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摘要：大坝表面变形监测是大坝工程安全监测工作中的一个重要组成部分，以滩坑水电站为实例介绍了大坝变形监测的周期确定、点位布设等技术设计，并分析了选用仪器及设计路线的精度，通过成果资料的整理和分析，掌握了大坝的沉降动态，并对监测结果进行了分析，提出了合理的建议。
关键词：面板堆石坝 ，变形测量，安全监测
Abstract: the dam surface deformation monitoring is the construction of the dam safety monitoring of the work is an important part to beach pit hydropower plant as example this paper introduces the cycle of the deformation monitoring is sure, point clearly technology design, and analyzes the design of the route chosen instrument and precision, through the results of data collection and analysis, the master of the dam dynamic settlement, and the monitoring results are analyzed, and some suggestion were put forward.
Keywords: face rockfill dam, deformation measurement, safety monitoring
中图分类号：TV74文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
滩坑水电站工程位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪上，距青田县城西门约32Km。工程属于一等工程，由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、引水系统、发电厂房和地面开关站等建筑物组成。水库正常蓄水位高程160m，总库容40亿m³，电站装机60万kw。
该电站的挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝顶高程171m，最大壩高162m，坝顶长507m。大坝上游坝坡1：1.406，下游坝坡1：1.25。大坝填筑总量为948万m³包括上游粉土及石渣填筑）。面板厚0.3～0.9m。
为监测面板堆石坝施工过程中及蓄水运行时的变形、渗流和相应的应力应变等状况，在坝体、面板以及两岸坝肩布置了相应的安全监测设施，根据现场安全监测实施情况，现将安全监测布置介绍如下。
二、变形监测方案设计
2.1外部变形监测
外部变形监测主要从两方面展开工作，一是进行大坝水平位移监测，另一是进行大坝沉降监测。水平位移监测采用坐标法，在设置有强制对中装置的观测墩上架设徕卡TCA2003全站仪，照准各监测点，测定各监测点的变形情况。沉降监测是采用水准观测和三角高程相结合方式，坝顶沉降使用DN03数字水准仪进行测量，坝前及坝后不便于使用水准测量的监测点则用三角高程方式测定监测点的高程变化，来确定大坝的沉降情况。
在监测过程中，一旦发现监测点水平位移量变化较大、监测点沉降量较大或沉降量明显不均匀时，应及时报告，根据需要采取必要的防范措施。在沉降监测中，为了保证监测精度，正确反映大坝的沉降情况，按照二等精密水准测量的技术要求施测。
2.2内部观测
在大坝面板受力较大或应力集中处布置了4个断面（1-1、2-2、3-3、4-4）进行应力应变及温度观测，在其断面不同高程共布置了钢筋计42支、钢筋计附近布设相应的三向应变计组5套、二向应变计组19套。在（2-2）断面布置了9支温度计观测库水温度；在其挤压受力大的高程（162.2、166.86）布置了10支混凝土压应力计、10支测缝计。
大坝面板布置了3个断面（1-1、2-2、3-3）采用固定式测斜仪进行面板挠度观测。1-1断面布置13支，2-2断面布置18支，3-3断面布置11支仪器，共计42支仪器。
在大坝面板高程（15.13、60.57、122.83、159.11）布置了4条接缝观测线，采用单向测缝计进行面板接缝观测，共48支仪器。在面板与趾板的周边缝处布置了12组三向测缝计进行观测。
在大坝内部布置了3个断面（坝0+310、坝0+417、坝0+515）。在其不同高程布置了水管式沉降仪、水平位移计各9套，共60个测点、电位器式沉降仪5套、土压力计13支、渗压计7支进行监测。
2.3变形监测使用仪器的选择
为保证测量成果准确、可靠，满足规范规定的精度要求，水平位移采用TCA2003全站仪，为了针对大坝变形监测的应用，使发了徕卡外业机载多测回软件和大地控制、变形监测网及变形监测自动控制后处理科傻软件。在作业前，对仪器的相关项目进行了检验与校正，使监测仪器的各项指标符合国家及规范要求。
