基于交汇测量法的水库大坝外部变形监测研究.pdf
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1、第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023收稿日期 2022-11-15作者简介 刘春涛(1989-),男,辽宁兴城人,工程师,研究方向为水利水电工程.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.09.026基于交汇测量法的水库大坝外部变形监测研究刘春涛(盘锦河海土木工程咨询有限公司,辽宁 盘锦 124000)摘 要水库大坝外部变形监测分为水平位移监测和垂直位移监测两部分,其中水平位移监测网坐标系统采用独
2、立坐标系统,高程由坝顶高程联测而得。在大坝坝顶及大坝下游坝坡共布设 4 条视准线,观测大坝水平位移,采用交汇测量法观测。结果表明,大坝水平位移和垂直位移的各项观测误差均小于规范规定的允许限差,观测精度达到规范要求,可作为今后大坝表面变形计算的依据。关键词大坝变形监测;水平位移监测;垂直位移监测;数据处理中图分类号 TV698.1 文献标识码 A 文章编号 1006-7175(2023)09-0126-060 引 言为了确保水利工程建设施工质量以及水利工程后续的安全运行,要充分做好水利工程中的大坝变形监测,并根据监测结果,制定适宜的维护策略1。据统计,我国已建大坝超过 10 万座,但自 1954
3、-2009 年就有 3 504 座水库溃坝,其中较为严重的是1975 年河南板桥水库溃坝,导致重大的人员伤亡和巨大的经济损失,在大坝安全管理中造成严重影响2。针对大坝安全性能问题,20 世纪 50 年代我国开始了最早的水库大坝监测,包括水平位移、垂直位移和降低浸润线等项目,较大程度上保障了水库安全,也为水利事业的进一步发展提供了技术依据。本文通过对某水库大坝的表面观测,对大坝的位移变化进行监测、计算,并对监测数据进行分析处理,得出大坝位移的年变化率。研究数据监测方式采用自动化检测技术、光纤传感技术、CT 技术、测量机器人等,这些新型技术精确、稳定、可靠3。研究成果可为类似大坝变形监测提供参考与
4、借鉴。1 项目概述1.1 工程概况本文所研究的水库为小(I)型水库,水库所在地区有农村公路贯穿,外运方便。大坝为混凝土面板堆石坝,大坝高程 866.5m,最大坝高 61m,坝顶长 245m,坝宽 8m,坝顶上游设置高 2.65m的 T 形防波堤,上游坝坡 1:1.40,下游坝坡 1:1.40,下游坝坡长 845 m,高程 825m,设置宽 2m护堤,坝底最大宽度 202.33m,上游混凝土防渗板厚 0.45m,垫层面积 3 m,垫层区后设置过渡区,水平宽度 4m,主要堆石区为过渡区。下游为次堆石区,下游坝面为混凝土预制块护坡,面板与河床及两侧基础的接口处设底板,底板厚 0.5m,宽 5m。1.
5、2 观测资料精度指标根据相关规程规范,结合本工程水库大坝实际情况,平面位移监测按国家三角测量规范(GB/T 17942-2000)中的三等三角网要求执行4,沉降监测按国家一、二等水准测量规范(GB/T 12897-2006)二等水准测量要求执行5。621刘春涛:基于交汇测量法的水库大坝外部变形监测研究第 9 期从 2020 年 11 月 15 日至2021 年11 月1 日,共计监测 12 次,观测误差及规范允许误差统计见表 1。1.3 采用的仪器与设备1.3.1 主要仪器及设备见表 2。表 1 观测误差和允许误差项目误差名称等级观测最大误差允许误差大坝水平位移监测1.三角形最大闭合差2.测角
6、中误差3.最弱点位中误差4.最弱边相对中误差1.测角中误差2.最弱点位中误差3.最弱边相对中误差二等三等-1.93.50.51.00.75mm3.0mm1/14.5 万1/12 万0.51.80.79mm5.0mm1/10.7 万1/10 万垂直位移观测1.闭合差2.最弱点高程中误差二等-0.15mm1.27mm0.17mm1.00mm表 2 仪器设备一览表仪器设备名称数量型号精度全站仪1 台徕卡 TS50测角精度为 0.5测距精度为 0.6mm+1ppm水准仪1 台徕卡 DNA03观测中误差为 0.3mm水准尺1 对3mLeica 铟钢尺尺垫1 对笔记本电脑1 台1.3.2 仪器使用规范所有
7、测绘仪器均在检验合格有效期内使用,且测量仪器需由专人保管。施工回来时,要仔细清点,避免遗失和损坏。1.4 大坝外部监测点位在一年的观测时间阶段,分别对 1#、2#、3#进行观测,然后根据观测结果进行分析。2 大坝变形监测实施针对某水库大坝的变形问题,定期开展大坝在水平面和垂直面上的实际水平位移量与沉降量监测。对大坝外部分别进行蓄水前和蓄水后两种情况的水平位移和垂直位移监测,并得出监测结果。2.1 监测方法2.1.1 水平位移监测方法根据教学设计及相关技术规程规范,对大坝外部进行变形监测,坝体水平相对位移采用的方法是交汇测量法。在水库坝顶和下游斜坡上布设两个视准线,共 4 个视准线,观测水库的水
