生产可视化和管理科学化。
2安全管理方案
现多数尾矿库项目的安全管理方案主要由四个方面组成:安全管理制度、安全组织、安全思想教育和安全技术措施，在实施过程中，业主、施工方和监理方俱主要依靠管理者的安全管理经验，做好安全措施和安全技术交底，安全领导班组落实责任制，按日、周、月做好各项安全工作的自检、自纠、自改。结合安全管理的实际工作，通过分析安全管理的成效，发现现行的安全管理方案存在问题和不足。安全管理制度不完善，安全责任制落实不到位，没有形成安全生产的监督体系；安全检查项目众多，安全检查过程繁琐，检查资料收集整理困难；依靠管理者主观评价尾矿库的危险源和风险，无法全面排查安全问题，为尾矿库的安全运营留下隐患。
2.1优化安全管理方案
针对现行安全管理方案存在的问题，在安全管理中引入在线监测系统配合专业安全人员巡查，从安全管理制度、安全组织、安全技术措施三个方面来优化尾矿库安全管理方案。尾矿库在线监测系统下的几个子系统（位移监测、浸润线监测、干滩监测、库水位监测、雨量监测、浊度监测等系统）和生产视频监视系统，在安全管理制度和安全组织方面起到了重要的作用。以八个子系统覆盖的范围为指导，制定出符合不同尾矿坝特性的安全管理制度，实行系统分级安全责任制，做到责任到人，权责分明，利于应急预案的开展，保证应急措施落实到位。同时利用生产视频监视系统，可监控尾矿库生产运营过程和重要构筑物工作过程，并保存影像资料，对于安全领导班组的安全管理起到监督的作用，同时及时直观的反应出尾矿库的运行情况，便于安全生产的调整。监测系统在安全技术措施方面将技术数据信息化，通过监测尾矿坝运行各项指标的数据，完善了尾矿库建造和运营中危险源的种类并评价各种危险源造成的风险等级，通过监测系统辨别危险源，对于严重影响尾矿库安全的危险源数值对比专家设置的预警参数，预测尾矿库可能出现的危险，直接判断预警等级，事前针对不同预警等级制定相应的应急预案，在线监测系统发出预警后各部门能及时了解险情，快速应对，做到事前防范危险，事中从容应对，事后追根究底，杜绝此类危险再次发生。在例行的安全技术检查过程中，可使用在线监测系统排查部分隐蔽工程的运行状态，直接利用在线监测系统检查对安全生产影响较小的危险源，并保存这些项目的运行数据和影像资料，大大减少人工安全检查的工作量，同时设备和尾矿坝工作资料信息化，便于整理存档。
2.2保证管理方案实施
2.2.1监测系统维护
在线监测系统的数据对指导尾矿库的安全运营起着重要的作用，如何做到监测数据精准、全面，具有参考价值，首先需要专业的技术人员，根据尾矿库不同的特性制定在线监测布设方案，并定期维护检查监测设备工作性能，保证监测系统硬件设施正常工作，必要时进行硬件升级更换。其次对于检测系统的软件要足够重视，第一强调软件的功能性和适用性，在线监测软件可经由业主方结合尾矿坝特性制定功能页面和监测数据报表，突出监测主要项目指标，重点处理对尾矿库安全运营影响较大的因素。重视管理人员的系统操作水平，组织定期学习，能够对监测软件系统进行维护和更新。
2.2.2人机协作，优化安全管理工作
在线监测系统为尾矿库的运营维护提供了便捷准确的信息化方法，但是仪器设备在工作中不可避免的会出现问题，发挥安全人员的能动性至关重要，定期安排安全人员观测其所负责区域的各项安全指标数据，并做好观测记录，上报，对比监测系统的数据后无太大差距后保存，若差值较大则追查问题源头，处理后再次检查，检查无误后上报存档。人机协作既避免了监测系统的故障，也发挥了监测系统的优势，才能在实际工程中优化安全管理工作。
