壩體撓度監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目三混凝土壩和漿砌石壩的安全監(jiān)測(cè)任務(wù)二

混凝土壩和漿砌石壩的變形監(jiān)測(cè)（一）主講：胡昱玲

副教授學(xué)習(xí)目標(biāo)：一、掌握垂線法觀測(cè)壩體撓度的原理及觀測(cè)步驟二、掌握引張線法觀測(cè)壩體水平位移的原理及觀測(cè)步驟三、培養(yǎng)學(xué)生具有變形監(jiān)測(cè)的初步能力四、培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、弘揚(yáng)“工匠精神”學(xué)習(xí)內(nèi)容：一、壩體撓度監(jiān)測(cè)二、水平位移監(jiān)測(cè)小結(jié)

混凝土壩和漿砌石壩建成蓄水運(yùn)用后，在水壓力、泥沙壓力、浪壓力、揚(yáng)壓力以及溫度變化等作用下，壩體發(fā)生變形。壩體的變形與各種荷載作用和影響因素的變化具有相應(yīng)的規(guī)律性變化，并在允許的范圍之內(nèi)，這是正常的現(xiàn)象。而壩體的異常變形，則往往是大壩破壞事故的先兆。當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)異常征兆時(shí)，通過(guò)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)觀測(cè)和認(rèn)真仔細(xì)分析，可以早作處理防患于未然。

1993年的佛子嶺水庫(kù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該水庫(kù)大壩向下游位移量明顯增大，超過(guò)歷史最大值30%多，水庫(kù)管理單位立即進(jìn)行全面檢查和分析，判定為大壩遭遇到不利工況所致，考慮到大壩基礎(chǔ)、壩體均存在一定的缺陷，決定控制水位運(yùn)用，避免了大壩安全性態(tài)的進(jìn)一步惡化。

因此，為保證混凝土壩和砌石壩的安全運(yùn)行，必須對(duì)壩體進(jìn)行變形觀測(cè)，以隨時(shí)掌握大壩在各種荷載作用和有關(guān)因素影響下變形是否正常。案例導(dǎo)學(xué)一、壩體撓度監(jiān)測(cè)撓度：

壩體垂直斷面內(nèi)，各不同高程點(diǎn)對(duì)于底部基點(diǎn)的水平位移。正方向規(guī)定：以向下游，向左岸為正；反之為負(fù)。測(cè)定方法：正垂線法、倒垂線法。（一）正垂線法1.正垂線法原理

在壩體的觀測(cè)豎井或廊道頂部的一個(gè)固定點(diǎn)上懸掛一條帶有重錘的不銹鋼絲，以此鉛垂線為基準(zhǔn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)要求，正垂線可采用“一線多測(cè)站式”，沿垂線在不同高程及基點(diǎn)設(shè)置多處監(jiān)測(cè)墩，利用固定在監(jiān)測(cè)墩上的坐標(biāo)儀測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此垂線的位移值，得出壩體不同高程測(cè)點(diǎn)相對(duì)壩基的水平位移（如右圖所示）。（一）正垂線法2.正垂線構(gòu)造包括專(zhuān)用豎井、懸掛裝置、夾線裝置、監(jiān)測(cè)平臺(tái)、垂線、重錘、油桶和垂線坐標(biāo)監(jiān)測(cè)儀器等。垂線宜采用強(qiáng)度較高的不銹鋼絲或不銹銦瓦絲，其直徑應(yīng)保證極限拉力大于重錘重量的2倍。宜選用φ1.0～1.2mm的鋼絲，垂線直徑不宜大于1.6mm。1—懸掛裝置；2—夾線裝置；3—測(cè)點(diǎn)；4—壩底測(cè)點(diǎn)；5—監(jiān)測(cè)平臺(tái)；6—垂錘；7—油桶（一）正垂線法2.正垂線構(gòu)造垂線下端掛上20～40kg的重錘，用卷?yè)P(yáng)機(jī)懸掛在壩頂某一固定點(diǎn)，通過(guò)豎井直接垂到壩底的基點(diǎn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)要求，沿垂線在不同高程及基點(diǎn)設(shè)置多處監(jiān)測(cè)墩，利用固定在監(jiān)測(cè)墩上的坐標(biāo)儀測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此垂線的位移值。

活動(dòng)線夾是用在正垂線多點(diǎn)夾線法中，把垂線固定在被監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上的專(zhuān)用裝置。壩頂垂線固定塊保護(hù)井垂線鋼絲保護(hù)箱油槽油重錘（二）倒垂線法1.倒垂線法原理

