土石壩的監(jiān)測與維護(hù)-土石壩的變形監(jiān)測

土石壩裂縫觀測裂縫觀測根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL551-2012）的規(guī)定：對已建壩的表面裂縫（非干縮、冰凍縫），凡縫寬大于5mm，縫長大于5m，縫深大于2m的縱、橫向裂縫，以及危及大壩安全的裂縫，均應(yīng)橫跨裂縫布置表面測點進(jìn)行裂縫開合度觀測。1裂縫觀測依據(jù)裂縫的觀測內(nèi)容包括裂縫的位置、走向、長度、寬度和深度等。裂縫觀測2裂縫觀測內(nèi)容對于縫寬，可在整條縫上選擇幾個有代表性的測點，在測點處裂縫兩側(cè)各打一排小木樁，木樁間距以50cm為宜。木樁頂部各打一小鐵釘。用鋼尺量測兩鐵釘距離，其距離的變化量即為縫寬變化量，也可在測點處撤石灰水，直接用尺量測縫寬。裂縫觀測3裂縫觀測方法觀測裂縫位置時，可在裂縫地段按土壩樁號和距離，用石灰或小木樁畫出大小適宜的方格網(wǎng)進(jìn)行測量，并繪制裂縫平面圖。3裂縫觀測方法裂縫觀測裂縫深度觀測，可在裂縫中灌入石灰水，然后挖坑或鉆孔探測，深度以挖至裂縫盡頭為準(zhǔn)，可量測縫深和走向。對表面裂縫的長度和可見深度的測量，應(yīng)精確到1cm，寬度應(yīng)精確到0.2mm；對于深層裂縫，除按表面裂縫的要求測量裂縫深度和寬度外，還應(yīng)測定裂縫走向，精確到0.5度。裂縫長度可用皮尺沿縫跡測量。土壩裂縫巡測的測次，應(yīng)視裂縫發(fā)展情況而定。在裂縫發(fā)生的初期，應(yīng)每天巡測1次。待裂縫發(fā)展緩慢后，可適當(dāng)延長間隔時間。但在裂縫有明顯發(fā)展和庫水位驟變時，應(yīng)加密測次。雨后還應(yīng)加測。特別是對于可能出現(xiàn)滑坡的裂縫，在變化階段，應(yīng)每隔1～2h巡測1次。裂縫觀測4裂縫觀測內(nèi)容視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移視準(zhǔn)線法又稱方向線法。由于視準(zhǔn)線法觀測方便、計算簡單、成果可靠，因此是觀測水工建筑物水平位移的一種常用方法。一、觀測原理二、測點的布設(shè)為了全面掌握土壩的水平位移規(guī)律，同時又不使觀測工作過于繁重，就要在土壩壩體上選擇有代表性的部位布設(shè)適當(dāng)數(shù)量的測點進(jìn)行觀測。一般布置是：壩頂靠下游壩肩布設(shè)一排測點；興利最高水位以上的上游坡布設(shè)一排；下游坡布設(shè)2～3排。每排測點的間距為50～100m。每排測點延長線兩端山坡上各設(shè)一個工作基點。為了校測工作基點有無變動，在兩個工作基點延長線上各埋設(shè)一個校核基點。校核基點也可不設(shè)在視準(zhǔn)線延長線上，而在每個工作基點附近，設(shè)置兩個校核基點，使兩校核基點與工作基點的連線大致垂直，用鋼尺丈量以校測工作基點是否發(fā)生變位。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移土壩裂縫巡測的測次，應(yīng)視裂縫發(fā)展情況而定。在裂縫發(fā)生的初期，應(yīng)每天巡測1次。待裂縫發(fā)展緩慢后，可適當(dāng)延長間隔時間。但在裂縫有明顯發(fā)展和庫水位驟變時，應(yīng)加密測次。雨后還應(yīng)加測。特別是對于可能出現(xiàn)滑坡的裂縫，在變化階段，應(yīng)每隔1～2h巡測1次。三、觀測儀器和設(shè)備（一）觀測儀器用視準(zhǔn)線法觀測水平位移，一般用經(jīng)緯儀進(jìn)行。觀測的精度主要與經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)有關(guān)，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)愈大，照準(zhǔn)誤差愈小，觀察精度愈高。我國北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的紅旗"型經(jīng)緯儀、杭州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的紅旗光學(xué)經(jīng)緯儀、蔡司030型經(jīng)緯儀以及威特T1經(jīng)緯儀等都屬J6級經(jīng)緯儀，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)為25～26倍。