磨爾灘水庫(kù)大壩變形觀測(cè)淺談

王 艷，黃孝紅

(1.南充市高坪區(qū)水務(wù)局;2.南充康源水務(wù)集團(tuán)，四川南充，637600)

磨爾灘水庫(kù)始建于1958年，為均質(zhì)土壩，壩高27.5m，壩長(zhǎng)120m，控制流域面積26.5km2，總庫(kù)容1119.62萬(wàn)m3，有效庫(kù)容787.45萬(wàn)m3。水庫(kù)大壩建成至今運(yùn)行已40多年，上世紀(jì)80年代水庫(kù)整治時(shí)，在壩體布設(shè)了簡(jiǎn)陋的大壩位移觀測(cè)設(shè)施，但由于設(shè)備簡(jiǎn)陋，不能滿足位移觀測(cè)精度要求。2000年11月，省水利廳以川水建管〔2000〕828號(hào)文決定全面整治，采用四川省新都飛翔測(cè)繪工具廠制造的F-1A型通用觀測(cè)設(shè)備，重新敷設(shè)了大壩變形觀測(cè)設(shè)施?，F(xiàn)將大壩位移觀測(cè)方法及觀測(cè)設(shè)備情況敘述如下。

圖1 位移觀測(cè)墩、位移標(biāo)點(diǎn)平面布置

1 視準(zhǔn)線法觀測(cè)大壩水平位移

1.1 視準(zhǔn)線法原理

如圖1所示，在大壩兩岸基巖上設(shè)置A1～D1(右岸)、A5～D5(左岸)基點(diǎn)(位移觀測(cè)基點(diǎn))，在壩體的基點(diǎn)連線方向上設(shè)置(A2、A4～D2、D4)位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，將經(jīng)緯儀安置在基點(diǎn)上，照準(zhǔn)另一端基點(diǎn)上的標(biāo)志，可獲一條視準(zhǔn)線(叫基準(zhǔn)線)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡線橫軸作上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)視準(zhǔn)面(叫基準(zhǔn)面)。由于基點(diǎn)埋設(shè)在穩(wěn)固的基巖上，其位移可以認(rèn)為是不變的，定期觀測(cè)位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)對(duì)視準(zhǔn)線的偏離值(測(cè)點(diǎn)到視準(zhǔn)線的垂直距離)，就能求得壩體的水平位移值。這種觀測(cè)方法稱為視準(zhǔn)線法。

位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)的水平位移值是以第一次觀測(cè)為基礎(chǔ)的。設(shè)L1為第一次觀測(cè)的偏離值，Li為第i次觀測(cè)的偏離值，則水平位移值δy為:δy=Li-L1。

一般規(guī)定向下游的水平位移值為正，向上游的水平位移值為負(fù)。如果取右岸的基點(diǎn)為B1，基準(zhǔn)線為X軸，坐標(biāo)值從右岸向左岸增加，而Y軸向下游為正值，就能滿足上述要求。

1.2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了全面掌握大壩的水平位移規(guī)律，同時(shí)又不使觀測(cè)工作過(guò)于繁重，在大壩上選擇有代表性的部位敷設(shè)適當(dāng)數(shù)量的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)(見(jiàn)圖1)。

根據(jù)磨爾灘水庫(kù)大壩的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)高水位以上的上游坡敷設(shè)一排 A1、A2、A3、A4、A5(A1、A5為基點(diǎn))，在壩頂靠下游壩肩鋪設(shè)一排B1、B2、B3、B4、B5(B1、B5為基點(diǎn))，下游坡鋪設(shè) C、D 二排(C1、C5和 D1、D5為基點(diǎn))，同時(shí)在每排兩個(gè)基點(diǎn)的延長(zhǎng)線上埋設(shè)一個(gè)校核基點(diǎn)。為了掌握大壩橫斷面的變形情況，A、B、C、D各縱排點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)都埋設(shè)在相應(yīng)的橫斷面上(見(jiàn)圖2)。

圖2 位移標(biāo)點(diǎn)橫斷面布置

1.3 觀測(cè)儀器和設(shè)備

為了確保用視準(zhǔn)線法觀測(cè)大壩水平位移量的可靠性，必須對(duì)觀測(cè)成果提出一定的精度要求。根據(jù)1965年水電部管理司制定的《土壩水平位移觀測(cè)(視準(zhǔn)線法)試行技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定:“每一測(cè)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行兩個(gè)測(cè)回，取其平均值作為觀測(cè)成果。兩測(cè)回成果之差不應(yīng)大于5mm”。1978年編寫(xiě)的《水工建筑物觀測(cè)工作手冊(cè)》中規(guī)定:“用視準(zhǔn)線法觀測(cè)水工建筑物上的位移標(biāo)點(diǎn)時(shí)，各測(cè)回的容許誤差不應(yīng)大于4mm(取二倍中誤差)”。為了保證測(cè)量精度，觀測(cè)儀器和設(shè)備的選用也很重要。

