土石壩安全監(jiān)測與維修養(yǎng)護(hù)-土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測

土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄1變形監(jiān)測的項目內(nèi)容與目的變形監(jiān)測的規(guī)范規(guī)定01變形監(jiān)測的項目內(nèi)容與目的變形監(jiān)測的規(guī)范規(guī)定1.1變形監(jiān)測的項目內(nèi)容與目的變形監(jiān)測主要有表面變形、內(nèi)部變形、傾斜、裂縫和接縫，以及岸坡位移等。表面變形觀測包括豎向位移和水平位移，水平位移中包括垂直壩軸線的橫向水平位移和平行壩軸線的縱向水平位移。變形監(jiān)測是通過人工或儀器手段觀測大壩整體或局部的變形量，用以掌握大壩在自重、水壓力、揚壓力及溫度等環(huán)境量的作用下的變形規(guī)律，了解大壩在施工和運用期間是否穩(wěn)定和安全，研究有無裂縫、滑坡、滑動和傾覆等趨勢。1.2變形監(jiān)測的規(guī)范規(guī)定(1)變形監(jiān)測用的平面坐標(biāo)及水平高程，應(yīng)與沒計、施工和運行等階段的控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)相一致。(2)表面豎向位移及水平位移觀測，一般應(yīng)共享一個測點。深層豎向及水平位移觀測應(yīng)盡量與表面位移結(jié)合布置，并應(yīng)配合進(jìn)行觀測。(3)建筑物上各類測點應(yīng)和建筑物牢固結(jié)合，能代表建筑物變形，測點應(yīng)有可靠的保護(hù)裝置。(4)觀測基點應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，應(yīng)埋設(shè)在新鮮或微風(fēng)化基巖上，保證基點穩(wěn)固可靠，基點應(yīng)有可靠的保護(hù)裝置。(5)變形觀測的正負(fù)號應(yīng)遵守以下規(guī)定：

水平位移：向下游為正，向左岸為正，反之為負(fù)。

豎向位移：向下為正，向上為負(fù)。

裂縫和接縫三向位移：對開合，張開為正，閉合為負(fù)；對滑移，向坡下為正，向左岸為正，反之為負(fù)。

傾斜：向下游轉(zhuǎn)動為正，向左岸轉(zhuǎn)動為正，反之為負(fù)。(6)觀測測次應(yīng)滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL60-94）(7)變形監(jiān)測的精度要求見下表項目位移量中誤差限值水平位移土石壩、面板堆石壩壩體

表面±2.0mm

內(nèi)部±1.0mm

土石壩、面板堆石壩壩基±1.0mm垂直位移土石壩、面板堆石壩壩體

表面±3.0mm

內(nèi)部±1.0mm傾斜土石壩、面板堆石壩壩體

表面±5.0"

內(nèi)部±3.0"

