丹江口大壩加高工程右岸土石壩施工測(cè)量

□張偉偉 □靳親龍（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司）

1.工程簡(jiǎn)介

丹江口水利樞紐由兩岸土石壩、混凝土壩、升船機(jī)、電站等建筑物組成，初期工程于1973年建成，正常蓄水位157 m，壩頂高程162 m。河床壩段高程100 m以下壩體已按大壩加高后正常蓄水位170 m建成。我公司承建丹江口大壩加高右岸土建施工及金結(jié)設(shè)備安裝標(biāo)段中的右岸新建土石壩與右聯(lián)混凝土壩右5、右6壩段下游面橫縫處正交連接，為粘土心墻壩。最大壩高60 m，壩頂高程為176.6 m，壩頂寬10.0 m，全長(zhǎng)877 m。

2.施工控制測(cè)量

2.1 控制測(cè)量

土石壩是一種應(yīng)用較為普遍的壩型。根據(jù)土料在壩體的分布及其結(jié)構(gòu)的不同，其類型又有多種，丹江口大壩為粘土心墻壩。由于丹江口大壩加高工程控制網(wǎng)布設(shè)層次較好，已覆蓋整個(gè)施工區(qū)域，可直接應(yīng)用，故控制測(cè)量采用長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院提供的丹江口大壩加高工程施工控制網(wǎng)中D1～D17控制點(diǎn)。根據(jù)右岸土石壩平面布設(shè)位置及施工要求，直接采用控制點(diǎn)D9、D10、D11、D13、D17，完全滿足右岸土石壩施工需要；為土石壩開挖、填筑階段的首級(jí)控制及高程控制提供了有力的保障。

2.2 施工放樣

2.2.1 放樣前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行工程施工前，通常需按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行的測(cè)量工作稱為施工測(cè)量，又稱為測(cè)設(shè)或放樣。放樣前及時(shí)收集該施工區(qū)附近的控制點(diǎn)信息，認(rèn)真審閱施工圖紙，按照所提供設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求，確定軸線里程樁號(hào)與該斷面所屬開挖、填筑斷面類型，并對(duì)計(jì)算器中預(yù)先編制好的放樣程序進(jìn)行計(jì)算與校核，進(jìn)一步提高在現(xiàn)場(chǎng)放樣的效率和準(zhǔn)確性。

施工測(cè)量的任務(wù)就是根據(jù)施工圖紙的要求，用測(cè)量?jī)x器把設(shè)計(jì)所需要的點(diǎn)的平面位置和高程確定在地面上。施工測(cè)量是施工的先導(dǎo)，貫穿于整個(gè)施工過程，內(nèi)容包括：施工前的場(chǎng)地平整，施工控制網(wǎng)的建立，建筑物的定位和基礎(chǔ)放線；工程施工當(dāng)中各道工序進(jìn)行細(xì)部測(cè)設(shè)；工程竣工后的變形觀測(cè)以及工程的竣工平面圖。

原則：從整體到局部，先控制后細(xì)部。

根據(jù)測(cè)量規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)的精度要求并結(jié)合人員及儀器設(shè)備情況制定測(cè)量施工放樣方案。其內(nèi)容應(yīng)包括：控制點(diǎn)的檢測(cè)與加密、放樣依據(jù)、放樣方法及精度估算、放樣程序、人員及設(shè)備配置等。

2.2.2 土石壩壩軸線的測(cè)設(shè)

土石壩的控制測(cè)量是根據(jù)基本網(wǎng)確定壩軸線，然后以壩軸線為依據(jù)測(cè)設(shè)壩身控制樁以控制壩體細(xì)部的放樣。由于丹江口大壩加高工程右岸土石壩為新建壩段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地情況，土石壩的壩軸線，由工程技術(shù)人員和勘測(cè)人員組成選線小組，深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地踏勘，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)和建筑材料等條件，經(jīng)過比較，直接在現(xiàn)場(chǎng)選定。因此，在土石壩施工放樣前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，首先對(duì)土石壩壩體原始地形測(cè)設(shè)出來，將壩軸線的設(shè)計(jì)坐標(biāo)繪制到原始地形圖上，為測(cè)設(shè)壩體開挖、填筑邊線、方量提供數(shù)據(jù)資料。然后分段分塊的將控制邊線實(shí)地測(cè)放出來，并作相應(yīng)標(biāo)記，便于以后工程量收方統(tǒng)計(jì)、計(jì)算。