2.4外部变形监测方法
2.4 .1监测方案
坝前和坝后沉降采用三角高程测量，工作基点、监测点均采用固定的观测墩并安装强制对中装置，测量示意图如图1。
坝顶则采用水准测量，从靠近大坝的水准点开始，按双观测列方式依次对坝顶各监测点进行观测。
2.4.2 沉降位移控制起算点
工作基点都处于稳固的地面上，建立时间长，相对大坝上变形点变量极小，可认为是稳定不变的。利用TK10、TK11测量坝前及防浪墙顶监测点沉降，利用TK06、TK09测量坝后各监测点沉降。坝顶沉降观测则使用大坝附近的水准点进行测量和控制。
2.4.3垂直角观测
垂直角观测使用徕卡TCA2003全站仪观测：严格按照《精密工程测量规范》和《滩坑水电站枢纽建筑物变形监测控制网技术要求》执行。
2.4.4 垂直角观测注意事项
(1)两次照准目标读数差限差为3″；一测回各方向指标差互差限差为12″；同一方向各测回各测得的垂直角，互差不得大于5″；两次量取仪器高或目标高互差限差为0.4mm。
(2)观测过程中，当发现指标差绝对值大于30″时，应进行校正。
(3)垂直角互差或指标差互差超限的成果，均须重测。
2.4.5仪器高和棱镜高的测定
仪器高是指仪器水平轴到测站点中心标石面上标志的高度；棱镜高是指垂直角观测时，照准部位到照准点中心标石面上标志的高度。仪器高和棱镜高可以直接用钢尺量至毫米，量测2次，分别转动仪器在180°的面上量测，取中数记入手簿中。
2.4.6气温、气压的读取
仪器在测量过程中读取测站、监测点气温、气压。
2.5内部仪器观测方法
2.5.1面板挠度采用电解液式测斜仪及配套仪表进行观测。电解液式测斜仪采用870电解液读数仪测读，每测次应平行测读两次（重新联结传感器引出电缆进行测读），两次读数差不大于0.002V。
2.5.2坝体内部水平位移观测采用引张线式水平位移计(钢丝水平位移计)进行观测。
2.5.3坝体内部垂直位移观测采用水管式沉降仪进行观测。
三、监测数据处理及成果分析
3.1数据处理
外业数据观测结束后，对观测数据进行认真地检查校核，剔除粗差后参与计算。大坝的水平位移量，是将各监测点的观测量与上一次观测值比较得出相对位移量，将各监测点的观测量与初始值比较得出绝对位移量；大坝的垂直位移量，是将各监测点上利用附合水准路线经平差计算求得的高程值与上一次观测值比较得出相对位移量，将各监测点求得的高程值与初始值比较求出绝对位移量。
3.2成果分析
为分析和研究闸坝的外部变形，绘制了监测期水库水位过程线和各监测点的位移过程线：以各视准线上的监测点组成的横剖面代表闸坝横向位移曲线和以各闸墩为单元，其上监测点组成的纵剖面代表闸坝纵向位移曲线。
通过监测数据分析各个监测点的位移过程线(剔除个别监测期个别监测点的异常值)认为， 大坝上各监测点的变形情形是：大坝下游表面位移情况表明，自2011年2季度开始坝体90m高程（约1/2坝高）以下的水平垂直位移已逐渐趋于收敛。坝体下游表面纵向分布表明，河床部位测点大于左右两岸坡部位，右岸部位测点略大于左岸。自2010年7月开始坝体内部水平、垂直位移的速率出现减缓的迹象，处于收敛并趋于稳定，但位移仍在发展中，应继续加强监测。
四、结语
建筑物的下沉，除绝对下沉外，变形的速率也十分重要。对一般建筑物而言，只要变形缓慢且均匀，大多数都可以承受较大的变形而不致破坏。通过对滩坑水电站大坝变形监测及对监测数据的分析可以看出，大坝的监测设施布置较合理，所获得的监测数据真实、可靠，大坝的位移量在规定的限度内，并由此掌握了大坝的变形动态，提前预测大坝变形的轨迹，为电站的安全生产提供可靠的保障。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：面板堆石坝 ，变形测量，安全监测
Abstract: the dam surface deformation monitoring is the construction of the dam safety monitoring of the work is an important part to beach pit hydropower plant as example this paper introduces the cycle of the deformation monitoring is sure, point clearly technology design, and analyzes the design of the route chosen instrument and precision, through the results of data collection and analysis, the master of the dam dynamic settlement, and the monitoring results are analyzed, and some suggestion were put forward.