高邊坡±5.0"接縫與裂縫土石壩、面板堆石壩壩體±0.2mm(7)變形監(jiān)測的精度要求見下表水利水電工程的安全監(jiān)測中的外部變形觀測一般指利用測量儀器與專用儀器，采用大地測量方法對工程建筑物的表面的變形現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測的一項工作。土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄324壩體表面水平位移監(jiān)測方法大壩表面變形監(jiān)測的設(shè)計布置和監(jiān)測設(shè)施標(biāo)點類型、構(gòu)成與安裝壩體表面垂直位移監(jiān)測方法02大壩表面變形監(jiān)測的設(shè)計布置和監(jiān)測設(shè)施標(biāo)點類型、構(gòu)成與安裝2.大壩表面變形監(jiān)測的設(shè)計布置和監(jiān)測設(shè)施標(biāo)點類型、構(gòu)成與安裝外部變形觀測和內(nèi)部變形觀測均屬于安全監(jiān)測項目。安全監(jiān)測的設(shè)計一般均由設(shè)計單位根據(jù)地質(zhì)情況、水工建筑物的結(jié)構(gòu)狀況、水工建筑物的運行狀況綜合考慮進(jìn)行設(shè)計布置。在此僅對外部變形觀測在主要水工建筑物區(qū)域的布設(shè)作一介紹。2.1土石大壩變形觀測的布置土石壩的壩型一般是直線壩或折線壩，土石壩的位移變化主要是水平位移和垂直位移變化。土石壩的外部變形監(jiān)測一般按平行于壩軸線和垂直于壩軸線兩個方向來布設(shè)監(jiān)測斷面。平行于壩軸線方向的斷面一般在壩頂上下游側(cè)、上游和下游坡的馬道上來布設(shè),這些監(jiān)測點大部分在同一高程上；垂直于壩軸線方向的斷面是將不同高程的平行于壩軸在線的監(jiān)測點設(shè)置在同一壩軸線樁號上，形成一個剖面（見右圖）。??土石壩外部變形監(jiān)測的監(jiān)測點一般均為砼標(biāo)墩，標(biāo)墩中心安裝有強(qiáng)制對中標(biāo)盤，標(biāo)墩上安有專門用于水平測量的水平標(biāo)點（見下圖）。水利樞紐工程土石大壩外部變形觀測測點布置圖03壩體表面水平位移監(jiān)測方法3.壩體表面水平位移監(jiān)測方法??

在水平位移監(jiān)測中對一些無法設(shè)置一條基準(zhǔn)線的項目，一般單獨設(shè)立水平位移監(jiān)測點，監(jiān)測點一般分區(qū)域布設(shè)。??

獨立布設(shè)的水平位移監(jiān)測點一般為安裝有強(qiáng)制對中標(biāo)盤的砼標(biāo)墩，通過專用連接螺絲與儀器或棱鏡基座相連接。??

獨立水平位移監(jiān)測點監(jiān)測常用的監(jiān)測方法有極坐標(biāo)法、精密導(dǎo)線法、多站邊角交會法等、使用的儀器近期均采用具有測角和測距功能的全站儀。04壩體表面垂直位移監(jiān)測方法??

監(jiān)測規(guī)范規(guī)定垂直位移監(jiān)測的正負(fù)號規(guī)定為：下沉為正，上抬為負(fù)。??

垂直位移監(jiān)測設(shè)施包括：水平基點、工作基點、監(jiān)測點（均為按水平測量要求埋設(shè)的水平點）。監(jiān)測方法有水平測量、三角高程測量、靜力水平測量等。4.壩體表面垂直位移監(jiān)測方法土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄6內(nèi)部豎向變形與水平位移監(jiān)測方法介紹及儀器結(jié)構(gòu)與安裝06內(nèi)部豎向變形與水平位移監(jiān)測方法