基于右岸土石壩的特點(diǎn)，將全站儀安置在控制網(wǎng)的控制點(diǎn)上，可以直接測(cè)設(shè)出壩軸線和開挖邊線，另外在上下游施工范圍以外用方向樁標(biāo)定在實(shí)地上，作為測(cè)量橫斷面和放樣的依據(jù)，這些樁亦稱橫斷面方向樁。

用全站儀測(cè)設(shè)已知點(diǎn)坐標(biāo)，如圖1所示：將全站儀安置于A點(diǎn)，儀器瞄準(zhǔn)棱鏡B點(diǎn)附近，儀器能夠直接顯示出全站儀與棱鏡之間的坐標(biāo)，用計(jì)算器計(jì)算出A—B距離和樁號(hào)。通過前后左右移動(dòng)棱鏡使其水平距離D′等于待測(cè)設(shè)的已知水平距離D時(shí)，即可定出B點(diǎn)。

圖1 全站儀測(cè)設(shè)示意圖

為了達(dá)到施工要求和避免測(cè)設(shè)錯(cuò)誤的出現(xiàn)，必須進(jìn)行復(fù)測(cè)。將棱鏡安置在B點(diǎn)，測(cè)量AB的水平距離，若不符合要求，則再次測(cè)設(shè)改正，直至在允許范圍之內(nèi)為止。

2.3 高程控制

施工場(chǎng)地的高程控制測(cè)量一般采用水準(zhǔn)測(cè)量方法，應(yīng)根據(jù)施工場(chǎng)地附近已知的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)定施工場(chǎng)地水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，以便納入統(tǒng)一的高程系統(tǒng)。

用于土石壩施工放樣的高程控制點(diǎn)，可采用由若干永久性水準(zhǔn)點(diǎn)組成的基本網(wǎng)和臨時(shí)作業(yè)水準(zhǔn)點(diǎn)；進(jìn)行兩級(jí)布設(shè)，兩級(jí)控制。基本網(wǎng)布設(shè)在施工范圍以外，應(yīng)與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)連測(cè)，組成閉合或附合水準(zhǔn)路線，用三等或四等水準(zhǔn)測(cè)量的方法施測(cè)。

臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)直接用于壩體的高程放樣，隨著壩體填筑高度的不斷增高，在施工范圍以內(nèi)的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)隨壩體的加高而進(jìn)行調(diào)整。臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)施工進(jìn)程及時(shí)布設(shè)和調(diào)整，附合到永久水準(zhǔn)點(diǎn)上。

3.土石壩清基開挖與壩體填筑的施工測(cè)量

3.1 清基開挖線的放樣

為保證壩體與巖基良好結(jié)合，填筑前必須對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行清理。壩體填筑前應(yīng)對(duì)開挖地形進(jìn)行測(cè)量，先測(cè)設(shè)出清基開挖邊線，即壩體坡腳線與原地面的交線。清基開挖線的放樣精度要求不高，采用全站儀進(jìn)行點(diǎn)位放樣，依據(jù)控制點(diǎn)和已知放樣點(diǎn)坐標(biāo)放樣。在進(jìn)行放樣之前，首先審閱施工圖紙，了解設(shè)計(jì)所提供用于放樣的控制點(diǎn)坐標(biāo)和點(diǎn)位以及放樣點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，將已知放樣點(diǎn)坐標(biāo)，利用全站儀存儲(chǔ)功能將放樣數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)存入文件內(nèi)，便于外業(yè)工作人員放樣時(shí)調(diào)用。施工放樣前除了準(zhǔn)備好放樣數(shù)據(jù)外，測(cè)站人員還應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)放樣的數(shù)據(jù)記錄，前視人員準(zhǔn)備好所需的棱鏡、木樁等必備的放樣工具。

全站儀不僅具有測(cè)設(shè)精度高、速度快的特點(diǎn)，而且可以直接測(cè)設(shè)點(diǎn)的位置。同時(shí)，在施工放樣中受天氣和地形條件的影響較小，從而在工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。

