土壩變形觀測(cè)研究

楊 樹

(昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

土壩變形觀測(cè)研究

楊 樹

(昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

為確保大壩在施工、運(yùn)行和使用中的安全，同時(shí)也是為大壩的設(shè)計(jì)、施工、管理和研究提供科學(xué)可靠的資料，針對(duì)土壩施工及運(yùn)營(yíng)中必須要對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，該種觀測(cè)被稱為是土壩的變形監(jiān)測(cè)。土壩變形觀測(cè)主要內(nèi)容是：垂直位移的觀測(cè)、水平位移的觀測(cè)、裂縫觀測(cè)和滲透觀測(cè)。

土壩變形觀測(cè)；水平位移；垂直位移；滲透；裂縫

1 垂直位移

土壩的垂直位移觀測(cè)也叫沉降觀測(cè)，其主要是采用水準(zhǔn)測(cè)量法，按照一定的周期對(duì)沉降的觀測(cè)點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)高度差展開觀察、測(cè)量。

水準(zhǔn)基點(diǎn)是沉降觀測(cè)基準(zhǔn)，因此水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)要滿足下面的幾個(gè)要求：必須要十分穩(wěn)定，水準(zhǔn)基點(diǎn)要設(shè)在沉降影響不到的范圍內(nèi)，最好是設(shè)置在基巖上，在冰凍區(qū)域，水準(zhǔn)基點(diǎn)最好埋設(shè)在低于凍土線0.5m的位置[1]。為了保障水準(zhǔn)基點(diǎn)有著正確的高程，最好是布置3個(gè)以上的水準(zhǔn)基點(diǎn)，這樣對(duì)測(cè)量結(jié)果的核對(duì)就變得很方便。水準(zhǔn)基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)距離適中，若是距離過遠(yuǎn)將會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)精度降低，設(shè)置范圍通常是100m以內(nèi)。

設(shè)置沉降觀測(cè)，在觀測(cè)土壩的沉降變化中也要設(shè)置相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)，沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置要滿足：測(cè)點(diǎn)位置必須設(shè)置于可以全面反映土壩沉降，最好是設(shè)置在大壩高處、壩基地質(zhì)、壩底地形會(huì)出現(xiàn)比較大變化處。

在設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，要將個(gè)點(diǎn)設(shè)置均勻分布，而且觀測(cè)點(diǎn)的最佳布置是沿著壩軸方向，自大壩高處向兩邊設(shè)置，兩點(diǎn)間隔距離通常是40-80m[2]。

觀測(cè)周期，土壩竣工后，一般測(cè)量頻率是1個(gè)月1次，若是沉降的速度減緩，則可以延長(zhǎng)至2-3個(gè)月觀測(cè)1次，指導(dǎo)沉降穩(wěn)定以后停止。這一依據(jù)日歷計(jì)劃觀察變形的情況是正常系統(tǒng)觀測(cè)。除此之外，有的時(shí)候還有緊急觀測(cè)，通常是在出現(xiàn)緊急情況的前后均實(shí)行。

觀測(cè)過程中要后視水準(zhǔn)基點(diǎn)，按照前視各沉降觀測(cè)點(diǎn)，最終再一次觀測(cè)后視水準(zhǔn)基點(diǎn)，兩次的視讀數(shù)變化是±1mm[3]。

觀測(cè)沉降工作具有長(zhǎng)期性及連續(xù)性的特點(diǎn)，為保證測(cè)量結(jié)果正確，下面4個(gè)方面必須是固定的，其中有觀測(cè)人員、水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)基點(diǎn)、實(shí)測(cè)路線和測(cè)站。

在結(jié)束每1次的觀測(cè)后，對(duì)數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算準(zhǔn)確性展開確認(rèn)，保證具有合格的精度，之后對(duì)高差閉合差進(jìn)行調(diào)整，將各沉降的觀測(cè)點(diǎn)高程實(shí)現(xiàn)計(jì)算得出，將其記錄在沉降觀測(cè)表。

