王京浦
【摘 要】通過對陡河水庫大壩表面垂直位移監(jiān)測設(shè)施選擇及其安裝埋設(shè)、監(jiān)測方法、觀測誤差分析,得出監(jiān)測數(shù)據(jù)精度可靠,繪制累積垂直位移過程線,對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出引起大壩產(chǎn)生表面垂直位移的規(guī)律,大壩目前運(yùn)行是安全的,不會產(chǎn)生不均勻沉降。
【關(guān)鍵詞】預(yù)壓處理;精密水準(zhǔn)儀;三等水準(zhǔn);大氣折光
1 基本情況
陡河水庫建于1956年11月,大壩為均質(zhì)土壩,壩體土料為砂質(zhì)粘土。壩基表層為厚約8~10米的粘性土,其下為粘性土與中細(xì)砂成互層分布,并且廣泛分布著含有有機(jī)質(zhì)的土層,其中1+340~1+675段的淤泥質(zhì)土面積廣而厚,物理力學(xué)性質(zhì)最壞,此段淤泥厚4~4.5米,埋藏深度1~2米,在施工前半年對該段壩基進(jìn)行預(yù)壓處理。樁號0+000~0+150為河床段,地表高程一般為20m,樁號0+150~1+700為一級臺地段,地表高程一般為26~27m,1+700~3+867為二級臺地段,地表高程一般為33m,1976年7月28日,唐山地區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈地震,陡河水庫壩體損毀嚴(yán)重。復(fù)建工程在大壩恢復(fù)建設(shè)中將原壩體削到32.5m高程,同時壩軸線向下游平移了16m,大壩加高到41m。1989年11月,在陡河水庫提高保壩標(biāo)準(zhǔn)工程中將壩頂高程提高到44m,目前最大壩高25m,壩頂寬5m,大壩全長7364m,主壩段長1900m,在上游坡39m和下游坡34m高程各分布一條馬道。
2 監(jiān)測設(shè)施及其安裝埋設(shè)
大壩表面垂直位移監(jiān)測儀器選用Wild N3精密水準(zhǔn)儀,條式因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺,木制腳架,在大壩周圍3km附近有三個國家二等水準(zhǔn)基點(diǎn),工作基點(diǎn)設(shè)在壩頭左側(cè)山體上,并與附近的國家二等水準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系。監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在主壩頂下游壩肩和下游坡馬道上,自0+000~1+900m,每100m一個,組成一個閉合環(huán)。
3 監(jiān)測方法
陡河水庫大壩表面垂直位移采用幾何水準(zhǔn)方法監(jiān)測,觀測精度要求 mm(N為測站數(shù)),在庫水位正常變化年份,每年汛前和汛后各觀測一次,每次作業(yè)前,都對水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)器、十字絲、視距常數(shù)、i角等進(jìn)行檢驗,各項指標(biāo)偏差達(dá)到規(guī)范的限差要求才能開始工作。觀測順序和方法按三等水準(zhǔn)測量規(guī)范要求執(zhí)行。測量成果符合環(huán)線閉合差限差。
4 誤差分析
4.1 水準(zhǔn)儀i角誤差對高差的影響
雖然儀器經(jīng)過i 角檢驗,但要使兩軸完全平行是困難的,在測量中,須嚴(yán)格控制前后視距離相等,由i角引起的誤差可以忽略不記。
4.2 水準(zhǔn)尺讀數(shù)誤差