介紹及儀器結(jié)構(gòu)與安裝6.2水平位移監(jiān)測方法1．測斜儀測斜儀廣泛適用于測量土石壩、混凝土壩、面板壩、邊坡、土基、巖體滑坡等結(jié)構(gòu)物的水平位移，該儀器配合測斜管可反復(fù)使用。(1)測斜儀結(jié)構(gòu)。測斜儀由傾斜傳感器、測桿、導(dǎo)向定位輪、信號傳輸電纜和讀數(shù)儀器等組成。(2)測斜儀工作原理。在需要觀測的結(jié)構(gòu)物體上埋設(shè)測斜管，測斜管內(nèi)徑上有兩組互成90°的導(dǎo)向槽，將測斜儀順導(dǎo)槽放人測斜管內(nèi)，逐段一個基長(500mm)進(jìn)行測量。測量得出的數(shù)據(jù)即可描述出測斜管隨結(jié)構(gòu)物變形的曲線，以此可計算出測斜管每500mm基長的軸線與鉛垂線所成傾角的水平位移，經(jīng)算術(shù)和即可累加出測斜管全長范圍內(nèi)的水平位移，見下圖。測斜儀以鉛垂線為軸，傾向高端導(dǎo)向輪一側(cè)讀數(shù)增大，傾向另一側(cè)讀數(shù)減?。ê枺y斜儀工作原理6.2.1技能操作埋設(shè)與安裝。測斜儀為一種可重復(fù)使用的測量儀器，測斜儀的測量方法是測量測斜管軸線的傾斜度。所以測量前必須先埋設(shè)測斜管，方可實現(xiàn)測量。1)測斜管的安裝。先將測斜管裝上管底蓋，用螺絲或膠固定。將測斜管按順序逐根放人鉆孔中，測斜管與測斜管之間有接管連接，測斜管與接管之間必須用螺絲固定。測斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向，導(dǎo)槽方向必須與設(shè)計要求定準(zhǔn)的方向一致。將組裝好的測斜管按次序逐節(jié)放人鉆孔中，直至孔口。當(dāng)確認(rèn)測斜管安裝完好后既可進(jìn)行回填，回填一般用膨潤土球或原土沙?；靥顣r每填至3—5m時要進(jìn)行一次注水，注水是為了使膨潤土球或原土沙遇水后，與孔壁結(jié)合的牢固，以此方法直至孔口。露在地表上的測斜管應(yīng)注意做好保護(hù)，蓋上管蓋，嚴(yán)禁防止物體落人。測斜管地表管口段應(yīng)澆注土混凝土，做成混凝土墩臺以保護(hù)管口和管口轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定性。墩臺上應(yīng)設(shè)置位移和沉降觀測標(biāo)點。安裝完成后的測斜管應(yīng)先用模擬測斜儀試放，試放時測斜管互成90°的兩個導(dǎo)向槽都應(yīng)從下到上試放到，保證模擬測斜儀順測斜管能從上到下、并從下到上都很平穩(wěn)順暢通過，以此測斜管安裝為完好。2)測斜儀組裝。首先檢查測斜儀的導(dǎo)輪是否轉(zhuǎn)動靈活、扭簧是否有力、密封圈有否損傷。將測桿與電纜連接頭連接在一起，為防止測斜儀進(jìn)水影響測值的穩(wěn)定，連接一定要牢固可靠，最好用扳手將電纜連接頭與測桿擰緊。將電纜從電纜繞盤上放下測孔深度的長度來，再將讀數(shù)儀的測量線擰在電纜繞盤的插座上。