各沉降觀測(cè)點(diǎn)本次沉降量計(jì)算法為：本次沉降量=觀測(cè)高程-上次測(cè)量高程。

累計(jì)的沉降量：累計(jì)沉降量=本次沉降量+上次累計(jì)沉降量[5]。

將計(jì)算得到的沉降觀測(cè)點(diǎn)、該次沉降量、時(shí)間、荷載等錄入沉降觀測(cè)表。

縱軸為沉降量s，時(shí)間t是橫軸，構(gòu)建直角坐標(biāo)系。以每次累計(jì)沉降量當(dāng)成縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)位觀測(cè)日期，標(biāo)記沉降觀測(cè)點(diǎn)具體地理位置；用曲線連接各個(gè)標(biāo)記處的點(diǎn)，并且在曲線一端標(biāo)出沉降點(diǎn)的觀測(cè)號(hào)，繪制出時(shí)間沉降量關(guān)系曲線。

2 觀測(cè)水平位移

依據(jù)控制點(diǎn)的大壩平面位置伴隨時(shí)間移動(dòng)方向和程度展開測(cè)量，以上過程被稱為位移觀測(cè)。位移觀測(cè)中要在大壩周圍設(shè)置測(cè)量控制點(diǎn)，隨后在大壩上設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)，其中主要包含了2個(gè)位移觀測(cè)法：①基準(zhǔn)線法；②角度前方交會(huì)[6]。

基準(zhǔn)線測(cè)量法主要是依據(jù)通過大壩軸線河水和大壩軸線平行的鉛直平面當(dāng)成基準(zhǔn)平面，從而將水平位移測(cè)量得出。

準(zhǔn)線法誤差主要是照準(zhǔn)方面的誤差。為降低儀器和站牌等安置過程中出現(xiàn)的誤差，在對(duì)墩頂面觀測(cè)中通常會(huì)埋設(shè)固定強(qiáng)制性對(duì)中設(shè)備[7]。

使用精密經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)線以及置鏡點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)視線夾角，依靠公式計(jì)算出偏離值。偏離值計(jì)算方法：

L=a/p×s，對(duì)距離s精度方面，一般采用1/2000精度丈量邊長(zhǎng)是滿足精度要求的，只需要對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行一次丈量就可以，然后在各周期內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)，該值被認(rèn)為是不會(huì)發(fā)生改變的；觀察小a精度。

小角度測(cè)量中，每1次每半測(cè)回測(cè)量?jī)?nèi)必須要觀測(cè)到每1個(gè)方向，都要在瞄準(zhǔn)目標(biāo)后于測(cè)微器下讀數(shù)，隨后通過瞄準(zhǔn)目標(biāo)后讀第2個(gè)讀數(shù)。如此每半測(cè)回內(nèi)每個(gè)方向都需要2次照準(zhǔn)，進(jìn)而提升小角微測(cè)精度[8]。

3 裂 縫

土壩裂縫可以按照具體情況，觀測(cè)全部的或是較為重要的裂縫；或者是選擇比較典型的裂縫來觀測(cè)。對(duì)分裂縫寬度>5mm，或者縫的寬度<5mm，但是長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的裂縫，弧形裂縫和明顯的垂直錯(cuò)縫等都要實(shí)行觀測(cè)[9]。

觀測(cè)的次數(shù)主要依據(jù)具體情況來定，一般裂縫剛開始出現(xiàn)時(shí)要每天觀測(cè)1次，若是裂縫由于繼續(xù)發(fā)展和庫水位波動(dòng)大，要適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)，暴雨后要增加1次；裂縫發(fā)展緩慢后逐漸減少觀測(cè)次數(shù)。對(duì)于必須長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)的裂縫，則需要考慮保持同土壩位移觀測(cè)次數(shù)的相同。

4 分析變形監(jiān)測(cè)的具體措施

4.1 柴水河水庫大壩外部監(jiān)測(cè)資料

柴河水庫在遼河左側(cè)中游的柴河支流上面，該水庫具有灌溉、防洪、發(fā)電等多種功能，是綜合性大型水利樞紐工程。主要組成部分為：土壩、輸水道、水電站等，總庫容量為6.36億m3，洪水水位112.00m。該大壩主要采用黏土薄芯墻砂殼壩型，壩頂高117.30m，最大壩高42.3m，長(zhǎng)度982m，上游壩坡坡度1∶2.5和1∶3.0，下游壩坡坡度1∶2.25,1∶2.25和1∶2.5。