將一根不銹鋼絲的下端埋設(shè)在大壩地基深層基巖內(nèi)，上端連接浮體，使浮體漂浮在液體上，利用液體對(duì)浮體的浮力拉緊鋼絲，以此鉛垂線為基準(zhǔn)，測(cè)出壩體各測(cè)點(diǎn)到鋼絲距離的變化量，即為壩體的水平位移（如右圖所示）。倒垂線宜采用“一線一測(cè)站式”，不宜穿越廊道。（二）倒垂線法2.倒垂線構(gòu)造倒垂線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由浮體組、垂線、監(jiān)測(cè)平臺(tái)、錨固點(diǎn)、垂線監(jiān)測(cè)儀等組成。垂線宜采用強(qiáng)度較高的不銹鋼絲或不銹銦瓦絲，其直徑的選擇應(yīng)保證極限拉力大于浮子浮力的3倍。宜選用φ1.0～1.2mm的鋼絲，不宜大于φ1.6mm。（二）倒垂線法2.倒垂線構(gòu)造垂線下端固定在基巖深處的孔底錨塊上，上端與浮筒（如右圖所示）相連，在浮力作用下，鋼絲鉛直方向被拉緊并保持不動(dòng)。在各測(cè)點(diǎn)設(shè)監(jiān)測(cè)墩，安置儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即得各測(cè)點(diǎn)對(duì)于基巖深處的絕對(duì)撓度值。因倒垂線的一端要錨固在基巖下穩(wěn)固不產(chǎn)生位移的位置，所以倒垂線具有相當(dāng)高精度，非常穩(wěn)定可靠。有的水庫(kù)把倒垂線作為整個(gè)大壩觀測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)線。（三）監(jiān)測(cè)方法一般采用垂線坐標(biāo)儀來(lái)測(cè)定垂線相當(dāng)于監(jiān)測(cè)墩在X、Y方向坐標(biāo)值的變化。

垂線坐標(biāo)儀可分為機(jī)械垂線坐標(biāo)儀、光學(xué)垂線坐標(biāo)儀和電測(cè)垂線坐標(biāo)儀。機(jī)械式和光學(xué)式坐標(biāo)儀雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但需要人工觀測(cè)，工作量大且精度較低。電測(cè)式坐標(biāo)儀可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化觀測(cè)，觀測(cè)精度較高?，F(xiàn)代水電工程上使用的電測(cè)坐標(biāo)儀包括步進(jìn)電機(jī)光電跟蹤式垂線坐標(biāo)儀、電容感應(yīng)式垂線坐標(biāo)儀、電磁差動(dòng)式遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀、差動(dòng)電感式垂線坐標(biāo)儀、CCD光電遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀等。（四）監(jiān)測(cè)精度進(jìn)行撓度觀測(cè)時(shí)，一般應(yīng)觀測(cè)兩測(cè)回。自上而下（或自下而上）逐點(diǎn)觀測(cè)為第一測(cè)回，而自下而上（或自上而下）逐點(diǎn)觀測(cè)為第二測(cè)回。每測(cè)回應(yīng)照準(zhǔn)兩次分別進(jìn)行讀數(shù)，一測(cè)回中的兩次讀數(shù)差應(yīng)不大于O.lOmm，取平均值作為該測(cè)回的觀測(cè)值。當(dāng)兩測(cè)回不大于O.15mm時(shí)，可取其平均值作為本次觀測(cè)成果。

注意事項(xiàng)：（1）檢查垂線是否處于自由狀態(tài)；倒垂線還應(yīng)檢查調(diào)整浮體組的浮力，使之滿(mǎn)足要求。（2）用光學(xué)機(jī)械式儀器觀測(cè)前后，必須檢測(cè)儀器零位，并計(jì)算它與首次零位之差，取前后兩次零位差之平均值作為本次觀測(cè)值的改正數(shù)。

二、水平位移監(jiān)測(cè)水平位移監(jiān)測(cè)的基本原理：設(shè)置一條基準(zhǔn)線或若干基準(zhǔn)線，采用光學(xué)、機(jī)械學(xué)或電子學(xué)等原理的監(jiān)測(cè)儀器，測(cè)量出不同時(shí)間各監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線或基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，從而獲得各測(cè)點(diǎn)水平方向的位移。對(duì)于混凝土和漿砌石壩，可以采用基準(zhǔn)線方法監(jiān)測(cè)的有垂線法、視準(zhǔn)線法、引張線法和激光準(zhǔn)直法等；可以采用基準(zhǔn)點(diǎn)方法監(jiān)測(cè)的有邊角網(wǎng)法（前方交會(huì)法）、GPS法、導(dǎo)線法等。二、水平位移監(jiān)測(cè)（一）引張線法監(jiān)測(cè)原理引張線法就是在壩的兩端掛重錘，或一端固定另一端掛重錘，使鋼絲拉緊并作為基準(zhǔn)線，然后測(cè)量壩體上各測(cè)點(diǎn)在垂直該線段方向上的水平位移值。引張線即相當(dāng)于視準(zhǔn)線法中的視準(zhǔn)線。特點(diǎn)：儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、易于布設(shè)且不受環(huán)境影響，監(jiān)測(cè)精度高。（二）引張線布置