我國蘇州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的J2光學(xué)經(jīng)緯儀、蔡司010型經(jīng)緯儀和威特T2經(jīng)緯儀等都屬J2級經(jīng)緯儀，望遠(yuǎn)鏡放大數(shù)倍為30倍。威特T3經(jīng)緯儀屬J1級，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)為40倍。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移一般大型水庫的土壩水平位移，可使用J6級或J2級經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測。土壩長度超過500m以及比較重要的水庫，最好使用J1級經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測。對于視準(zhǔn)線長度超過500m（或曲線形壩）的變形觀測可以采用萊卡或拓普康的全站儀觀測。（二）觀測設(shè)備1、工作基點工作基點是供安置經(jīng)緯儀和覘標(biāo)構(gòu)成視準(zhǔn)線的標(biāo)點，有固定工作基點和非固定工作基點兩種。埋設(shè)在兩岸山坡上的工作基點，稱為固定工作基點。當(dāng)大壩較長或折線形壩需要在兩個固定工作基點之間增設(shè)工作基點，這種工作基點埋設(shè)在壩體上，其本身隨壩體變形而發(fā)生位移，故稱為非固定工作基點。工作基點一般包括混凝土墩和上部結(jié)構(gòu)兩部分?；炷炼胀ǔＪ怯筛?00～120cm、斷面40cm×40cm的混凝土柱體和100cm見方、厚30cm的底板組成。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移上部結(jié)構(gòu)常用下列三種形式：（1）金屬托架式。金屬托架式工作基點，是將類似經(jīng)緯儀三角架上的三角形儀器底盤埋設(shè)在混凝土墩頂部。觀測時可將經(jīng)緯儀或覘標(biāo)直接安置在三角形的金屬托架上，用中心螺絲旋緊。（2）中心螺旋式。中心螺旋式是在混凝土墩頂部埋一個與經(jīng)緯儀中心螺絲同樣規(guī)格的螺絲。觀測時將經(jīng)緯儀或覘標(biāo)直接旋在螺絲上。（3）強(qiáng)制對中式。強(qiáng)制對中式工作基點，是在混凝土墩頂部埋設(shè)一個強(qiáng)制對中器。強(qiáng)制對中器是一個金屬圓盤，圓盤上設(shè)置成等邊三角形的3個不銹鋼圓柱體，圓柱體中心與圓心的距離與經(jīng)緯儀3個底腳螺絲至圓心的距離相等。其中一個圓柱體頂面為一圓錐形小坑，一個為順半徑方向的V形槽，另一個為平面。這樣只要將經(jīng)緯儀安放在圓柱體上，經(jīng)緯儀就被強(qiáng)制對中了。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移2、校核基點校核基點的結(jié)構(gòu)基本與工作基點相同，但校核基點只需用來定向或量距，因此其上部結(jié)構(gòu)只需考慮安置覘標(biāo)，或者只埋一鋼板，刻劃“十”字線即可。工作基點和校核基點是測定壩體位移的依據(jù)，必須保證其不發(fā)生變位，一般需澆筑在基巖或原狀土層上。3、位移標(biāo)點位移標(biāo)點的上部結(jié)構(gòu)與使用的覘標(biāo)有關(guān)。如使用精密活動覘標(biāo)，則需埋設(shè)上述工作基點的上部結(jié)構(gòu)。4、觀測覘標(biāo)位移觀測所用的覘標(biāo)，可分為固定覘標(biāo)和活動覘標(biāo)兩種。（1）固定覘標(biāo)。固定覘標(biāo)設(shè)于后視工作基點上，供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)構(gòu)成視準(zhǔn)線。常用的有以下幾種：1）墻標(biāo)式固定覘標(biāo)，可利用工作基點混凝土墩側(cè)面畫上覘標(biāo)圖案。圖案中心必須與頂部安置經(jīng)緯儀的中心點一致。2）強(qiáng)制對中式固定覘標(biāo)。覘標(biāo)為輻射形圖案，中間為紅玻璃，在后面裝上電燈可供夜間觀測。覘標(biāo)底座加工成經(jīng)緯儀底座一致。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移3）旋入式固定覘標(biāo)。4）直插式固定覘標(biāo)。在后視工作基點頂部埋設(shè)中心有圓孔的鐵板，直接將固定覘標(biāo)插入圓孔。