水準(zhǔn)尺讀數(shù)誤差主要是由照準(zhǔn)誤差、水準(zhǔn)管氣泡居中誤差、讀數(shù)誤差引起的,這些誤差都屬于偶然誤差。Wild N3水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡放大率ν為40倍,視距D=50m時,以人眼的分辨力 計,則望遠(yuǎn)鏡的照準(zhǔn)誤差為 。由于Wild N3水準(zhǔn)儀有傾斜螺旋和符合水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)管氣泡居中誤差可以控制在很小的范圍內(nèi)。讀數(shù)時用楔形絲照準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃線,通過光學(xué)測微器裝置讀取厘米以下的數(shù)據(jù),提高了讀數(shù)精度,通過多年測量數(shù)據(jù)分析,得出每次讀數(shù)水準(zhǔn)管氣泡居中誤差和讀數(shù)誤差最大為0.1mm。則每次在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的中誤差 mm
4.3 儀器和標(biāo)尺下沉和上升的誤差
陡河水庫大壩土料是經(jīng)過翻曬和機(jī)械碾壓修建的,干容重達(dá)到1.90×103t/m3,且路面鋪有瀝青,土質(zhì)堅硬,土壤回彈量可以忽略,所以由儀器和標(biāo)尺的沉降或上升引起的觀測誤差可以忽略。
4.4 水準(zhǔn)尺的誤差影響
水準(zhǔn)尺上裝有圓水準(zhǔn)器,測量前對圓水準(zhǔn)器經(jīng)進(jìn)行校驗。水準(zhǔn)尺經(jīng)長期使用已產(chǎn)生零點(diǎn)誤差,在水準(zhǔn)測量時,使總的設(shè)站數(shù)為偶數(shù),抵消這一誤差的影響。通過交替放置標(biāo)尺,抵消了標(biāo)尺刻劃產(chǎn)生的誤差。所以由水準(zhǔn)尺誤差對測量成果造成的影響可以忽略。
4.5 大氣垂直折光的影響
6 監(jiān)測資料分析
6.1 固結(jié)情況
由圖1可以看出,在陡河水庫主壩壩面沉降過程中,1977~1982、1989~1993年壩體竣工初期曲線變化較陡,而后曲線變化平緩。去除測量誤差影響,除1+500壩頂監(jiān)測點(diǎn)外,其余監(jiān)測點(diǎn)至2007年已趨于穩(wěn)定。壩體填土較高的壩頂監(jiān)測點(diǎn)沉降量較其它測點(diǎn)大。相同高度的壩頂監(jiān)測點(diǎn)中1+500較其它測點(diǎn)沉降大,而且至今未達(dá)到平穩(wěn)。各監(jiān)測點(diǎn)在1985~1987年垂直位移都出現(xiàn)回彈,主要是因為陡河水庫土壩竣工初期在重力作用下已經(jīng)固結(jié),1981~1984年庫水位在28.4~30.3m之間,處于較低位置,自1985年8月1日,庫水位開始上漲,1985年8月~1987年12月,庫水位在30.98m~33.98m之間,平均為32.97m,處于高水位,導(dǎo)致壩體內(nèi)浸潤線升高,更多的土體被滲水浸泡膨脹,致使測點(diǎn)位移有回彈現(xiàn)象。庫水位下降后,測點(diǎn)向下的垂直位移值隨之增大。2007年至今,庫水位每年都在30.5~32.8m之間變化,而且年際變化均勻,由壩體內(nèi)浸潤線的變化引起的壩面垂直位移較小,過程線較為穩(wěn)定,產(chǎn)生的垂直位移主要為觀測誤差。
通過對壩體表面垂直位移過程線的分析,可以得出以下結(jié)論①土壩建成初期,垂直位移的產(chǎn)生主要是土體在重力作用下產(chǎn)生的固結(jié),這一階段產(chǎn)生的沉降量較大;②壩越高沉降越大;③壩基有機(jī)質(zhì)土較砂質(zhì)粘土固結(jié)慢,趨于穩(wěn)定時間長;④土壩運(yùn)行后期垂直位移的產(chǎn)生主要受庫水位影響。⑤土壩垂直位移趨于穩(wěn)定需要很長一段時間。
6.2 縱向傾度
兩個斷面的最大沉降出現(xiàn)在2012年9月,其值為90mm,γ計算值為0.09%,小于設(shè)計臨界值1%,在這兩個斷面之間產(chǎn)生橫向裂縫的可能性極小,證明了填筑前壩基的預(yù)壓處理方法是合理的。
7 結(jié)語
陡河水庫大壩表面垂直位移監(jiān)測,設(shè)施選擇和點(diǎn)位的布設(shè)合理,監(jiān)測方法得當(dāng),測量誤差較小,觀測精度較高。通過對觀測資料的分析,能夠反映壩體運(yùn)行狀況。大壩表面垂直位移主要受壩高、壩基地質(zhì)條件的影響,在運(yùn)行的不同時期,影響因素不同,大壩不會由于不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。
(作者單位:河北省水利工程局)