灘坑水電站大壩變形監(jiān)測與預(yù)報(bào)

王力江

浙江浙能水電管理有限公司 浙江杭州 310020

摘要：大壩表面變形監(jiān)測是大壩工程安全監(jiān)測工作中的一個(gè)重要組成部分，以灘坑水電站為實(shí)例介紹了大壩變形監(jiān)測的周期確定、點(diǎn)位布設(shè)等技術(shù)設(shè)計(jì)，并分析了選用儀器及設(shè)計(jì)路線的精度，通過成果資料的整理和分析，掌握了大壩的沉降動(dòng)態(tài)，并對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析，提出了合理的建議。

關(guān)鍵詞：面板堆石壩；變形測量；安全監(jiān)測

一、工程概況

灘坑水電站工程位于浙江省青田縣境內(nèi)的甌江支流小溪上，距青田縣城西門約32Km。工程屬于一等工程，由攔河壩、溢洪道、泄洪洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和地面開關(guān)站等建筑物組成。水庫正常蓄水位高程160m，總庫容40億m3，電站裝機(jī)60萬kw。

該電站的擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，壩頂高程171m，最大壩高162m，壩頂長507m。大壩上游壩坡1：1.406，下游壩坡1：1.25。大壩填筑總量為948萬m3包括上游粉土及石渣填筑）。面板厚0.3～0.9m。

為監(jiān)測面板堆石壩施工過程中及蓄水運(yùn)行時(shí)的變形、滲流和相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變等狀況，在壩體、面板以及兩岸壩肩布置了相應(yīng)的安全監(jiān)測設(shè)施，根據(jù)現(xiàn)場安全監(jiān)測實(shí)施情況，現(xiàn)將安全監(jiān)測布置介紹如下。

二、變形監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

2.1外部變形監(jiān)測

外部變形監(jiān)測主要從兩方面展開工作，一是進(jìn)行大壩水平位移監(jiān)測，另一是進(jìn)行大壩沉降監(jiān)測。水平位移監(jiān)測采用坐標(biāo)法，在設(shè)置有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測墩上架設(shè)徠卡TCA2003全站儀，照準(zhǔn)各監(jiān)測點(diǎn)，測定各監(jiān)測點(diǎn)的變形情況。沉降監(jiān)測是采用水準(zhǔn)觀測和三角高程相結(jié)合方式，壩頂沉降使用DN03數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，壩前及壩后不便于使用水準(zhǔn)測量的監(jiān)測點(diǎn)則用三角高程方式測定監(jiān)測點(diǎn)的高程變化，來確定大壩的沉降情況。

在監(jiān)測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點(diǎn)水平位移量變化較大、監(jiān)測點(diǎn)沉降量較大或沉降量明顯不均勻時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告，根據(jù)需要采取必要的防范措施。在沉降監(jiān)測中，為了保證監(jiān)測精度，正確反映大壩的沉降情況，按照二等精密水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測。

2.2內(nèi)部觀測

在大壩面板受力較大或應(yīng)力集中處布置了4個(gè)斷面（1-1、2-2、3-3、4-4）進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變及溫度觀測，在其斷面不同高程共布置了鋼筋計(jì)42支、鋼筋計(jì)附近布設(shè)相應(yīng)的三向應(yīng)變計(jì)組5套、二向應(yīng)變計(jì)組19套。在（2-2）斷面布置了9支溫度計(jì)觀測庫水溫度；在其擠壓受力大的高程（162.2、166.86）布置了10支混凝土壓應(yīng)力計(jì)、10支測縫計(jì)。

大壩面板布置了3個(gè)斷面（1-1、2-2、3-3）采用固定式測斜儀進(jìn)行面板撓度觀測。1-1斷面布置13支，2-2斷面布置18支，3-3斷面布置11支儀器，共計(jì)42支儀器。

在大壩面板高程（15.13、60.57、122.83、159.11）布置了4條接縫觀測線，采用單向測縫計(jì)進(jìn)行面板接縫觀測，共48支儀器。在面板與趾板的周邊縫處布置了12組三向測縫計(jì)進(jìn)行觀測。

在大壩內(nèi)部布置了3個(gè)斷面（壩0+310、壩0+417、壩0+515）。在其不同高程布置了水管式沉降儀、水平位移計(jì)各9套，共60個(gè)測點(diǎn)、電位器式沉降儀5套、土壓力計(jì)13支、滲壓計(jì)7支進(jìn)行監(jiān)測。

2.3變形監(jiān)測使用儀器的選擇

為保證測量成果準(zhǔn)確、可靠，滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求，水平位移采用TCA2003全站儀，為了針對(duì)大壩變形監(jiān)測的應(yīng)用，使發(fā)了徠卡外業(yè)機(jī)載多測回軟件和大地控制、變形監(jiān)測網(wǎng)及變形監(jiān)測自動(dòng)控制后處理科傻軟件。在作業(yè)前，對(duì)儀器的相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)與校正，使監(jiān)測儀器的各項(xiàng)指標(biāo)符合國家及規(guī)范要求。

2.4外部變形監(jiān)測方法

2.4.1監(jiān)測方案

壩前和壩后沉降采用三角高程測量，工作基點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)均采用固定的觀測墩并安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，測量示意圖如圖1。