柴河水庫從1976年建設(shè)完成以后立即開始實(shí)行觀測(cè)，大壩外部的變形觀測(cè)主要內(nèi)容有沉降觀測(cè)和水平位移觀測(cè)。大壩變形觀測(cè)具體是沿壩軸線方向，共設(shè)6個(gè)觀測(cè)斷面，每一斷面兩端都要設(shè)置1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，一共16個(gè)，另外還要設(shè)置4個(gè)校核點(diǎn)，每個(gè)斷面由于存在長(zhǎng)度差異，觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量設(shè)置是不同的，沉陷和水平位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)均在統(tǒng)一基座上，同時(shí)使用1個(gè)點(diǎn)號(hào)，共62個(gè)位移標(biāo)點(diǎn)。

4.2 大壩沉降量

按照實(shí)際測(cè)量的資料數(shù)據(jù)折線統(tǒng)計(jì)圖，見圖1-2，該大壩的年最大沉降量值一般出現(xiàn)于河谷中部，最小值在兩岸壩體較低的位置。沉降量主要體現(xiàn)于中部和兩端較小的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象符合土石壩的基本變形規(guī)律。

圖1 三斷面相對(duì)沉降量

圖2 三斷面相對(duì)沉降量過程線

庫水位會(huì)影響沉降量，庫水位影響壩體沉降量主要體現(xiàn)于隨庫水位升高而增大。分析五斷面1989年的資料，斷面在本年度的5月沉陷量最大見圖3和圖4進(jìn)行對(duì)比分析得知，主要是該年的4月份水位達(dá)到最高點(diǎn)。針對(duì)每1個(gè)柴水庫大壩的測(cè)點(diǎn)斷面都展開對(duì)比分析，可知，沉陷量最大值基本上會(huì)出現(xiàn)于庫水位最高點(diǎn)，水位的變化并不明顯的時(shí)候，沉陷量的變化通常都會(huì)逐漸的趨向于穩(wěn)定。

圖3 五斷面沉降量過程線

圖4 1989年庫水位過程線

時(shí)效對(duì)沉降量的影響是很明顯的，其影響要比水位影響大很多。伴隨大壩繼續(xù)運(yùn)行，沉降量整體上升趨勢(shì)，但上升幅度逐漸放緩平緩。觀察圖5，出現(xiàn)上述情況的主要原因是遭受土體固結(jié)的影響，土體內(nèi)顆粒骨架在不斷的荷載下發(fā)生了蠕變，進(jìn)而出現(xiàn)了這一中土壩結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定，不斷收斂的規(guī)律。

圖5 三斷面沉陷量的過程線

對(duì)沉降量疑點(diǎn)展開分析，歷史數(shù)據(jù)資料中，4-3斷面位移的變化曲線要顯著高于其他斷面通過分析可知，其水位變化規(guī)律是很正常的，隨后綜合分析大壩的情況，4-3斷面的沉降量很可能是因?yàn)樵撎帋r石的透水性較強(qiáng)，大壩建設(shè)過程中，處理不夠妥當(dāng)，在大壩的運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)了滲流，伴隨著時(shí)間的延續(xù)，壩體出現(xiàn)了向下的唯一，并且沉陷量也逐漸在增加。

5 總 結(jié)

綜上，文章具體對(duì)大壩的變形過程、影響因素、變形的幅度及規(guī)律都做出了詳細(xì)的分析，此外還闡述了變形值與相關(guān)影響因素之間的聯(lián)系，同時(shí)找出了兩者之間的函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的工作狀態(tài)做出科學(xué)的觀測(cè)和評(píng)判。在積累了大量的數(shù)據(jù)以后，對(duì)大壩變形的內(nèi)在因素和規(guī)律展開分析，提出修正設(shè)計(jì)理論，同時(shí)針對(duì)使用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出修正。

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[3]鄒離湘,明海燕.地震強(qiáng)度對(duì)UpperSanFernando土壩流動(dòng)變形的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003(03):285-290.

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ObservationandStudyonEarthDamDeformation

YANG Shu

(Hutubi River Watershed Management Department，Hutubi 831200，China)

In order to ensure the safety of dam construction，operation and usage，at the same time，to supply reliable information for the design，construction，management and research of earth dam，the earth dam construction and operation have to be observed，this kind of observation is called the observation of earth dam deformation. The main contents of earth dam observation include the observation of vertical displacement，observation of horizontal displacement，fissure observation and infiltration observation.

observation on earth dam deformation；horizontal displacement；critical displacement；infiltration；fissure

1007-7596(2017)10-0013-04

TV698.11

B

2017-09-22

楊樹(1967-)，女，河南尉氏人，助理工程師，研究方向?yàn)樗芾砗退こ淌┕ぁ?/p>