高坝水垫塘智能防护系统.pdf

本发明公开了一种高坝水垫塘智能防护系统。它在每个板块抗磨层下上游测面中点埋入1个水平向压力传感器；在板块下游底面中点埋设一个垂向压力传感器；在与两个压力传感器对角的位置埋入两个垂直振动传感器；将信号线通过电缆连接到信号采集设备，再接到计算机上。本发明适合于对水垫塘底板的各种工作状态进行监控，及时发现底板可能产生的各种病险灾情，快速找出底板病险发生的位置，以便采用各种工程措施加以修复和加固。该系统具有形式简单、施工方便、工程造价低，运行管理方便的特点。

权利要求书

高坝水垫塘智能防护系统
【技术领域】
本发明涉及水利水电工程中的泄水建筑结构自动监测技术领域，特别是一种高坝水垫塘智能防护系统。
【背景技术】
目前，高水头大流量水利枢纽工程的防护结构多设置在坝体内。如在土石坝，重力坝和拱坝的体内埋设传感器，用来监测坝体的温度、变形、应力和浸润线等指标，并以此判断大坝是否安全。然而，大量工程实践和原型观测表明：坝体一般总是安全的，而与之衔接的泄洪消能建筑物在下泄水流巨大能量地作用下往往容易发生破坏。这种破坏现象在高坝水垫塘中更为明显。工程界普遍采用的方法是在水垫塘底板块下设置排水廊道，并用锚固钢筋将底板块同地基锚固在一起。通过减小扬压力和增大底板块上举力的方法来保护水垫塘不被破坏。以上方法是一种被动的防护方法，人们无法在水垫塘发生破坏前得到预警，从而对水垫塘进行必要的维修，防止灾害发生。因此，要对水垫塘加以保护，并在其破坏前发出预警，需要一种智能防护结构。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高坝水垫塘智能防护系统，该系统利用在水垫塘预埋传感器的方法进行监测，具有形式简单、施工方便、工程造价低的特点；运行时又可实现远程控制，在线或离线观测水垫塘的各项安全指标。当某项指标超标时，工作人员可以快速地判断出水垫塘发生破坏的形式和地点，有针对性地加以维修。
本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种高坝水垫塘智能防护系统。它包括传感器和计算机监测系统，其特征在于所说的传感器有多个，分别预埋入水垫塘每个底板块顺流向中线的不同位置，其中：在水垫塘每个底板块靠近底部上游处，埋设1个垂直振动传感器；在靠近底板块底部下游处，且与动水压力相通条件下埋设1个垂向压力传感器；在靠近底板块顶部上游处，也与动水压力相通条件下埋设1个水平向压力传感器；在靠近底板块顶部下游处，埋设1个垂直振动传感器；所说的传感器通过信号导线接入计算机监测系统。
本发明的优越性在于：适合于对水垫塘底板的各种工作状态进行监控，及时发现底板可能产生的各种病险灾情，快速找出底板病险发生的位置，以便采用各种工程措施加以修复和加固。该系统具有形式简单、施工方便、工程造价低，运行管理方便的特点。
【附图说明】
图1为本发明的结构俯视图；
图2为本发明的I-I断面剖视图；
图3为本发明压力传感器工作波形图；
图4为本发明位移传感器工作波形图。
图中：1为混凝土底板，2为底板间缝隙，3为压力传感器，4为振动传感器，5为底板抗磨层，6为缝隙止水，7为底板基础，8为底板正常工作的压力波形，9为底板止水轻微破坏的压力波形，10为底板止水严重破坏的压力波形，11为底板正常工作的振动波形，12为底板止水轻微破坏的振动波形，13为底板止水严重破坏的振动波形。
【具体实施方式】
高坝水垫塘智能防护系统，由压力传感器、振动传感器、信号传输导线和计算机监测系统组成。传感器在浇注地基附近的混凝土时埋入，直到底板最终完成(如图1和图2所示)。应用本发明的水垫塘底板块，为现有技术中所普遍采用的混凝土底板1，位于底板基础7上。其水平截面为矩形或正方形，高为3.0-6.0m，四周留有底板间缝隙2。水垫塘底板块抗磨层5厚30-40cm。
其中：
靠近底板块底部上游处埋设的垂直振动传感器4，距底板块上游边0.5-1.0m，距底面0.5m。
靠近底板块底部下游处埋设的垂向压力传感器3，距底板块下游边0.5-1.0m，距底面1cm。传感器的底面同底板块和地基之间的缝隙是连通的，缝隙中的动水压力可以通过该通道传递到压力传感器，且垂向压力传感器的底面同底板底面之间留有1cm间隙，可以防止杂物堵塞传感器。
靠近底板块顶部上游处埋设的水平向压力传感器3，位于底板块上游侧边距表面抗磨层下0.5m，距侧面1cm，传感器的底面同底板块间的缝隙是连通的，缝隙中的动水压力可以通过该通道传递到压力传感器，且水平向压力传感器的底面同底板侧面之间留有1cm间隙，可以防止杂物堵塞传感器。
靠近底板块顶部下游处埋设的垂向振动传感器4，距表面抗磨层下0.5m，同时距下游边0.5-1.0m。
本发明在泄水建筑物放水时，传感器信号由电缆连接到信号采集设备，再接入控制室，利用现有用于水电站底板监控计算机专用软件—水电站泄洪消能安全实时监控系统，就可以对底板的安全性进行评估。假设底板间缝隙的止水6完整，底板工作正常时，计算机上显示的压力和位移波形较平稳，呈正常工作的压力波形8和振动波形11，水垫塘运行安全。当止水有一定破损时，破损位置附近的水平压力传感器最先感应到压力的波动，随着压力的进一步向下传播，底板底面的垂向压力传感器也将感应到压力的变化，出现底板止水轻微破坏的压力波形9，同时振动传感器波形振动加剧，出现振动波形12，这时需对底板检修。当止水完全破坏时，各传感器的波形都将波动强烈，出现底板止水严重破坏的压力波形10和振动波形13，这时就要对底板进行抢修。