1.3.1 儀器。磨爾灘水庫(kù)大壩水平位移的觀測(cè)選用南方ET—02電子經(jīng)緯儀。該儀器主要技術(shù)指標(biāo):精度為2″級(jí)，最小顯示讀數(shù)為1″;望遠(yuǎn)鏡呈正像，放大倍率為30倍，分辯率3″，最短視距1.4m，視距乘常數(shù)100，視距加常數(shù)0，視距精度≤0.4%L(L為視距)。

1.3.2 觀測(cè)設(shè)備。在位移觀測(cè)中，不能用普通的三腳架和普通的覘標(biāo)來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，而要在基點(diǎn)和位移觀測(cè)點(diǎn)上建造專用的觀測(cè)墩，用以安裝儀器，并安置專用覘標(biāo)。磨爾灘水庫(kù)位移觀測(cè)墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外表層用橙黃色和棗紅色磨石裝飾。為了在安置儀器和覘標(biāo)時(shí)消除對(duì)中誤差的影響，在觀測(cè)墩頂面埋設(shè)了由四川省新都飛翔測(cè)繪工具廠制造的F-1A型通用式強(qiáng)制對(duì)中基座。該基座制造精良，最大對(duì)中誤差0.05mm，連接方式為三槽、中心插入、螺栓連接，使用簡(jiǎn)單方便。覘標(biāo)也是由該公司制造的M-450A型固定覘標(biāo)和M-400C型精密活動(dòng)覘標(biāo)，最大對(duì)中誤差≤±0.2mm。

1.3.3 校核基點(diǎn)采用混凝土墩。頂部埋設(shè)十字絲鋼板，或在房屋墻上埋設(shè)螺栓，再在螺栓頂面上劃一個(gè)十字作為照準(zhǔn)目標(biāo)。

1.4 水平位移觀測(cè)操作方法

用活動(dòng)覘標(biāo)法測(cè)定水平位移。如圖1所示，在基點(diǎn)B1上安置經(jīng)緯儀，在基點(diǎn)B5上安置固定覘標(biāo)，在位移觀測(cè)點(diǎn)B2上安置活動(dòng)覘標(biāo)。當(dāng)經(jīng)緯儀照準(zhǔn)B5點(diǎn)上的固定覘標(biāo)后，再照準(zhǔn)B2點(diǎn)，并指揮移動(dòng)活動(dòng)覘標(biāo)。待活動(dòng)覘標(biāo)的照準(zhǔn)標(biāo)志落在望遠(yuǎn)鏡十字絲上時(shí)，即發(fā)出“好”的信號(hào)，在活動(dòng)覘標(biāo)的讀數(shù)尺上讀數(shù)。重復(fù)移動(dòng)覘標(biāo)2～3次，并分別讀數(shù)，為上半測(cè)回。下半測(cè)回，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡用盤(pán)右位置重新照準(zhǔn)B5點(diǎn)的固定覘標(biāo)，而后照準(zhǔn)B2點(diǎn)，觀測(cè)方法與上半個(gè)測(cè)回相同，這樣就完成了一個(gè)測(cè)回(本水庫(kù)水平位移觀測(cè)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)采用兩個(gè)測(cè)回)。第二測(cè)回開(kāi)始應(yīng)重新整平儀器，觀測(cè)方法與第一測(cè)回相同。然后將經(jīng)緯儀搬至B5點(diǎn)上，在B1點(diǎn)上安置固定覘標(biāo)，與上同法進(jìn)行返測(cè)。

2 水準(zhǔn)測(cè)量法觀測(cè)大壩垂直位移

2.1 觀測(cè)原理及精度要求

利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，可以測(cè)出兩點(diǎn)之間的高差。觀測(cè)垂直位移，是在大壩兩岸不受壩體變形影響的部位設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)或起測(cè)基點(diǎn)，并在壩體表面敷設(shè)適當(dāng)?shù)拇怪蔽灰茦?biāo)點(diǎn)(一般與水平位移標(biāo)點(diǎn)一致)，然后定期根據(jù)水準(zhǔn)基點(diǎn)或起測(cè)基點(diǎn)，用水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定壩面垂直位移標(biāo)點(diǎn)的高程變化，即為該點(diǎn)的垂直位移值。

