浯溪口工程高邊坡變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

李俊超

摘 要：文章介紹了浯溪口水利樞紐工程的變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，包括監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測(cè)方法、觀測(cè)精度及監(jiān)測(cè)成果處理。本工程所采用的方法精度可靠，資料能及時(shí)反映邊坡的變形情況，對(duì)設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：浯溪口；高邊坡；變形監(jiān)測(cè)

1 監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

變形監(jiān)測(cè)須充分考慮浯溪口工程高邊坡的特點(diǎn)。其主要特點(diǎn)有：（1）變形范圍特別大。（2）施工期特別長(zhǎng)。（3）監(jiān)測(cè)精度要求特別高。（4）變形監(jiān)測(cè)成果反饋要求特別快。要求能快速取得監(jiān)測(cè)成果，分析巖體變形性狀，及時(shí)反饋到業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)部門，以服務(wù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工。結(jié)合工程的地質(zhì)條件、施工特點(diǎn)、場(chǎng)平及規(guī)劃情況，以少而精、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為原則，要安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置如下主：變形觀測(cè)網(wǎng)、邊坡表面變形監(jiān)測(cè)、鋼筋計(jì)監(jiān)測(cè)等。

2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)分為兩個(gè)層次布網(wǎng)：基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)和工作基點(diǎn)網(wǎng)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)是覆蓋工程而建立的。以工程變形基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，檢測(cè)各基點(diǎn)的穩(wěn)定性。以基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)中已檢測(cè)的基點(diǎn)為依據(jù)，檢測(cè)該部位某些水平位移工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。高程監(jiān)測(cè)網(wǎng)分為檢核網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)兩個(gè)層次。檢核網(wǎng)是為了檢驗(yàn)垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)用于監(jiān)測(cè)垂直位移工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。邊坡變形監(jiān)測(cè)主要由水平、垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)和設(shè)置在邊坡各級(jí)馬道上的水平、垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布置根據(jù)地形地質(zhì)條件，按一等邊角測(cè)量要求進(jìn)行觀測(cè)。高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在邊坡的各級(jí)馬道上，監(jiān)測(cè)地表變形情況；基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的具體位置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及地質(zhì)條件確定，選擇在有完整基巖的穩(wěn)定處。

3 監(jiān)測(cè)方法

水平位移監(jiān)測(cè)主要有測(cè)邊網(wǎng)、極坐標(biāo)法、前方交會(huì)法等。根據(jù)具體情況，可以對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化；垂直位移監(jiān)測(cè)采用沉降觀測(cè)。

3.1 極坐標(biāo)法

根據(jù)極坐標(biāo)的原理，以A、B兩個(gè)已知點(diǎn)建立坐標(biāo)軸，并以B點(diǎn)為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系。測(cè)定B、C兩點(diǎn)間的距離以及B、C連線和A、B連線夾角的方法。如圖1：

圖1 極坐標(biāo)法

（1）

（2）

則C點(diǎn)坐標(biāo)：

（3）

采用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，其系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于測(cè)角誤差、測(cè)距誤差。假設(shè)取視距長(zhǎng)度100m，采用Leica TCR1201全站儀進(jìn)行觀測(cè)（1″，1+1.5ppm）2個(gè)測(cè)回。

測(cè)角中誤差：m角=1″/206265×100×1000=0.48mm

測(cè)距中誤差：ms=1+1.5×10-6×100×1000=1.15mm

點(diǎn)位中誤差：m點(diǎn)=（m角2+ms2）1/2=1.25mm

兩次觀測(cè)同一點(diǎn)水平位移變化量中誤差：mΔcc′=m點(diǎn)/■=0.9mm

3.2 前方交會(huì)法

觀測(cè)中，由于邊坡的地質(zhì)地貌條件，導(dǎo)致測(cè)站點(diǎn)無(wú)法與測(cè)點(diǎn)通視，可采用前方交會(huì)法來(lái)測(cè)定待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。對(duì)工作基點(diǎn)C點(diǎn)進(jìn)行校核時(shí)，可用前方交會(huì)法。如圖2。