打開讀數(shù)儀，將測斜儀在測量平面上轉(zhuǎn)動，檢查輸出讀數(shù)是否正常（以測斜儀豎直為基準(zhǔn)偏向?qū)蜉喐叨艘贿呑x數(shù)增大，偏向另一邊讀數(shù)減小，并做好測量前的準(zhǔn)備。3)測量。將測斜儀置入測斜管內(nèi)，并使導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽內(nèi)。方向應(yīng)為導(dǎo)向輪的正向與被測位移坐標(biāo)(+X)一致時測值為正，相反為負(fù)。之后根據(jù)電纜上標(biāo)明的記號，每500mm單位長度測讀一次測斜管軸線相對鉛垂線的傾角。測斜儀測量時可先將測斜儀放人管底，自下而上測量。亦可從管口開始由上至下的測量。參考方法：當(dāng)測斜管下部可靠固定在基巖中(埋入深度應(yīng)大于500mm)，可認(rèn)為基巖沒有位移。此時測量可自下而上每500mm長度測讀一次，直至管口。當(dāng)測斜管底部懸掛（底部末深入基巖），此時測量可由上至下進(jìn)行測量。4)測值。為提高測量精度，消除系統(tǒng)誤差，每個方向應(yīng)逐段正，反方向各測讀一次，取其測值差的一半，計算各段位移量。即：Sx=(S+x-S-x)／2Sy=(S+y-S-y)／2每根測斜管所有同高程上正、反方向兩次測值和的一半計算值，應(yīng)為測斜儀的理論鉛垂?fàn)顟B(tài)下的讀數(shù)值，此Sx，與Sy，應(yīng)近似為定值。即：S′x；=(S+x+S-x)/2S′y，=（S+y十S-y）／2若測值S′x：與S′y，有離散性，主要原因是：①測斜儀前、后兩組導(dǎo)輪的幾何形心的連線在正、反兩次測量時不完全平行；②導(dǎo)向輪與導(dǎo)向槽的配合不好；③導(dǎo)向輪與輪架之間的間隙太大；④測斜管與土體固結(jié)不好。測量時，當(dāng)4個導(dǎo)向輪在某一個測量段面沒有完全進(jìn)入導(dǎo)向槽時，和值S'A與S'y會出現(xiàn)較大的變化。因此在測量時一定要使4個導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽中，在測管的接頭處可反復(fù)多測幾次。如果某一、兩處的和值與正常值明顯偏差過大可剔除不用，一般這都是由于一頭導(dǎo)向輪不在導(dǎo)向槽中引起的，這多發(fā)生在管接頭處，所以此數(shù)據(jù)原本意義不大可剔除不用。5)其他注意事項。測量結(jié)束后，應(yīng)先擰開測桿與電纜之間的接頭，并將測桿與電纜接頭處的四芯插頭、插座擦拭干凈，將測桿放人便攜箱中。將讀數(shù)儀的測量線從電纜繞盤上擰下，并將電纜線在繞盤上盤好以備下次再用。上述方法是人工觀測方式，為實現(xiàn)自動化觀測，可在測斜儀兩端加裝連接桿，連接桿長度一般為1.5-3.0m，然后將測斜儀固定在測斜管中，用電纜線將每支測斜儀連接到集線箱和數(shù)據(jù)采集裝置，可實現(xiàn)自動化測量。土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄6內(nèi)部豎向變形與水平位移監(jiān)測方法介紹及儀器結(jié)構(gòu)與安裝06內(nèi)部豎向變形與水平位移監(jiān)測方法