引張線一般布設(shè)在壩頂及不同高程的廊道內(nèi)；兩端點(diǎn)應(yīng)盡可能延伸至兩岸不受大壩變形影響的地基深處；如端點(diǎn)設(shè)在壩體上或靠近壩體，則應(yīng)建立倒垂線或采用其他適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法觀測(cè)端點(diǎn)位移；位移標(biāo)點(diǎn)一般在每一壩段內(nèi)埋設(shè)一點(diǎn)。對(duì)于不分段的砌石壩一般可每隔50m埋設(shè)一點(diǎn)；當(dāng)壩體很長(zhǎng)或把內(nèi)廊道不能通視時(shí)，可分段布引張線，各分段之間應(yīng)設(shè)置倒垂線進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以提高觀測(cè)精度。（三）引張線觀測(cè)設(shè)備

引張線觀測(cè)設(shè)備由測(cè)線、保護(hù)管、端點(diǎn)裝置和測(cè)點(diǎn)裝置等組成。（四）監(jiān)測(cè)方法

1.讀數(shù)顯微鏡法觀測(cè)時(shí)，先讀取毫米數(shù)，再將顯微鏡置于標(biāo)尺上方，光軸垂直于尺面。移動(dòng)顯微鏡，使測(cè)微分劃線的刻劃線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺相應(yīng)的毫米分劃線的左邊緣，讀取該毫米分劃線左邊緣至鋼絲左邊緣的間距a。再移動(dòng)顯微鏡，使測(cè)微分劃線的刻劃線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺相應(yīng)的毫米分劃線的右邊緣，讀取該分劃線至鋼絲右邊緣的間距b。兩間距的平均值即為標(biāo)尺某刻劃中心與鋼絲中心的距離，將它加到相應(yīng)的標(biāo)尺整分劃值上即量得鋼絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)。該法可估讀至O.Olmm。2.兩用儀法采用兩用儀觀測(cè)引張線時(shí)，測(cè)點(diǎn)上不需另安標(biāo)尺，而緊靠測(cè)點(diǎn)保護(hù)箱，鋼絲的垂直下方埋設(shè)一個(gè)強(qiáng)制對(duì)中器，作為兩用儀的底盤(pán)。觀測(cè)時(shí)將兩用儀安置在強(qiáng)制對(duì)中器上，通過(guò)目鏡及讀數(shù)放大鏡進(jìn)行讀數(shù)。（五）監(jiān)測(cè)精度整條引張線從靠端點(diǎn)的第一個(gè)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始測(cè)至另一端點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)為止為一個(gè)測(cè)回，每次觀測(cè)應(yīng)進(jìn)行兩個(gè)測(cè)回。當(dāng)使用讀數(shù)顯微鏡時(shí)，兩個(gè)測(cè)回觀測(cè)值之較差應(yīng)不大于0.15mm（當(dāng)采用兩用儀或放大鏡觀測(cè)時(shí)，不應(yīng)超過(guò)0.3mm），如符合要求，則取兩個(gè)測(cè)回的平均值作為本次觀測(cè)成果。測(cè)回間，應(yīng)將鋼絲撥離平衡位置，待其恢復(fù)平衡時(shí)，再進(jìn)行下一測(cè)回的觀測(cè)。

（六）端點(diǎn)變位測(cè)定

引張線的端點(diǎn)按要求應(yīng)埋設(shè)在大壩兩岸不受壩體變形影響的堅(jiān)實(shí)基巖上。但有些水庫(kù)限于條件，往往不易找到理想的位置，端點(diǎn)緊靠壩體，甚至就設(shè)在壩體上。在廊道中設(shè)引張線，端點(diǎn)必然在壩體上而發(fā)生位移。為此，除非端點(diǎn)十分可靠，否則一般都需對(duì)端點(diǎn)位置進(jìn)行定期校測(cè)，以判斷端點(diǎn)變位，保證引張線觀測(cè)的精度。

對(duì)設(shè)于壩頂?shù)囊龔埦€，其端點(diǎn)變位可用視準(zhǔn)線法或精密丈量等方法觀測(cè)。設(shè)在廊道內(nèi)的引張線，其端點(diǎn)變位一般用倒垂線觀測(cè)。1.對(duì)于混凝土壩及漿砌石壩水平位移的觀測(cè)應(yīng)優(yōu)先采用（）。A、視準(zhǔn)線法B、正垂線法C、引張線法D、倒垂線法

2.混凝土壩及漿砌石壩的撓度觀測(cè)常用的方法是()。A、水準(zhǔn)法

B、垂線法C、引張線法