圖2 前方交會(huì)法

其計(jì)算公式為：

（4）

3.3 垂直位移監(jiān)測(cè)

精密水準(zhǔn)測(cè)量是對(duì)樞紐各建筑物及其基礎(chǔ)、高邊坡、近壩區(qū)巖體垂直位移監(jiān)測(cè)的主要方法?；鶞?zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)組成結(jié)點(diǎn)環(huán)線水準(zhǔn)網(wǎng)，按一等水準(zhǔn)測(cè)量要求觀測(cè)。

4 觀測(cè)精度

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)精度

變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位移量中誤差絕對(duì)值不得大于2mm。為工作基點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供高精度的基準(zhǔn)。

（2）工作基點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)觀測(cè)精度

水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)是在基準(zhǔn)點(diǎn)之下設(shè)置的。監(jiān)測(cè)頻度在施工開挖期是每月一次，同時(shí)對(duì)部分不穩(wěn)定的水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)適時(shí)加密觀測(cè)。水平、垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)頻次為每月一次。采取監(jiān)測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)同步觀測(cè)整體平差方案，施測(cè)中采用多項(xiàng)措施保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度。

5 監(jiān)測(cè)成果處理

（1） 數(shù)據(jù)預(yù)處理與平差計(jì)算

數(shù)據(jù)預(yù)處理與平差計(jì)算利用武漢大學(xué)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件。改軟件具有功能齊全、通用性強(qiáng)、數(shù)學(xué)模型及處理方法嚴(yán)密，輸出成果表格化、規(guī)范化等優(yōu)點(diǎn)。

（2） 位移量計(jì)算

編制相應(yīng)的計(jì)算程序，計(jì)算當(dāng)次位移量、累計(jì)位移量，按規(guī)定的格式形成報(bào)表。

（3） 工作基點(diǎn)位移修正

由于觀測(cè)精度、頻次的需要，工作基點(diǎn)通常布置在工程建筑物附近，只要求它在一定的時(shí)間段內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定或固定，其自身的穩(wěn)定性由基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)。通過(guò)一年一次的水平、垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)成果，計(jì)算出相鄰兩次網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)差和高程差，對(duì)其按時(shí)間進(jìn)行線性內(nèi)插，得出一年中網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程在每個(gè)月的內(nèi)插值，再利用該內(nèi)插值作為監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的起算數(shù)據(jù)，重新計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，得出修正后的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量。

6 變形統(tǒng)計(jì)模型分析

（1） 開挖對(duì)變形的影響。

式中H0為首測(cè)日斷面的開挖高程，Ht為t時(shí)間斷面的開挖高程，t為觀測(cè)日距首測(cè)日的月數(shù)，δH為開挖對(duì)變形的影響分量。

（2） 溫度對(duì)變形的影響。

式中：T0為壩區(qū)常年平均氣溫，Tt為t時(shí)間的實(shí)測(cè)氣溫，Tt-3為超前3個(gè)月實(shí)測(cè)氣溫，t為觀測(cè)日距首測(cè)日的月數(shù)，δT為溫度對(duì)變形的影響分量。

（3） 巖體自身時(shí)效變形的影響。

式中：t為觀測(cè)日距首測(cè)日的月數(shù)，δD為時(shí)間效應(yīng)分量。

（4） 位移影響函數(shù)。

位移影響函數(shù)：

7 結(jié)束語(yǔ)

浯溪口工程規(guī)模大，工期長(zhǎng)，技術(shù)復(fù)雜，對(duì)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求很高。根據(jù)工程實(shí)際情況，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)事求是地選用更為嚴(yán)格、更為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法，滿足了工程的需要，對(duì)設(shè)計(jì)和施工具有一定的指導(dǎo)意義。

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