介紹及儀器結(jié)構(gòu)與安裝6.1.2振弦式沉降儀振弦式沉降儀可自動測量不同點之間的沉降，它由儲液罐、通液管和傳感器組成，如下圖所示，儲液罐放置在固定的基準(zhǔn)點并用兩根充滿液體的通液管把它們連接在沉降測點的傳感器上，傳感器通過通液管感應(yīng)液體的壓力，并換算為液柱的高度，由此可以實現(xiàn)在儲液罐和傳感器之間測量出不同高程的任意測點的高度。通?？梢杂盟鼇頊y量堤壩、公路填土及相關(guān)建筑物的內(nèi)外部沉降。(1)傳感器的安裝。傳感器通常固定在沉降盤上。在回填平整的情況下，沉降盤可用

睦直接固定在結(jié)構(gòu)體上。平底槽應(yīng)為300～600mm深，將沉降盤放在槽底平面上然后灞小顆粒土料回填，用于回填的材料應(yīng)去除粒徑大于l0mm的顆粒，用這種材料應(yīng)當(dāng)圍繞傳感器夯實到槽口平面高程為止。在安裝過程中，應(yīng)當(dāng)用規(guī)范的測量技術(shù)來測量沉降盤的高程，同時確認(rèn)傳感器在夯實后沒有遭到損壞。(2)電纜和通液管的安裝。電纜和通液管應(yīng)埋設(shè)在大約300～600mm深的溝槽里，溝槽不能上下起伏。電纜和通液管應(yīng)各自單獨埋設(shè)，且不能相互接觸和扭在一起（也可將電纜及通液管用同一鋼管或較厚的PVC管保護(hù)后埋設(shè)），在任何地方導(dǎo)管都不能高于儲液罐。回填溝槽之前應(yīng)檢查有無氣泡的跡象，如發(fā)現(xiàn)任何氣泡都需要在初始讀數(shù)之前沖洗通液管。圍繞在電纜周圍溝槽里的材料，不允許有大的有角的石塊直接靠在電纜上，為了防止水沿著溝槽形成滲流通道，應(yīng)分段在溝槽的空隙中填人膨潤土。振弦式沉降儀典型的安裝如下圖所示在土壩壩體內(nèi)的溝槽禁止完全穿透黏土核心部分（如防滲墻），在電纜上的填土，當(dāng)埋層超過600mm厚時即可正?；靥睢Ｔ陔娎|外露的地方，電纜應(yīng)適當(dāng)?shù)匮刂溲娱L方向加固防止彎曲，電纜也應(yīng)避免陽光直射，可通過注入聚苯乙烯泡沫或氨基甲脂酸泡沫等來絕熱防止溫度變化對液體的影響。(3)儲液罐的安裝。儲液罐應(yīng)安裝在穩(wěn)定的地面上或觀測房的墻面上，儲液罐的高程應(yīng)在安裝過程中進(jìn)行測量和記錄。松開儲液罐頂部螺絲給儲液罐注入去氣防凍液直到觀測管顯示半滿狀態(tài)，儲液罐不能直接暴露安裝在陽光直射處。當(dāng)連接從傳感器到儲液罐的通氣管時不允許空氣駐留在通管內(nèi)，同時應(yīng)確保連到傳感器上的通氣管無堵塞。這可以用真空泵來將通氣管里抽取成真空，同時觀測傳感器在讀數(shù)儀上的讀數(shù)來校核，連接通氣管到通氣管的匯集處，并在干燥管中添加新昀干燥劑。建議在儲液罐液面上加少許輕油（推薦用揮發(fā)性較弱的硅油），它能夠阻止液體表層的揮發(fā)，同時應(yīng)注意干燥管與儲液罐之間的連接管確無堵塞。將傳感器電纜與需要加長的電纜對應(yīng)芯線連接，各電纜分別接至終端集線箱相連。(4)初始數(shù)據(jù)。初始讀數(shù)的讀取應(yīng)格外小心，它是以后所有數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。通液管必須在恒定的溫度下，若通液管非全埋式，數(shù)據(jù)應(yīng)在溫度相對恒定的時候讀取。確定讀數(shù)時通液管必須沒有暴露在陽光直射下。同時在通液管里應(yīng)無氣泡的存在，管中如有氣泡往往會造成讀數(shù)的不穩(wěn)定。若觀測到氣泡，在進(jìn)行初始讀數(shù)之前應(yīng)沖洗通藏管。若有任何懷疑，則反復(fù)沖洗通液管和重復(fù)讀數(shù)，直到讀數(shù)穩(wěn)定為止，同時記錄環(huán)境溫度。

