新浪博客

水坝变形监测

2012-06-21 10:38阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1881189533

水利水电工程项目常常要进行变形监测，包括水平位移监测、垂直位移监测、挠度观测、裂缝观测、滑坡及崩岸观测等。
水坝变形监测

1．水平位移监测：对水工建筑物的顺水流方向或顺轴线方向的水平位移变化进行监测，常用观测方法分两大类。
一类是基准线法：基准线法是通过一条固定的基准线来测定监测点的位移，常见的有视准线法、引张线法、激光准直法、垂线法。
另一类是大地测量方法：大地测量方法主要是以外部变形监测控制网点为基准，以大地测量方法测定被监测点的大地坐标，进而计算被监测点的水平位移，常见的有交会法、精密导线法、三角测量法、GPS观测法等。
>2．垂直位移观测：对水工建筑物垂直方向的位移变化进行监测，用以了解水工建筑各种监测部位的垂直位移变化，从各监测点垂直位移变化情况了解有无不均匀垂直位移变化出现。常用的方法有几何水准测量方法、三角高程测量法、液体静力水准法等。
3．挠度观测：一般用于砼坝，以坝体内置的铅垂线（正锤线和倒锤线）为基准，测量坝体不同高度相对于铅垂线的位置变化，以测定各点的水平位移，从而确定坝体的挠曲变化。
4．裂缝观测：对建筑物产生的裂缝或库岸边坡裂缝进行位置、长度、宽、深度错距等进行监测，以了解裂缝的变化情况。一般采用丈量方式，可采用检定过的钢尺、铟钢尺等进行精密量距。
5．滑坡及崩岸观测：滑坡体崩岸区应进行定期监测，以及时进行预警，减少突发事件发生时的损失。一般采用布设水平和垂直位移观测标点进行定期监测。
一、变形监测技术的发展：
1．常规地面测量方法进一步改善与发展
主要是全自动跟踪全站仪的广泛应用。
2．现代空间定位技术GPS的运用
GPS技术从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，绝对和相对精度大大提高。
3．数字摄影测量、实时摄影测量等新技术应用
4．光机电技术的发展为实现监测自动化创造了条件
光机电技术的发展和综合运用，使一些常规的人工读数设备变为自动测读设备，并采用光纤通信、无线电通信等手段完成信号传输工作，利用计算机技术进行在线分布式监测，形成了监测自动化系统。多种新技术的使用，将使外部变形监测工作向实时、连续、高效、自动化、动态方向发展。
二、监测控制网的布设
变形监测控制网属于工程测量控制网范畴内的专业控制网，它的用途就是作为枢纽工程外部变形监测的测量基准。
监测精度的确定：水利水电工程中常见的拦河坝是一种典型建筑物，对大坝的变形观测、混凝土坝的水平和沉陷观测精度为1～2㎜，土石坝为3～5㎜，库岸滑坡体监测精度一般在10～50㎜。
监测控制网的优化设计：控制网的优化设计是测量领域一个重要的研究课题。优化设计包含两个方面的内容，一是在已有人力、物力和财力条件下，使控制网具有最高的精度、灵敏度和可靠性；二是控制网在满足精度、灵敏度和可靠性要求的前提下，使控制网建立的成本最低。
1．变形监测平面控制网
（1）平面控制网布设原则
A．分级布网、逐级控制
B．要有足够的精度
C．要有足够的密度
（2）平面控制网的布设
A．变形监测控制点使用的周期远远长于施工期。
B．变形监测点使用时间长，在使用期要不间断进行复测。
2．变形监测高程控制网
（1）高程控制网布设原则
A．分级布网，逐级控制
B．要有足够的精度
（2）高程控制网的布设
高程控制网布设是在布设方案确定后，根据确定的原则进行现场选点，确定水准点位置后按国家水准测量等级的要求进行水准点造埋，在水准点造埋稳定后，按已批准的观测方案进行水准作业，对外业检查合格的水准测量成果进行平差计算。
变形监测的精度要高于施工放样工作。
三、水平位移监测
水平位移观测主要是测定建筑物在沿建筑物轴线方向（纵向）和垂直于轴线方向（横向）上的变形。水平位移监测的正负规定为：
顺轴线方向：向左岸位移为正，向右岸位移为负（以面向下游分左、右岸）；垂直于轴线方向（顺水流方向）：向下游位移为正，向上游位移为负。
1．正垂与倒垂
正（倒）垂线用来精确测量垂直方向一系列测点间的水平相对位移。垂线的应用包括如下几个方面。
●监测大坝、坝基、核电站、桥梁、高架铁路及桥墩的位移
●监测建筑物基础和结构的位移
●它也是工程测量的重要参考
在大坝安全监测领域，垂线在监测滑动和倾覆时尤为重要。
（1）正垂：正垂由一根悬挂点处于上部的垂线和一个安装在建筑物上处于垂线下部的测读站组成。垂线下部悬挂一重锤使其处于拉紧状态，重锤置于阻尼箱内，以抑制垂线的摆动。
（2）倒垂：倒垂的固定端灌注在整个垂线系统的下部，垂线由上面的浮筒拉紧。如果锚固安装在基础内的固定点上，测站的测量值是沿垂线测点的绝对位移量。
倒垂、正垂一般配合使用，目的是减少倒垂垂线的长度。
正垂装置与倒垂装置都紧邻设置。当通过垂线坐标仪测得倒垂所在位置的位移变化后，认为紧挨着的正垂所在位置的位移变化是一样的，把对于基准锚固点的位移变化量传递到正垂观测墩上，再根据安装在正垂观测墩上的垂线坐标仪测读数据的变化，通过叠加手段，确定正垂悬挂点对于基准锚固点的位移变化。
2．引张线
引张线一般用于直线型混凝土建筑物，主要用于测定混凝土建筑物垂直于轴线方向的（顺水流方向）水平位移。引张线一般分浮托型和悬挂型两类。
水坝变形监测

