大壩變形監(jiān)測控制網(wǎng)布設(shè)及其基準(zhǔn)控制點穩(wěn)定性分析

范磊磊 曹 祥 劉 旭

(徐州市賈汪區(qū)國土資源局，江蘇 徐州 221011)1;(地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210000)2

水利工程是一個國家最為重要的樞紐工程之一，其關(guān)系著整個國家和特定區(qū)域水利資源的利用程度，進(jìn)而影響著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。大壩作為水電站或水庫的壅水建筑物，又被成為攔河壩。其主要作用就是與水庫配合，對水流進(jìn)行阻截，進(jìn)而提升該河段水位，形成了上游調(diào)節(jié)功能。但也由于大壩的特殊，其安全性較之其它功能型建筑要關(guān)鍵，相關(guān)工作人員應(yīng)該對大壩的安全檢測工作提高足夠的重視度，以免造成人員、設(shè)備以及政府經(jīng)濟(jì)損失。

一、我國大壩發(fā)展歷史

我國自20世紀(jì)50年代末建立，經(jīng)歷了幾十年的使用和完善，目前大多數(shù)壩體處在了危險期當(dāng)中，需要對其進(jìn)行加固處理。在我國，大壩的建設(shè)類型主要取決于其所使用的材料、受力方式、防滲方式、自身結(jié)構(gòu)以及是否需要過水等因素。我國的大壩建設(shè)工作起步較西方晚，西方國家早在19世紀(jì)就已經(jīng)開始興建大壩，因此我國大壩的發(fā)展歷史較為靠近現(xiàn)代，大致可以分為四個階段。分別是艱難起步階段、自主創(chuàng)新階段、借鑒學(xué)習(xí)階段以及突破發(fā)展階段。根據(jù)相關(guān)資料顯示，截止2011年我國已經(jīng)擁有大壩數(shù)量超過8.7萬座，占世界大壩總數(shù)的二分之一，其中高度超過二百米的超級別大壩大多是在2000年以后建立的，其中碾壓混凝土重力壩技術(shù)是被應(yīng)用最廣的一種技術(shù)之一。目前，我國大壩建造技術(shù)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)開始向著300米級別的領(lǐng)域邁進(jìn)，并不斷強(qiáng)化自身技術(shù)水平，以求達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。但由于我國目前應(yīng)用的大壩建造時間基本在2000年左右，經(jīng)過十余年的使用，其正處在危險期中，對于大壩安全檢測的工作也應(yīng)該順應(yīng)時代的發(fā)展，嚴(yán)格化地進(jìn)行要求。

二、大壩平面控制網(wǎng)的布設(shè)

(一)基本網(wǎng)的布設(shè)

基本網(wǎng)是整個大壩平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)，其主要負(fù)責(zé)對整個壩體周圍的各控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行整體監(jiān)控，并對各類中軸線進(jìn)行測繪管理。在對基本網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)之前，首先應(yīng)該根據(jù)施工時期的基礎(chǔ)測繪圖和實際環(huán)境情況，對大壩的各主軸線進(jìn)行制定，計算其正確位置。然后根據(jù)實際地形，對各軸線端點進(jìn)行布設(shè)，按照基本網(wǎng)布設(shè)要求，根據(jù)實地地質(zhì)地形的精度要求，布設(shè)大壩軸線的各端點，以此作為基本網(wǎng)的網(wǎng)點。在布設(shè)過程中，不僅要將大壩本身環(huán)境因素計算在內(nèi)，還應(yīng)該充分考慮到壩體上、下游的環(huán)境，保證大壩基本網(wǎng)的拓展度。

一般情況下，將基本網(wǎng)分為兩大類，分別是三角網(wǎng)和GPS網(wǎng)，但不論是哪種基本網(wǎng)，都應(yīng)將壩軸線作為整個控制網(wǎng)布設(shè)中的一條主要軸線。通常在布設(shè)基本網(wǎng)時，都會先布設(shè)兩條起始軸線，這樣不僅可以提高基本網(wǎng)在控制過程中的精準(zhǔn)度，同時還能夠為檢測工作提供一定的參照作用。