Keywords: face rockfill dam, deformation measurement, safety monitoring
中图分类号：TV74文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
滩坑水电站工程位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪上，距青田县城西门约32Km。工程属于一等工程，由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、引水系统、发电厂房和地面开关站等建筑物组成。水库正常蓄水位高程160m，总库容40亿m³，电站装机60万kw。
该电站的挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝顶高程171m，最大壩高162m，坝顶长507m。大坝上游坝坡1：1.406，下游坝坡1：1.25。大坝填筑总量为948万m³包括上游粉土及石渣填筑）。面板厚0.3～0.9m。
为监测面板堆石坝施工过程中及蓄水运行时的变形、渗流和相应的应力应变等状况，在坝体、面板以及两岸坝肩布置了相应的安全监测设施，根据现场安全监测实施情况，现将安全监测布置介绍如下。
二、变形监测方案设计
2.1外部变形监测
外部变形监测主要从两方面展开工作，一是进行大坝水平位移监测，另一是进行大坝沉降监测。水平位移监测采用坐标法，在设置有强制对中装置的观测墩上架设徕卡TCA2003全站仪，照准各监测点，测定各监测点的变形情况。沉降监测是采用水准观测和三角高程相结合方式，坝顶沉降使用DN03数字水准仪进行测量，坝前及坝后不便于使用水准测量的监测点则用三角高程方式测定监测点的高程变化，来确定大坝的沉降情况。
在监测过程中，一旦发现监测点水平位移量变化较大、监测点沉降量较大或沉降量明显不均匀时，应及时报告，根据需要采取必要的防范措施。在沉降监测中，为了保证监测精度，正确反映大坝的沉降情况，按照二等精密水准测量的技术要求施测。
2.2内部观测
在大坝面板受力较大或应力集中处布置了4个断面（1-1、2-2、3-3、4-4）进行应力应变及温度观测，在其断面不同高程共布置了钢筋计42支、钢筋计附近布设相应的三向应变计组5套、二向应变计组19套。在（2-2）断面布置了9支温度计观测库水温度；在其挤压受力大的高程（162.2、166.86）布置了10支混凝土压应力计、10支测缝计。
大坝面板布置了3个断面（1-1、2-2、3-3）采用固定式测斜仪进行面板挠度观测。1-1断面布置13支，2-2断面布置18支，3-3断面布置11支仪器，共计42支仪器。
在大坝面板高程（15.13、60.57、122.83、159.11）布置了4条接缝观测线，采用单向测缝计进行面板接缝观测，共48支仪器。在面板与趾板的周边缝处布置了12组三向测缝计进行观测。
在大坝内部布置了3个断面（坝0+310、坝0+417、坝0+515）。在其不同高程布置了水管式沉降仪、水平位移计各9套，共60个测点、电位器式沉降仪5套、土压力计13支、渗压计7支进行监测。
2.3变形监测使用仪器的选择
为保证测量成果准确、可靠，满足规范规定的精度要求，水平位移采用TCA2003全站仪，为了针对大坝变形监测的应用，使发了徕卡外业机载多测回软件和大地控制、变形监测网及变形监测自动控制后处理科傻软件。在作业前，对仪器的相关项目进行了检验与校正，使监测仪器的各项指标符合国家及规范要求。
2.4外部变形监测方法
2.4 .1监测方案