磨爾灘水庫(kù)屬中型水庫(kù)，大壩垂直位移采用普通水準(zhǔn)測(cè)量。按照三等水準(zhǔn)測(cè)量操作方法實(shí)測(cè)，其往返閉合差△h≤±1.4mm;校測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)或起測(cè)基點(diǎn)的往返閉合差△h≤±0.72mm。用水準(zhǔn)測(cè)量法觀測(cè)大壩垂直位移，一般采用三級(jí)點(diǎn)位——水準(zhǔn)基點(diǎn)、起測(cè)基點(diǎn)和位移標(biāo)點(diǎn);兩級(jí)控制——由水準(zhǔn)基點(diǎn)校測(cè)起測(cè)基點(diǎn)，由起測(cè)基點(diǎn)觀測(cè)垂直位移標(biāo)點(diǎn)。本水庫(kù)大壩規(guī)模較小，也可由水準(zhǔn)基點(diǎn)直接觀測(cè)位移標(biāo)點(diǎn)。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

2.2.1 水準(zhǔn)基點(diǎn)。水準(zhǔn)基點(diǎn)是垂直位移觀測(cè)及其它高程測(cè)量依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。本水庫(kù)水準(zhǔn)基點(diǎn)為原四川省測(cè)繪局測(cè)設(shè)的三等水準(zhǔn)點(diǎn)(混凝土墩、銅芯暗標(biāo))，位于大壩左側(cè)上游15m左右基巖上，高程系統(tǒng)為 1956年黃海高程，標(biāo)高為342.010m。

2.2.2 垂直位移標(biāo)點(diǎn)。本水庫(kù)大壩垂直位移標(biāo)點(diǎn)，布設(shè)在水平位移標(biāo)點(diǎn)同一個(gè)觀測(cè)墩上。水平位移標(biāo)點(diǎn)強(qiáng)制對(duì)中基座上的半圓形標(biāo)點(diǎn)頭，即為垂直位移標(biāo)點(diǎn)。

2.2.3 觀測(cè)儀器和操作方法。本水庫(kù)用水準(zhǔn)測(cè)量方法觀測(cè)大壩壩體垂直位移，采用國(guó)產(chǎn)天津歐波精密儀器廠制造的DS32型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。其主要技術(shù)指標(biāo):望遠(yuǎn)鏡呈正像，放大倍數(shù)32倍。乘常數(shù)100，加常數(shù)0，安平精度 ±0.3″，每公里往返測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差±1.0mm。雙面水準(zhǔn)尺，精度±1.0mm，尺墊為鑄鐵，重1.0kg。

觀測(cè)垂直位移時(shí)，一般從大壩的一端起測(cè)基點(diǎn)開(kāi)始，在測(cè)站安放水準(zhǔn)儀，后視起測(cè)基點(diǎn)，前視第一個(gè)垂直位移標(biāo)點(diǎn)，分別讀數(shù)，記入記錄表內(nèi)。然后以第一個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，將水準(zhǔn)儀搬到第二測(cè)站安平，后視第一個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)，前視第二個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)，分別記入記錄表內(nèi)。依次測(cè)至大壩的另一端起測(cè)基點(diǎn)后，再進(jìn)行返測(cè)，至始測(cè)的起測(cè)基點(diǎn)止。

①垂直位移觀測(cè)。按規(guī)范要求，用三等水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行施測(cè)。三等水準(zhǔn)測(cè)量，前后視距不超過(guò)70m，前后視距不等差不超過(guò)±2m，累計(jì)不等差不超過(guò)±5m。

②垂直位移觀測(cè)可選擇陰天或早晨等適宜測(cè)量的時(shí)間進(jìn)行，并可盡量使每次觀測(cè)的氣候條件基本相同，以提高精度。

③進(jìn)行垂直位移觀測(cè)的人員、儀器、水準(zhǔn)尺可予以固定，以避免系統(tǒng)誤差和偶然誤差。

④進(jìn)行垂直位移觀測(cè)，不應(yīng)使用塔尺，而需使用雙面水準(zhǔn)尺。其讀數(shù)順序?yàn)?后視黑面→前視黑面→前視紅面→后視紅面。

3 結(jié)語(yǔ)

南充市磨爾灘水庫(kù)大壩變形觀測(cè)設(shè)施的敷設(shè)與觀測(cè)，經(jīng)運(yùn)行11年表明，技術(shù)上可行，實(shí)踐中適用，滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，為保證大壩安全運(yùn)行提供了理論依據(jù)。