提高引张线观测的精度应注意以下几点：
A．设计恰当的钢丝直径和引张力（悬挂重垂重量）
B．设计合理的浮托装置，保持合适的张引力
C．设计合理的防护装置，防止风对引张线产生影响，同时起防止损坏作用
3．视准线
视准线是指设立一条基准视线，通过仪器测定各监测点位置相对该基准线的位移。
工作基点用大地测量方法测定，也可通过正倒垂装置来控制，也有通过埋设在附近的多点位移计等内部变形观测设施来控制。
视准线不易过长，单位长度应控制在200m范围内。规范规定：重力坝控制在300m范围内、滑坡坝控制在800m范围内、拱坝控制在500m范围内。
（1）活动觇牌法视准线测量
活动觇牌是机械结构的，容易发生隙动差，在每次观测时应测定觇牌的零位差。
活动觇牌的读数量程有限（一般有效量程在100mm左右），不适宜用在顺水流方向位移变化量大的观测项目。
将实测的对视准线的偏离量与两端点的位移变化量结合起来计算，可以求得各监测点的实际水平位移量。这里需注意视准线两个端点的位移变化量往往是不同的，他们的位移对各监测点的影响应根据距离进行内插计算。
（2）小角法视准线测量
水坝变形监测

△＝s×sin(i)
4．独立水平位移监测点布设
在水平位移监测中对一些无法设置一条基准线的项目，而需要进行水平位移监测的区域，一般单独设立水平位移监测点，分区域布设，监测点大多为安装有强制对中盘的观测墩。采用的监测方法有极坐标法、多站边角交会法、精密导线法等。
（1）极坐标法
测定一个夹角、一条边长来确定被监测点的平面坐标（原理与极坐标法放点一样）。但极坐标法测量缺少多余校核条件，为提高监测精度采用了多个后视点后视、差分改正计算来提高观测精度。
水坝变形监测

P点坐标为：
水坝变形监测

（2）边角交会法
由A、B两点分别计算P点所得的坐标值。由于AB两站观测是等精度的，在无粗差情况下，可以以两个坐标值中的中值作为P点的坐标。
水坝变形监测

（3）精密导线法：精密导线一般布设成附合导线、闭合导线两种形式。
5．大地测量进行水平位移监测位移量的计算
使用大地测量方法对监测点进行水平位移监测，监测的结果都是每一个监测点在监测时的平面坐标（一般是大地坐标）。要计算位移变化，一般需将每次监测成果转换成施工坐标（对大坝一般转化成以坝轴线为坐标轴的坐标系，其坐标轴为坝轴线方向、垂直于坝轴线方向－往往代表水流方向）。
（1）累计位移变化量
水坝变形监测

（2）期内位移变化量
水坝变形监测

累计位移变化量和期内位移变化量还应符合：“本次累计位移变化量＝上次累计位移变化量＋本次期内变化量”的关系。
四、垂直位移监测
垂直位移监测主要是测定建筑物及其基准在垂直方向（高程）上的变形。
监测规范规定：垂直位移监测的正负号规定为：下沉为正，上抬为负。
垂直位移监测设施包括：水准基点、工作基点、监测点（均为按水准测量要求埋设的水准点）。监测方法有水准测量、三角高程测量、静力水准测量等。
使用的主要设备为精密水准仪如：N3水准仪、Ni002水准仪、DNA03数字水准仪等以及高精度全站仪等以及静力水准器具。
1．水准测量
一般土石坝工程监测时按三等水准要求进行，混凝土坝段按二等水准要求进行。
水坝变形监测

2．三角高程测量
三角高程测量往往在一些进行水准测量比较困难，监测精度相对较低的外部变形监测项目中使用。
精确量取棱镜高、测站仪器高，控制最大视线长度。气象条件观测不好时，必须进行地球曲率和大气折光差改正。
水坝变形监测

3．静力水准测量
水坝变形监测

4．垂直位移监测的计算
测定点与点间的高差，根据起测点的高程逐个推算每个监测点的高程。每个监测点监测高程和初始高程计算该点的高程变化量。同样可以根据每个监测点监测高程和以前某一次监测高程计算该点在该时段内的期内变化量。
五、滑坡体监测
滑坡体监测范围的确定：
A．选择滑坡体方量大、滑移可能大、对枢纽或居民生活、生产区影响大的滑坡体进行监测。
B．监测点应分高程布设或分断面布设，易于了解滑移变化的规律，监测点应选择在滑移敏感区域。
滑坡体监测与枢纽建筑物外部变形监测一样，主要有以下特点：
A．设立独立的平面和高程控制网。
B．滑坡体监测的控制点必须选在滑坡体影响区外的稳固区域。
C．进行定期巡查。
D．监测人员应根据监测结果和位移变化规律，判断位移变化速率是否接近警戒值，在接近警戒值时应及时发出预警，要求运行单位做好预防准备，对生产或生活区附近的滑坡体应通过地方政府做好预警工作，防止意外发生。
六、库区崩岸的监测
1．库区崩岸监测的内容
经过巡查选择崩岸范围较大，对库区周边人民生活生产有较大影响的区域作为监测区。
2．库区崩岸监测
（1）崩岸区边线的变化
不同测次测得的边线绘成平面图可以了解崩岸区边线的变化。
（2）崩岸区的地形变化
较大的崩岸会将原是陆地的部分塌入水内，对水库的库容曲线造成影响，所以有必要对有变化的崩岸区进行测量（包括水下测量）。

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享