注意測量儲液罐的液面高度，并做一個標(biāo)記或記錄測尺讀數(shù)，以用于迅速觀測液面出現(xiàn)的任何波動，用其改變量來修正后面沉降位移的計算。儲液罐液面的波動可能是溫度或氣壓的變化或液體滲漏。6.1.3連桿式分層沉降儀連桿式分層沉降儀是在壩體內(nèi)埋設(shè)沉降管，在沉降管不同高程處設(shè)置沉降盤，沉降盤隨壩體的沉降而移動，可采用電磁式、干簧管式測量儀表來測量沉降盤的高程變化，從而得到壩體的分層沉降值。沉降管隨壩體填筑埋設(shè)時，可采用坑式埋設(shè)法和非坑式埋設(shè)法，如下圖所示。(a)沉降管坑式埋設(shè)過程示意圖；(b)沉降管非坑式埋設(shè)過程示意圖對于軟基及已建河壩，可采用帶叉簧片的沉降環(huán)，用鉆孔法埋設(shè)。土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄7混凝土面板撓度監(jiān)測方法、界面位移和深層應(yīng)變監(jiān)測方法介紹與儀器構(gòu)成及安裝07七混凝土面板撓度監(jiān)測方法、界面位移和深層應(yīng)變監(jiān)測方法介紹與儀器構(gòu)成及安裝7.混凝土面板撓度監(jiān)測方法、界面位移和深層應(yīng)變監(jiān)測方法介紹與儀器構(gòu)成及安裝混凝土面板撓度觀測可采用斜坡測斜儀或水管式沉降儀。水管式沉降儀測頭埋設(shè)在面板之下的墊層中采用坑式埋設(shè)法。斜坡測斜儀由測斜傳感器和測斜管組成，測斜管道宜采用鋁合金管。測斜管道的安裝一般將管道直接安設(shè)在面板表面，并將其下端固定于趾板上。在寒冷地區(qū)也可將管道設(shè)于面板之下，但在澆筑面板時應(yīng)嚴(yán)加保護(hù)。斜坡測斜儀的安裝方式如下圖所示。7.1界面位移和深層應(yīng)變觀測方法界面位移和深層應(yīng)變觀測一般采用埋入位移計的方法進(jìn)行觀測，位移計宜采用坑式埋設(shè)法，對于測定壩體與岸坡交界面切向位移，宜采用表面埋設(shè)法，見右圖。界面位移和深層應(yīng)變位移計埋設(shè)示意圖土石壩表面與內(nèi)部變形監(jiān)測目錄8土石壩裂縫與接縫監(jiān)測和近壩岸坡位移監(jiān)測方法介紹與儀器結(jié)構(gòu)及安裝08土石壩裂縫與接縫監(jiān)測和近壩岸坡位移

監(jiān)測方法介紹與儀器結(jié)構(gòu)及安裝8.1土石壩裂縫監(jiān)測設(shè)計(1)對已建壩的表面裂縫（非干縮、冰凍縫），凡縫寬大于5mm的，縫長大干5mm的，縫深大于2m的縱、橫向縫，都必須進(jìn)行監(jiān)測。(2)對在建壩，可在土體與混凝土建筑物及岸坡巖石接合處易產(chǎn)生裂縫的部位，以及窄心墻及窄河谷壩拱效應(yīng)突出的部位埋設(shè)測縫計。(3)混凝土面板堆石壩接縫觀測布置。

觀測點一般應(yīng)布設(shè)在正常高水位以下。

周邊縫的測點布置，一般在最大壩高處布1～2個點；在兩岸坡大約1/3、1/2及2/3壩高處各布置2—3點；在岸坡較陡、坡度突變及地質(zhì)條件差的部位應(yīng)酌情增加。

受拉面板的接縫也應(yīng)布設(shè)測縫計，高程分布與周邊縫相同，且宜與周邊縫測點組成縱橫觀測線。

接縫位移觀測點的布置，還應(yīng)與壩體豎向位移、水平位移及面板中的應(yīng)力應(yīng)變觀測結(jié)合布置，便于綜合分析和相互驗證。8.2裂縫與接縫監(jiān)測方法1、已建土石壩裂縫觀測(1)對土石壩表面裂縫一般可采用皮尺、鋼尺及簡易測點等簡單工具進(jìn)行測量。對2m以內(nèi)的淺縫，可用坑槽探法檢查裂縫深度、寬度及產(chǎn)狀等。(2)對深層裂縫，當(dāng)縫深不超過20～50m時，宜采用探坑或豎井檢查，必要時埋設(shè)測縫計（位移計）進(jìn)行觀測。(3)位移計的埋設(shè)方法對在建壩與界面位移及深層應(yīng)變觀測相同，對已建壩在探坑或豎井中埋設(shè)可采用將錨固板插入裂縫兩邊土體內(nèi)的埋設(shè)方法。2、測縫計觀測測縫計適用于長期埋設(shè)在水工建筑物或其他混凝土建筑物內(nèi)或表面，測量結(jié)構(gòu)物伸縮縫或周邊縫的開合度（變形）。加裝配套附件可組成基巖變位計、表面裂縫計等測量變形的