全站儀坐標(biāo)測(cè)設(shè)法，就是根據(jù)控制點(diǎn)和待測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)定出點(diǎn)位的一種方法。首先，儀器安置在控制點(diǎn)上，使儀器置于測(cè)設(shè)模式，然后輸入控制點(diǎn)和測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)，前視人員持棱鏡立在待測(cè)設(shè)點(diǎn)附近，測(cè)站人員用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)設(shè)功能鍵，全站儀顯示出棱鏡位置與測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)差；根據(jù)坐標(biāo)差值，移動(dòng)棱鏡位置，直到坐標(biāo)差值等于零，此時(shí)棱鏡位置即為測(cè)設(shè)點(diǎn)的點(diǎn)位。

為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，利用卡西歐計(jì)算器進(jìn)行復(fù)核，每個(gè)測(cè)設(shè)點(diǎn)位置確定后，可以再測(cè)定其坐標(biāo)作為檢核。

3.2 坡腳線放樣

在不同的填筑高度上，壩體與地面交點(diǎn)的連線即為坡腳線，也是壩體填筑后的輪廓線。放樣時(shí)在已知控制點(diǎn)A安置全站儀，后視另一個(gè)控制點(diǎn)線定出方向。采用全站儀實(shí)測(cè)該地面P的坐標(biāo)和高程HL，利用計(jì)算器內(nèi)已編好的程序計(jì)算出實(shí)際的距離，據(jù)壩頂高程及壩面坡比及馬道的寬度可計(jì)出壩面在P點(diǎn)位置的高程HL。連接各個(gè)坡腳點(diǎn)，即在實(shí)地標(biāo)出壩體填筑坡腳線。參見圖2。

圖2 坡腳線放樣示意圖

3.3 坡面修整放樣

壩體坡腳放樣完成后，即可進(jìn)行壩體分段和分層填筑。為保證碾壓機(jī)具能夠碾壓到位，確保削坡完成后的質(zhì)量，按照設(shè)計(jì)要求在壩殼料上、下游壩坡處水平超填寬度為1 m。為保證在壩體填筑過程中不超填，當(dāng)壩體高程每上升約2 m時(shí)，按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行測(cè)量放樣，采用挖掘機(jī)修坡一次，使坡面符合設(shè)計(jì)要求。具體方法為：在碾壓后的工作面上，用全站儀實(shí)測(cè)填筑面的高程，推算設(shè)計(jì)邊線，直線段每10 m布置一個(gè)控制樁；對(duì)圓弧段的測(cè)量控制按照加密控制樁的原則，每隔3～5 m均勻布置控制樁，樁與樁之間用石灰線將各點(diǎn)連接，即為削坡控制邊線。用水準(zhǔn)儀測(cè)量出控制樁位置的地面高程Hi，求出高程Hi與該平行控制線位置壩坡面設(shè)計(jì)高程H的高差△Hi；采用挖掘機(jī)從上一層的修坡線到該層修坡線修坡即可。通過多次實(shí)踐，只要修坡線放樣準(zhǔn)確，挖掘機(jī)操作手技術(shù)熟練，坡面修整后，平整度完全滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 壩面護(hù)坡放樣

壩體填筑完成后，在澆筑混凝土護(hù)坡前，需進(jìn)行護(hù)坡放樣。放樣方法是在壩坡面上平行于壩軸線方向布設(shè)，直線段、圓弧段每5 m測(cè)設(shè)放樣樁，直線段與圓弧段交點(diǎn)位置必須測(cè)設(shè)出并作出重要標(biāo)記，用細(xì)線連接作為鋪設(shè)墊層及澆筑混凝土的依據(jù)。已知設(shè)計(jì)坡度，測(cè)設(shè)坡面任意位置，讀取儀器上實(shí)測(cè)坡面坐標(biāo)及實(shí)測(cè)高程Hb，根據(jù)實(shí)測(cè)坐標(biāo)求距離D1。參見圖3。假設(shè)已知A點(diǎn)到壩軸線的距離為D2，高程為Ha。需測(cè)設(shè)出坡度1:δ坡面上A、B點(diǎn)坡面線。首先直接測(cè)出B點(diǎn)的高程為Hb，由于設(shè)計(jì)坡面較長(zhǎng)，為保證A、B連線為1:δ的坡比，故按照加密方法在AB方向上定出1、2、3各樁點(diǎn)。