標(biāo)面圖案有線形，三角形圖案，同心圓圖案。（2）活動覘標(biāo)?；顒右棙?biāo)是置于位移標(biāo)點上供經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)對點的。四、觀測方法用視線法觀測水平位移，視線長度受光學(xué)儀器的限制，一般前視位移標(biāo)點的視線長度在250～300m之內(nèi)，可保證要求的精度。壩長超過500m或折線形壩，則需增設(shè)非固定工作基點，以提高精度。觀測方法如下。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移（一）壩長小于500m時對于壩長小于500m的壩，壩體位移標(biāo)點可分別由兩端工作基點觀測，使前視距離不超過250m。觀測時，在工作基點A上安置經(jīng)緯儀，后視另一端的工作基點B的固定覘標(biāo)，固定經(jīng)緯儀上下盤。然后前視離基點A二分之一壩長范圍內(nèi)的位移標(biāo)點。觀測每個位移標(biāo)點時，用旗語或報話機(jī)指揮位于標(biāo)點的持標(biāo)者，移動位移標(biāo)點上的活動覘標(biāo)，使覘標(biāo)中心線與望遠(yuǎn)鏡豎絲重合，由持標(biāo)者讀出活動覘標(biāo)分劃尺上位移標(biāo)點中心所對的讀數(shù)，讀數(shù)兩次取均值。再倒鏡觀測一次，取正倒鏡兩次讀數(shù)的平均值作為第一測回的成果。同法再測第二測回，兩測回不符值應(yīng)不大于4mm，否則應(yīng)予重測。如此，依次觀測工作基點A至壩長中點之間的位移標(biāo)點。再在工作基點B上安置經(jīng)緯儀，后視工作基點A，依次觀測壩長中點至工作基點B之間的位移標(biāo)點。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移（二）壩長大于500m時當(dāng)壩長超過500m，觀測位移標(biāo)點的視距超過250m，因此，需在壩體中間增設(shè)非固定工作基點。由于視準(zhǔn)線法觀測位移的視線不宜超過300m，故即使增設(shè)非固定工作基點，最大壩長不宜超過100m。對壩長超過1200m的壩，則應(yīng)采用其他方法，如前方交會法等進(jìn)行觀測。視準(zhǔn)線法監(jiān)測土壩水平位移五、觀測精度的分析為了確保用視準(zhǔn)線法觀測土壩水平位移量的可靠性，必須對觀測成果提出一定的精度要求。按SL60—94《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，用視準(zhǔn)線法校測工作基點，觀測增設(shè)的工作基點時，允許誤差應(yīng)不大于2mm，觀測位移標(biāo)點時，每測回的允許誤差應(yīng)不大于4mm（取2倍中誤差），所需測回數(shù)不得少于兩測回。為保證用視準(zhǔn)線法觀測土壩水平位移的精度，其觀測要求如下：（1）用視準(zhǔn)線法觀測土壩水平位移，測站到標(biāo)點的視線距離愈長，觀測誤差也愈大。用T3經(jīng)緯儀視線不超過400m；用其他經(jīng)緯儀觀測視線不超過300m，則一個測回的中誤差不超過2mm。（2）如視線長度達(dá)500m者，用T3經(jīng)緯儀觀測需進(jìn)行兩個測回，其他經(jīng)緯儀需進(jìn)行3個測回。（3）當(dāng)規(guī)定用視準(zhǔn)線法觀測水平位移，每一測點進(jìn)行兩個測回，則要達(dá)到觀測中誤差不超過2mm時，對T3經(jīng)緯儀，視線長度不宜超過600m；對其他經(jīng)緯儀，視線長度不宜超過400m。水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移土石壩在修建中會發(fā)生沉降，在運行過程中由于壩體固結(jié)、庫水位變化引起壩基沉陷變化．也會使壩體沉降。土石壩的土料不同,施工質(zhì)量不均，產(chǎn)生的沉降也不一樣。因此,為了系統(tǒng)而全面地掌握土石壩的沉降情況，需要對土石壩進(jìn)行沉降觀測，即垂直位穆觀測。土石壩垂直位移觀測周期與水平位移觀測周期一樣，通常兩項觀測同期進(jìn)行。一般規(guī)定,垂直位移向下者為正，向上者為負(fù)。土壩、砌石壩、混凝土壩的垂直位移都可用水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行觀測。為敘述方便、避免重復(fù)，在本節(jié)統(tǒng)一介紹。