壩頂則采用水準(zhǔn)測量，從靠近大壩的水準(zhǔn)點(diǎn)開始，按雙觀測列方式依次對(duì)壩頂各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測。

2.4.2 沉降位移控制起算點(diǎn)

工作基點(diǎn)都處于穩(wěn)固的地面上，建立時(shí)間長，相對(duì)大壩上變形點(diǎn)變量極小，可認(rèn)為是穩(wěn)定不變的。利用TK10、TK11測量壩前及防浪墻頂監(jiān)測點(diǎn)沉降，利用TK06、TK09測量壩后各監(jiān)測點(diǎn)沉降。壩頂沉降觀測則使用大壩附近的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測量和控制。

2.4.3垂直角觀測

垂直角觀測使用徠卡TCA2003全站儀觀測：嚴(yán)格按照《精密工程測量規(guī)范》和《灘坑水電站樞紐建筑物變形監(jiān)測控制網(wǎng)技術(shù)要求》執(zhí)行。

2.4.4 垂直角觀測注意事項(xiàng)

（1）兩次照準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)差限差為3″；一測回各方向指標(biāo)差互差限差為12″；同一方向各測回各測得的垂直角，互差不得大于5″；兩次量取儀器高或目標(biāo)高互差限差為0.4mm。

（2）觀測過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)指標(biāo)差絕對(duì)值大于30″時(shí)，應(yīng)進(jìn)行校正。

（3）垂直角互差或指標(biāo)差互差超限的成果，均須重測。

2.4.5儀器高和棱鏡高的測定

儀器高是指儀器水平軸到測站點(diǎn)中心標(biāo)石面上標(biāo)志的高度；棱鏡高是指垂直角觀測時(shí)，照準(zhǔn)部位到照準(zhǔn)點(diǎn)中心標(biāo)石面上標(biāo)志的高度。儀器高和棱鏡高可以直接用鋼尺量至毫米，量測2次，分別轉(zhuǎn)動(dòng)儀器在180°的面上量測，取中數(shù)記入手簿中。

2.4.6氣溫、氣壓的讀取

儀器在測量過程中讀取測站、監(jiān)測點(diǎn)氣溫、氣壓。

2.5內(nèi)部儀器觀測方法

2.5.1面板撓度采用電解液式測斜儀及配套儀表進(jìn)行觀測。電解液式測斜儀采用870電解液讀數(shù)儀測讀，每測次應(yīng)平行測讀兩次（重新聯(lián)結(jié)傳感器引出電纜進(jìn)行測讀），兩次讀數(shù)差不大于0.002V。

2.5.2壩體內(nèi)部水平位移觀測采用引張線式水平位移計(jì)（鋼絲水平位移計(jì)）進(jìn)行觀測。

2.5.3壩體內(nèi)部垂直位移觀測采用水管式沉降儀進(jìn)行觀測。

三、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及成果分析

3.1數(shù)據(jù)處理

外業(yè)數(shù)據(jù)觀測結(jié)束后，對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真地檢查校核，剔除粗差后參與計(jì)算。大壩的水平位移量，是將各監(jiān)測點(diǎn)的觀測量與上一次觀測值比較得出相對(duì)位移量，將各監(jiān)測點(diǎn)的觀測量與初始值比較得出絕對(duì)位移量；大壩的垂直位移量，是將各監(jiān)測點(diǎn)上利用附合水準(zhǔn)路線經(jīng)平差計(jì)算求得的高程值與上一次觀測值比較得出相對(duì)位移量，將各監(jiān)測點(diǎn)求得的高程值與初始值比較求出絕對(duì)位移量。

3.2成果分析

為分析和研究閘壩的外部變形，繪制了監(jiān)測期水庫水位過程線和各監(jiān)測點(diǎn)的位移過程線：以各視準(zhǔn)線上的監(jiān)測點(diǎn)組成的橫剖面代表閘壩橫向位移曲線和以各閘墩為單元，其上監(jiān)測點(diǎn)組成的縱剖面代表閘壩縱向位移曲線。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移過程線（剔除個(gè)別監(jiān)測期個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)的異常值）認(rèn)為，大壩上各監(jiān)測點(diǎn)的變形情形是：大壩下游表面位移情況表明，自2011年2季度開始?jí)误w90m高程（約1/2壩高）以下的水平垂直位移已逐漸趨于收斂。壩體下游表面縱向分布表明，河床部位測點(diǎn)大于左右兩岸坡部位，右岸部位測點(diǎn)略大于左岸。自2010年7月開始?jí)误w內(nèi)部水平、垂直位移的速率出現(xiàn)減緩的跡象，處于收斂并趨于穩(wěn)定，但位移仍在發(fā)展中，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測。

四、結(jié)語

建筑物的下沉，除絕對(duì)下沉外，變形的速率也十分重要。對(duì)一般建筑物而言，只要變形緩慢且均勻，大多數(shù)都可以承受較大的變形而不致破壞。通過對(duì)灘坑水電站大壩變形監(jiān)測及對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析可以看出，大壩的監(jiān)測設(shè)施布置較合理，所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，大壩的位移量在規(guī)定的限度內(nèi)，并由此掌握了大壩的變形動(dòng)態(tài)，提前預(yù)測大壩變形的軌跡，為電站的安全生產(chǎn)提供可靠的保障。