(二)定線網(wǎng)的布設(shè)

定線網(wǎng)的主要作用就是直接對壩體的輔助軸線和細(xì)節(jié)部位進(jìn)行有效的檢測，一般情況下，在設(shè)置定線網(wǎng)位置時，應(yīng)考慮將其盡量靠向壩體一側(cè)，這樣就可以對壩體進(jìn)行更加有效地檢測。通常情況下，為了節(jié)約施工成本，同時也為了提升現(xiàn)有設(shè)備的使用率，定線網(wǎng)都是在基本網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建立的，通過直接加密的方法來運行。目前，定線網(wǎng)的類型有很多種，主要包括矩形網(wǎng)、三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)以及GPS網(wǎng)等形式。但由于水利工程的特殊性，在水利工程主體建筑建設(shè)時，其對于建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精密度要求較為嚴(yán)格，因此定線網(wǎng)在對壩體細(xì)節(jié)處進(jìn)行檢測時其精確度要求也相應(yīng)較高，導(dǎo)致定線網(wǎng)內(nèi)部精密度往往會高于基本網(wǎng)。

(三)高程控制網(wǎng)布設(shè)

高程控制網(wǎng)按照布設(shè)要求不同被分為兩個等級，首級高程控制網(wǎng)是根據(jù)國家水準(zhǔn)來進(jìn)行施工的，其一般將控制網(wǎng)設(shè)置成為一個閉合的網(wǎng)絡(luò)形式，也被成為基本水準(zhǔn)網(wǎng)。通常情況下，將基本水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在施工爆破區(qū)以外的區(qū)域，對大壩各類數(shù)據(jù)分析提供有效的依據(jù)。該控制網(wǎng)穩(wěn)定性較高，并且使用年限較長，一般是采用基巖保護(hù)的方式，利用周圍的環(huán)境進(jìn)行布設(shè)。而二級高程控制網(wǎng)又被成為定線水準(zhǔn)網(wǎng)，其是直接對壩體本身進(jìn)行有效的檢測，由臨時性的作業(yè)基準(zhǔn)點所構(gòu)成，它的穩(wěn)定性并不取決于自身，而是主要由首級高程控制網(wǎng)來實現(xiàn)。

三、控制點穩(wěn)定性的分析

邊角網(wǎng)作為分析壩體細(xì)節(jié)處數(shù)據(jù)的主要控制網(wǎng)，其在大壩主體工程完工并投入使用后經(jīng)應(yīng)該進(jìn)行建設(shè)，并在最短的時間內(nèi)取得大壩壩體各基準(zhǔn)值。在第一次采集壩體基準(zhǔn)值時，應(yīng)是在各控制點施工完成28天之后，為保證采集的數(shù)據(jù)穩(wěn)定且有效，采集過程應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，而對于壩體工程完成質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則可以利用對控制點穩(wěn)定性的檢查來實現(xiàn)。一般情況下，利用測量固定角和固定變是否存在限差內(nèi)的方式來進(jìn)行，具體的公式為:此時認(rèn)為控制點具有較好的穩(wěn)定性，否則認(rèn)為控制點存在較不穩(wěn)定性。在利用各控制點對壩體變形進(jìn)行檢測時，利用公式:則認(rèn)為壩體發(fā)生了較為明顯的變形，而如果m中＜±3.9mm時則認(rèn)為壩體的變形不明顯。

結(jié)語:

大壩是作為水利工程中最為重要的組成結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性對壩體周圍環(huán)境有著巨大的影響，同時也對下游人們的生活安全有著一定的影響。而目前我國在用的各類大壩都處在危險期，因此建立起一個穩(wěn)定的控制網(wǎng)能夠有效對壩體的變形情況進(jìn)行檢測，同時相關(guān)人員還需要利用國際先進(jìn)技術(shù)保證各控制點的穩(wěn)定性。這有這樣才能夠切實保證大壩的使用壽命，降低國家損失。

［1］修延霞，侯凱.卡爾曼濾波在大壩變形監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.城市勘測，2010(01).

［2］萬程輝，歐陽平.大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的小波分析處理方法［J］.北京測繪，2010(01).