坝前和坝后沉降采用三角高程测量，工作基点、监测点均采用固定的观测墩并安装强制对中装置，测量示意图如图1。
坝顶则采用水准测量，从靠近大坝的水准点开始，按双观测列方式依次对坝顶各监测点进行观测。
2.4.2 沉降位移控制起算点
工作基点都处于稳固的地面上，建立时间长，相对大坝上变形点变量极小，可认为是稳定不变的。利用TK10、TK11测量坝前及防浪墙顶监测点沉降，利用TK06、TK09测量坝后各监测点沉降。坝顶沉降观测则使用大坝附近的水准点进行测量和控制。
2.4.3垂直角观测
垂直角观测使用徕卡TCA2003全站仪观测：严格按照《精密工程测量规范》和《滩坑水电站枢纽建筑物变形监测控制网技术要求》执行。
2.4.4 垂直角观测注意事项
(1)两次照准目标读数差限差为3″；一测回各方向指标差互差限差为12″；同一方向各测回各测得的垂直角，互差不得大于5″；两次量取仪器高或目标高互差限差为0.4mm。
(2)观测过程中，当发现指标差绝对值大于30″时，应进行校正。
(3)垂直角互差或指标差互差超限的成果，均须重测。
2.4.5仪器高和棱镜高的测定
仪器高是指仪器水平轴到测站点中心标石面上标志的高度；棱镜高是指垂直角观测时，照准部位到照准点中心标石面上标志的高度。仪器高和棱镜高可以直接用钢尺量至毫米，量测2次，分别转动仪器在180°的面上量测，取中数记入手簿中。
2.4.6气温、气压的读取
仪器在测量过程中读取测站、监测点气温、气压。
2.5内部仪器观测方法
2.5.1面板挠度采用电解液式测斜仪及配套仪表进行观测。电解液式测斜仪采用870电解液读数仪测读，每测次应平行测读两次（重新联结传感器引出电缆进行测读），两次读数差不大于0.002V。
2.5.2坝体内部水平位移观测采用引张线式水平位移计(钢丝水平位移计)进行观测。
2.5.3坝体内部垂直位移观测采用水管式沉降仪进行观测。
三、监测数据处理及成果分析
3.1数据处理
外业数据观测结束后，对观测数据进行认真地检查校核，剔除粗差后参与计算。大坝的水平位移量，是将各监测点的观测量与上一次观测值比较得出相对位移量，将各监测点的观测量与初始值比较得出绝对位移量；大坝的垂直位移量，是将各监测点上利用附合水准路线经平差计算求得的高程值与上一次观测值比较得出相对位移量，将各监测点求得的高程值与初始值比较求出绝对位移量。
3.2成果分析
为分析和研究闸坝的外部变形，绘制了监测期水库水位过程线和各监测点的位移过程线：以各视准线上的监测点组成的横剖面代表闸坝横向位移曲线和以各闸墩为单元，其上监测点组成的纵剖面代表闸坝纵向位移曲线。
通过监测数据分析各个监测点的位移过程线(剔除个别监测期个别监测点的异常值)认为， 大坝上各监测点的变形情形是：大坝下游表面位移情况表明，自2011年2季度开始坝体90m高程（约1/2坝高）以下的水平垂直位移已逐渐趋于收敛。坝体下游表面纵向分布表明，河床部位测点大于左右两岸坡部位，右岸部位测点略大于左岸。自2010年7月开始坝体内部水平、垂直位移的速率出现减缓的迹象，处于收敛并趋于稳定，但位移仍在发展中，应继续加强监测。
四、结语
建筑物的下沉，除绝对下沉外，变形的速率也十分重要。对一般建筑物而言，只要变形缓慢且均匀，大多数都可以承受较大的变形而不致破坏。通过对滩坑水电站大坝变形监测及对监测数据的分析可以看出，大坝的监测设施布置较合理，所获得的监测数据真实、可靠，大坝的位移量在规定的限度内，并由此掌握了大坝的变形动态，提前预测大坝变形的轨迹，为电站的安全生产提供可靠的保障。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。