水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移一、觀測原理大家知道，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量可以測出兩點之間的高差。觀測大壩垂直位移就是在大壩兩岸不受壩體變形影響的部位設(shè)置水準(zhǔn)基點或起測基點，并在壩體表面布設(shè)適當(dāng)?shù)拇怪蔽灰茦?biāo)點，然后定期根據(jù)水準(zhǔn)基點或起測基點用水準(zhǔn)測量測定壩面垂直位移標(biāo)點的高程變化，即為該點的垂直位移值。水準(zhǔn)測量分精密水準(zhǔn)測量和普通水準(zhǔn)測量，所用的儀器設(shè)備和觀測的方法和要求都有所不同。在垂直位移觀測中，對于大型砌石壩、混凝土壩以及較重要的大型土壩，一般采用精密水準(zhǔn)測量；在缺乏精密水準(zhǔn)儀的一些大型土壩和中型水庫則可采用普通水準(zhǔn)測量。但對水準(zhǔn)基點或起測基點的校測應(yīng)提高一級精度。用水準(zhǔn)測量法觀測大壩垂直位移，一般采用三級點位———水準(zhǔn)基點、起測基點和位移標(biāo)點；兩級控制———由水準(zhǔn)基點校測起測基點、由起測基點觀測垂直位移標(biāo)點。如大壩規(guī)模較小，也可由水準(zhǔn)基點直接觀測位移標(biāo)點。水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移土石壩垂直位移觀測的測點布置要求與水平位移測點布置要求一樣。因此,垂直位移測點與水平位移測點常結(jié)合在一起，只須在水平位移標(biāo)點頂部的觀測盤上加制一個圓頂?shù)慕饘贅?biāo)點頭。如水平位移標(biāo)點的柱身露出壩面較高，可將金屬標(biāo)點頭埋于柱身側(cè)面。起測基點起臨時水準(zhǔn)點作用，一般在每個縱排位移標(biāo)點兩端岸坡上各設(shè)一點，可與水平位移的工作基點結(jié)合在一起（當(dāng)滿足穩(wěn)定性要求時）。若工作基點不能滿足起測基點穩(wěn)定性要求，可在距壩端一定距離的地方布置起測基點。水準(zhǔn)基點是大壩垂直位移觀測系統(tǒng)的基準(zhǔn)點，對整個系統(tǒng)觀測成果的可靠性影響極大。因此，應(yīng)保證水準(zhǔn)基點長期穩(wěn)定可靠，且基本不受庫水位變化的影響。一般情況下，在離壩址1～2km處的地質(zhì)狀況較好的地方布設(shè)l～2個水準(zhǔn)基點，大型水庫需布設(shè)2～3個水準(zhǔn)基點，以便相互驗證。也可利用附近的國家水準(zhǔn)點作為大壩觀測的水準(zhǔn)基點，這樣既可減少引測的工作量，又可節(jié)省埋設(shè)費用，而且安全可靠。二、測點布設(shè)

水準(zhǔn)法監(jiān)測土壩垂直位移垂直位移觀測是通過測量壩體測點的高程，由高程的變化量得出壩體的垂直位移，即

ΔZi＝Z0－Zi（1-1）式中：ΔZi為第i次測得測點的累計垂直位移；Z0、Zi為測點的始測高程和第i次測得的高程。測點的間隔垂直位移由下式計算

ΔZji＝ΔZi－ΔZi－1＝Zi－1－Zi（1-2）式中：ΔZji為第i次測得的間隔垂直位移，其余符號意義同式（1－1）。垂直位移觀測分兩步進(jìn)行：一是由水準(zhǔn)基點校測各起測基點高程；二是由起測基點測定各垂直位移標(biāo)點的高程，最后計算標(biāo)點垂直位移。三、垂直位移計算公式土石壩變形監(jiān)測的項目等相關(guān)概念土石壩變形監(jiān)測的項目等相關(guān)概念土石壩變形監(jiān)測的項目等相關(guān)概念土壩壩體和土基在荷載作用下將會發(fā)生變形。由于土體中的土粒和孔隙水變形十分微小，一般可以忽略不計，因此，可以認(rèn)為土體的變形主要是由于孔隙水和空氣被排出使孔隙變小而引起的。這個過程就叫做土體的固結(jié)。土體固結(jié)使土面下沉，產(chǎn)生垂直位移，通常稱為沉陷。由于土壩壩體填土厚度不同，壩基土面也不是個水平面，加之受水壓力等影響，土壩固結(jié)時，壩面土粒不是垂直下沉，而有水平方向的移動，通常稱之為水平位移。土壩和土基發(fā)生固結(jié)、沉陷和水平位移是必然的客觀現(xiàn)象。我們研究土壩的變形，目的在于了解土壩實際發(fā)生的變形是否符合客觀規(guī)律，是否在正常范圍之內(nèi)。如果土壩變形發(fā)生異常情況，就有可能是發(fā)生裂縫或滑坡等破壞現(xiàn)象。為此，為了保證土壩的安全和穩(wěn)定，必須在水庫的整個運用期間對土壩進(jìn)行變形觀測。