圖3 壩面護(hù)坡放樣示意圖

按照上述測(cè)設(shè)方法，其余斷面均采用此方法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。

4.外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)采用全站儀采集，內(nèi)業(yè)采用Aut oCAD與CASS軟件成圖作業(yè)

外業(yè)數(shù)據(jù)采集利用topcon GTS—311等棱鏡反射全站儀直接進(jìn)行。

首先，根據(jù)要求每10m測(cè)一條斷面，由于工作面平整和視線開闊，每測(cè)得一個(gè)點(diǎn)的樁號(hào)都可以直接讀出來，并且可以在需要測(cè)量斷面圖的部位任意測(cè)設(shè)。每測(cè)一個(gè)點(diǎn)檢核其樁號(hào)是否符合要求，若在待測(cè)斷面樁號(hào)上可直接存入全站儀內(nèi)存儲(chǔ)，若不符合樁號(hào)要求則沿X軸前后移動(dòng)直至符合要求為止，之后存入全站儀內(nèi)，然后進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的測(cè)設(shè)。一條斷面測(cè)量完成后再測(cè)量下一條斷面。極大的提高了外業(yè)收方作業(yè)效率，使得外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作所需時(shí)間明顯的縮短。

在工程測(cè)量中，內(nèi)業(yè)資料整理及測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算占有十分重要的地位，內(nèi)業(yè)資料計(jì)算的準(zhǔn)確無誤與速度直接決定了測(cè)量工作是否能夠快速、高效的完成。而內(nèi)業(yè)資料的計(jì)算方法及其所需達(dá)到的精度，則又直接取決于外業(yè)所用儀器及具體的放樣目標(biāo)和內(nèi)業(yè)計(jì)算所用到的辦公軟件和計(jì)算方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)常稱AutoCAD是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)型應(yīng)用軟件。如今在各個(gè)領(lǐng)域均得到了普遍的應(yīng)用，它大大提高了工程技術(shù)人員的工作效率。AutoCAD配合AutoLisp語(yǔ)言，還可以編制一些常用的計(jì)算程序，得到計(jì)算結(jié)果。AutoCAD的特性提供了測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)資料計(jì)算的另外一種全新、直觀、明了的圖形計(jì)算方法。

結(jié)合目前使用拓普康全站儀的情況，可以很方便地進(jìn)行三維坐標(biāo)的測(cè)量，通過AutoCAD的內(nèi)業(yè)計(jì)算，在放樣的過程中，可以用編程計(jì)算器結(jié)合全站儀，便捷、快速地進(jìn)行作業(yè)；運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證；隨著全站儀的推廣和普及，極坐標(biāo)的放樣越來越成為眾多放樣方法中備受測(cè)量人員青睞的一種，而坐標(biāo)計(jì)算又是極坐標(biāo)放樣中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于一般的紅線放樣，工程放樣中的元素多為點(diǎn)、直線（段）、圓（?。┑龋士梢猿浞掷肁utoCAD設(shè)定坐標(biāo)系、繪圖和取點(diǎn)的功能，以及結(jié)合外業(yè)所用計(jì)算器的功能，從而大大減輕外業(yè)的工作強(qiáng)度及內(nèi)業(yè)的工作量。

在右岸土石壩施工測(cè)量中，全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)用CASS軟件成圖的作業(yè)模式已經(jīng)成為常規(guī)的作業(yè)模式，使用這種全數(shù)字化的作業(yè)模式不但可以使測(cè)量的內(nèi)業(yè)的工作量大大減輕，而且由于數(shù)據(jù)從采集到使用的全過程都數(shù)字化，大大降低了由于手工操作而產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率。

5.結(jié)語(yǔ)

丹江口大壩加高工程右岸土石壩施工測(cè)量控制過程中使用的測(cè)量新思路、新方法，使右岸土石壩工程施工測(cè)量的質(zhì)量不僅滿足設(shè)計(jì)要求，效率也大大提高，而且將工程中的施工測(cè)量提升到一個(gè)新的高度。通過進(jìn)行大面積開挖和填筑施工的測(cè)量控制工作，總結(jié)出了適宜土石壩施工測(cè)量控制的新方法，為今后類似工程施工測(cè)量提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。