8、平位置。在水库左右边缘设置 8 个水平位移基准点,形成二级边角网,测定观测室和检测点的位置。基准网、监测点观测分别按照水利水电工程测量规范(SL 217-2013)中的二等、三等精度要求执行。水平位移观测数据由徕卡 TS50 测量机器人自动观测,采用徕卡公司 DAM 数据处理软件,对边长进行加常数、乘常数、温度、气压、大气折光、地球曲率高程投影等改正,然后由科傻地面控制测量数据处理系统对观测数据进行平差计算,并打印成果及精度。水平位移监测网坐标系统采用独立坐标系统,高程由坝顶高程联测而得。边长改正参数如下:加常数 a=0.73mm,乘常数 b=-2.03,折光系数 k=0.1,地球曲率半径R=
9、6378245m,投影面高程为 635m。2.1.2 垂直位移监测方法坝顶垂直位移采用的方法是精密水准测量法。根据水库大坝现场实际情况,在距离大坝1.5km 的水库下游外基岩上埋设 3 个水准点,组721第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023成水准基点组(点号分别为 LE1、LE2、LE3),在大坝左右岸分别埋设工作基点 2 个(点号分别为BM1、BM2),通过水准基点组校核工作基点的稳定性,日常观测从工作基点进行引测。大坝
10、垂直位移观测点均与水平位移观测点组成综合位移观测点,垂直位移观测按照国家一、二等水准测量规范(GB/T 12897-2006)中的二等精度要求执行。垂直位移观测数据由电子水准仪自动记录的数据导入到计算机上,经整理后使用科傻地面控制测量数据处理系统进行计算,并打印精度和成果。2.2 监测点初始观测记录各初始监测点的位置数据,为后期的观察做好铺垫。2.3 监测点位下闸蓄水后观测2020 年 1 月中旬某水库下闸蓄水,2020 年11 月 15 日至 2021 年 11 月 1 日开始进行大坝外部变形监测。2020 年11 月15 日至2021 年11 月1 日,每月对大坝进行一次监测,共计对大坝外
11、部进行 12 监测,并对每期观测结果进行记录。2.3.1 水平位移监测见表 3、表 4。2.3.2 垂直位移监测见表 5、表 6。表 3 某水库水平位移第一次监测成果表点号2020 年 11 月 15 日x 坐标/my 坐标/m与初始值变化量/mm左右岸移动上下游移动备注LD01314 .973645 .9770.00.0坝顶上游侧LD02314 .588245 .1240.00.0坝顶上游侧LD03314 .373945 .4360.00.0坝顶上游侧 LD13314 .876145 .9370.00.0马道LD14314 .178445 .5760.00.0马道LD15314 .27234
12、5 .1530.00.0马道注:相对于坝轴线向左移动为“+”,反之为“-”;向下游移动为“+”,反之为“-”。(以下每次观测皆为同理)表 4 某水库水平位移第十二次监测成果表点号2020 年 10 月 30 日x 坐标/my 坐标/m与初始值变化量/mm左右岸移动上下游移动备注LD01314 .988745 .4768-1.325.7坝顶上游侧LD02314 .604445 .28710.230.0坝顶上游侧LD03314 .387745 .42110.726.3坝顶上游侧LD04314 .497045 .76745.721.8坝顶上游侧LD05314 .828045 .82101.41.1坝
13、顶上游侧LD06314 .335145 .9900-0.225.9坝顶上游侧LD07314 .914745 .4400-2.429.1坝顶上游侧LD08314 .836145 .01574.028.0坝顶下游侧LD09314 .663145 .20642.520.6坝顶下游侧LD10314 .925645 .21412.40.1坝顶下游侧LD11314 .957645 .1416-1.0-0.9马道LD12314 .062745 .69243.59.0马道LD13314 .881345 .78102.513.5马道LD14314 .177045 .05283.83.3马道LD15314 .27
14、7745 .60212.714.2马道821刘春涛:基于交汇测量法的水库大坝外部变形监测研究第 9 期表 5 某水库垂直沉降第一次监测成果表点号高程/m相对于初始值沉降量/mm备注LD018.780.00坝顶LD028.550.00坝顶LD038.820.00坝顶LD048.360.00坝顶LD058.530.00坝顶LD068.010.00坝顶LD078.370.00坝顶LD088.700.00坝顶LD098.960.00坝顶LD108.550.00坝顶注:向下沉降为“+”,反之为“-”。(以下观测皆为同理)表 6 某水库垂直沉降第十二次监测成果表点号高程/m相对于第十一次沉降量/mm备注L
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